南水北调工程输水渡槽止水结构形式及修复方法

张 敏，罗小斌，李二明

(1. 南水北调中线干线工程建设管理局渠首分局，河南 南阳 474150； 2. 武汉水务科学研究院，湖北 武汉 430010)

渡槽通常是在跨越河流、沟渠、公路或铁路时修建的过水桥，是渠系建筑物应用最广泛的交叉建筑物之一。作为特大型输水工程的南水北调中线一期工程总干渠共建有27座大型渡槽，设计过流能力在350～420 m3/s，槽身结构形式有矩形和U形两大类，渡槽每节之间及槽身与上下游连接段之间伸缩缝采用紫铜止水或橡胶止水防渗漏，经过多年运行，渡槽伸缩缝处时常可见洇湿和渗水现象，本文主要以刁河梁式矩形渡槽为例，就渡槽伸缩缝止水更换进行探讨。

1 原止水结构形式

刁河渡槽原设计止水结构形式主要有两种：可更换压板式橡胶止水结构和埋入式紫铜止水结构[1]，单根止水带长度25 m，其中，压板式橡胶止水结构分布在渡槽节与节之间伸缩缝，埋入式紫铜止水结构主要设置在槽身与上下游连接段之间伸缩缝，具体结构形式见图1。

图1 压板式橡胶止水结构图

2 渗漏原因分析

渡槽伸缩缝止水运行初期未出现洇湿和渗水现象，主要是经过长时间运行导致止水周边环境条件发生变化而出现洇湿和渗水现象，究其原因主要有以下几点：

1)止水带处混凝土浇筑不密实或混凝土的泌水收缩形成微间隙造成渗漏，尤其是紫铜片止水，伸缩缝处钢筋相对较密，紫铜片下部的混凝土难以振捣密实极易造成紫铜片与混凝土结合面形成微小空隙，产生渗流通道；

2)相邻结构由于出现较大沉降差造成止水带撕裂或止水带锚固松脱引起渗漏，尽管在止水设计时考虑了后浇带及沉降差，但相邻结构荷载不同或地基承载力不同，沉降量一般也不同，小的沉降差一般不会对止水结构产生危害，因为止水结构本身有一定的变形适应能力(如紫铜片水平止水可适应10 cm的沉降差)；

3)橡胶止水带老化失效造成渗漏，这种情况一般在经过长时间运行的渡槽中比较常见，pH值、温度、紫外线等因素均会对止水带的性能产生不利影响，因此严格按照设计标准选用合格原材料显得至关重要。

3 伸缩缝止水修复

渡槽止水修复施工前需将渡槽内水体排空，形成干地施工条件，以确保止水修复达到预期效果。由于总干渠常年不间断输水，很难具备干地施工条件，一般在每年12月至次年2月总干渠输水流量相对较小时检修。

3.1 压板式橡胶止水修复

1)原止水结构拆除。原止水结构通常由橡胶面板、橡胶盖帽、高强螺栓、止水压块(角钢)、柔性粘结材料及止水带等组成[2]，拆除作业时按照竣工图示及现场实际情况，将原止水结构逐块分解剥离直至露出原预留槽，拆除松动的螺栓，清除粘附的杂物及粉尘。

2)混凝土缺陷处理。对于预留槽内的混凝土缺陷，应对旧混凝土界面进行严格清理，凿除松动混凝土露出粗骨料形成凸凹面，冲洗干净待干燥后用JME改性环氧树脂砂浆填充密实，确保加固补强效果；对于钢板下部空洞，可采用超声波检测仪定位，在空洞部位采用手电钻打孔后注入粘钢胶。

3)预埋钢板表面处理及螺栓安装。预埋钢板表面在原止水带安装时涂刷过粘结剂，需用角磨机将其打磨光亮，彻底去除覆盖层并将钢板表面磨平[3]。预埋螺栓经拆除处理后局部还需要重新植筋，植筋采用高强不锈钢螺栓，植入前可用棉纱沾丙酮清洗孔壁和螺栓，待孔内干燥后将预调好的结构胶注入植筋孔洞，注胶量需大于孔深的2/3，确保螺栓植入后填满孔洞[4]。

4)界面剂涂刷及止水带安装。界面剂涂刷前将预留槽及预埋钢板表面残留的粉尘清理，然后用棉纱沾丙酮将表面擦拭干净，待完全干燥后方可涂刷界面剂。界面剂通常采用HSL环氧粘接剂，用抹刀将其均匀涂抹在预埋钢板表面，涂抹厚度一般2～4 mm。

止水带根据现场安装长度和结构形式直接采用厂家定制，新止水带各项尺寸均与原设计止水带保持一致，厚度约8 mm，安装前需根据预留槽内螺栓布置情况放样打孔，误差控制在5 mm以内。打孔后用角磨机对止水带贴合面进行打磨清理，用抹刀将调配好的粘结剂涂在止水带贴合面上，然后用木锤敲击止水带使其紧贴于预埋钢板，粘贴好后立即用角钢及预埋螺栓等固定，并适当加压使粘结剂从橡胶止水带边缘