红岭灌区西干渠输水建筑物伸缩缝止水设计

杨秀荣,张 勇

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610)

1 概述

红岭灌区为国家172项节水供水重大水利工程，是海南省大型灌区之一，对海南省农业水利发展举足轻重。工程位于海南省东北部地区，开发任务为农业灌溉、城乡生活和工业供水等综合利用，设计灌溉面积为9.698万hm2，工程等别为Ⅱ等、规模属于大(2)型，由总干渠、东干渠、西干渠及灌区骨干渠系工程组成，其中西干渠设计流量为6 m3/s，为4级建筑物，渠系总长为75.987 km，包括渠道、水闸、隧洞、渡槽、暗涵及陡坡等渠系建筑物共85座。

为了适应地基变形和满足结构构造特点要求，渠系建筑物之间及各段或节之间需设置伸缩缝，缝之间需设置止水以防止漏水或渗水。止水设计属于结构工程的构造设计，是渠系建筑物伸缩缝设计的重要组成部分，虽然其工程量较小，造价占建筑物总投资相对较低，往往容易被忽视，但止水设计合理与否直接关系着渠系建筑物设计的成败，特别是临空的渡槽类建筑物，若设计不当处理不好，会严重影响整体工程的经济效益，所以渠系建筑物伸缩缝的止水设计应引起足够的重视。本文介绍红岭灌区西干渠输水系统不同渠系建筑物的伸缩缝止水设计所考虑的因素，从安全性、适宜性、施工简便、检修方便等方面进行技术分析，并兼顾经济性，提出适用于不同类型建筑物的止水设计方案。

2 止水设计考虑因素

止水设计包括止水形式和止水材料的选择。止水形式一要考虑方便施工，这样容易保证施工质量。二是便于更换和维修，降低运行管理的费用和成本。止水材料应在设计使用条件下满足耐久性要求，做到防渗防漏；伸缩缝定型止水材料材质上可以是天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯、铜和不锈钢材料等，对于低于20 m水头以下的输水系统宜考虑天然橡胶材料。

2.1 伸缩缝设置长度的选择

首先进行伸缩缝设置长度的选择，红岭灌区西干渠输水系统涉及渡槽、隧洞、暗涵、明渠等渠系建筑物，不同的建筑物因使用条件、结构特点等不同，分段长度也不同。分段长度愈短，伸缩缝过密会增加施工的繁琐，也会增多潜在的漏水和渗水点，而分段过长会不利于结构温度应力的释放，也不能很好地适应地基的变形。本次设计在遵循相关规范原则的基础上，依据不同建筑物的地形地质条件，结合灌区所在区域的气象水文条件等环境因素进行伸缩缝设置长度的选择。

通常隧洞沿洞身纵向分缝长度为8～12 m，明渠现浇砼衬砌分缝长度为3～8 m，钢筋砼结构的简支梁式槽身单跨跨度宜采用8～15 m，双悬臂梁式槽身分节长度宜采用15～30 m，槽身距地面高度较大、基础条件较好或基础施工困难的宜选用小值；对于隧洞和暗涵在下列位置设置：① 地基土质发生变化、基础埋深不一致以及基础为填、挖方形式的交界处；② 涵身和端墙、进出口翼墙及护底等结构的分段处。

红岭灌区属亚热带岛屿季风气候区，多年平均日照时数约为2 200 h，年辐射量为494 kJ/cm2，大于10℃的积温为8 500℃，多年平均气温为23.6℃，最热7月平均气温为28℃，最冷1月平均气温为16.7℃，灌区历年实测极端最高气温为39.8℃，极端最低气温为3℃，区域内太阳辐射强，日照时间长，热量丰富、气温高且温差大。因此，红岭灌区伸缩缝长度宜取小值，力求减少温度应力。

结合本工程的输水规模，并参照已建工程经验，红岭灌区西干渠工程渡槽长为15 m、隧洞和暗渠间隔为10 m、明渠长为5 m，各设一伸缩缝。

2.2 止水设计因素

1)安全性

伸缩缝止水设计既要适应变形，又要防止漏水。如果接缝漏水，会严重威胁建筑物的安全并造成水量浪费。同时要考虑止水材料的耐久性，更好地适应建筑物的运行条件及工作环境。海南地区室外温度高，日照强，临空而立的渡槽伸缩缝中橡胶止水材料若不合理保护则易老化，影响使用寿命。夹缝材料如杉木板、松木板或聚乙烯低发泡板等是否受到土中各类水等的腐蚀也是考虑因素之一。

2)适宜性

同一级别不同类型的建筑物对止水性能的要求往往不同，都采用同一标准则较为浪费，应充分考虑其使用条件的特殊性。渡槽运行环境高架临空，结构单薄，其止水工作条件相对隧洞和暗涵较为不利。如果出现问题，将严重威胁渡槽安全运行，检修更换成本和代价较大，宜选择适应变形能力强、质量保证安全度较高的止水材质；隧洞和暗涵止水埋于地下，受外界气候环境响相对较小，但拆除更换对砼结构影响较大，宜选择有一定安全保证止水材料；明渠止水出现问题修补更换较为容易，其止水宜选择经济适用、施工方便的材料，满足止水安全功能则可。因此，伸缩缝止水的选择要结合建筑物特点，充分考虑其适宜性。

3)施工简便与检修更换方便

不同输水建筑物结构特点不同，止水的施工条件及检修条件不同，设计时还应充分考虑施工的简便性及建成运行后一旦出现问题检修更换实施的方便性。施工越简便，施工质量越容易得到保证，止水设计要充分考虑施工的简便性。

按照有关规定，3、4级灌排渠系建筑物的合理使用年限为30 a，止水设计时除满足不漏水要求外，材质要满足耐久性，性能要安全可靠，构造尽可能简单，施工方便，同时还要考虑运行后方便维修和更换。因为工程一旦建成就要多年发挥效益，在使用期间，局部槽段、渠段和洞段受外界影响，难免需要进行修补和更换，因此伸缩缝止水的可检修性及易更换性也是设计时要考虑的重要因素之一。

3 伸缩缝止水设计

3.1 渡槽

渡槽节与节之间、节与端部伸缩缝止水为渡槽重要的设计项目之一，止水形式有搭接型和嵌缝对接型两大类，搭接型是止水材料与接缝混凝土材料采用搭接形式结合在一起，按搭接的方法又分为压板式、粘合式及埋入式，嵌缝对接型则是在接缝中嵌入止水材料。按照西干渠工程运用条件，渡槽伸缩缝止水的技术参数：在承受0.06 MPa水压力条件下张开40 mm，横向错动40 mm、竖向相对沉降40 mm的位移作用下不漏水。借鉴国内已建大型水利灌溉工程渡槽止水多年运行的成功经验，本次红岭灌区西干渠渡槽槽身伸缩缝止水采用搭接压板式止水形式。考虑海南高温地区，渡槽为临空建筑物，受外界温度影响混凝土收缩变幅较大，渡槽伸缩缝宽取40 mm。迎水面设置深80 mm×底宽220 mm×开口宽240 mm的燕尾槽，有利于填料的稳定；槽内缝宽底部中心塞沥青油麻，用于辅助止水和适当保护橡皮止水带；槽内底部缝宽两侧预埋不锈钢带，然后以环氧树脂基液粘贴L200 mm×R30 mm×δ10 mm的桥型止水橡皮，橡皮上部设纸质隔层，再以锯沫水泥砂浆填槽抹平，锯未水泥砂浆的功能是为了保护内部结构并适应槽身伸缩。背水面以沥青锯沫板嵌缝(见图1)。

施工过程中，施工方提出此种止水方式施工程序较为繁琐，建议采用同期实施的东干渠类似工程止水方式即嵌缝式对接止水形式，槽身前后两跨接头缝宽40 mm，迎水面设置深80 mm×宽240 mm的矩形槽，槽内底部厚20 mm至向背水侧缝内深50 mm填塞新型材料双组份聚硫密封膏，然后迎水面缝宽处填塞沥青砂浆，既起到辅助止水作用又起到保护接缝作用，缝宽两侧填塞水泥砂浆至槽顶面抹平，起到保护双组份聚硫密封膏抗冲耐磨并提高其抗老化性能的作用，背水面以高密度聚乙烯闭孔泡沫板嵌缝(见图2)。

图1 搭接压板式示意

图2 嵌缝式对接止水示意

目前以上2种渡槽接缝止水形式均广泛应用于大型灌区工程中，技术上均可行，均能满足既适应变形又能防止漏水的功能要求。止水形式1施工较为繁琐、较为经济、耐久性好。止水形式2施工方便、单价相对较高，耐久性不如第一种。同一工程同一建筑物同一使用条件采用不同止水形式，也是对2种工程措施的相互验证，待通水运行后再总结归纳，为同行提供宝贵经验。

3.2 隧洞及暗涵

对于隧洞进、出口加强段及Ⅳ～Ⅴ类围岩洞段及暗涵分缝处，采用广泛应用于同类项目工程的中部埋入式搭接止水形式，即橡胶压板式止水，缝宽20 mm，缝内距迎水面200 mm处设置“652”型橡胶止水带，迎水面以1:1:4沥青砂浆填缝，背水面缝内布设高密度聚乙烯闭孔泡沫板。隧洞Ⅱ～Ⅲ类围岩区缝内不设止水带，迎水面与背水面分别以沥青砂浆和高密度聚乙烯闭孔泡沫板填缝(见图3)。

图3 橡胶压板式止水示意

3.3 输水明渠

对于梯形明渠分缝处采用广泛应用于同类项目工程的填缝式止水形式，缝宽20 mm，缝深度中部嵌入聚氯乙烯胶泥，厚30 mm，迎水面及背水面各以1:1:4沥青水泥砂浆填缝，起到辅助防渗作用，同时对聚氯乙烯胶泥具有一定的保护作用(见图4)。

4 结语

本文以红岭灌区西干渠输水系统伸缩缝止水设计为例，阐述了止水设计需要重点考虑的因素，从技术和经济方面对西干渠止水设计进行了详细分析，提出了适用于不同类型建筑物的止水设计方案。虽近几十年来水利行业新技术突飞猛进高速发展，但输水系统伸缩缝止水形式并没有太大变化，依然沿用搭接型和嵌缝对接型两大类，只是止水材料在不断地更新。即迎水面填缝材料从20世纪60年代的沥青砂浆和锯沫水泥砂浆发展至今的双组份聚硫密封膏和聚氯乙烯胶泥，背水面嵌缝材料由较早的沥青杉木板调换成现在的高密度聚乙烯闭孔泡沫板，用于固定橡胶止水带的穿孔螺栓和压铁换成现在的不锈钢带。相较而言，现在使用的材料更加环保、更加便于施工、更加便于维修和更换。

按照施工进度安排，红岭灌区干、支渠将在2020年10月全线通水，届时对西干渠输水系统伸缩缝止水设计、施工均是较大的考验和验证。笔者将会就施工过程中遇到的问题、经验及运行后的效果继续跟踪总结，期望通过本文及后续文章为灌区、引调水及供水等工程中渠系建筑物伸缩缝的止水设计积累经验并为同行提供借鉴。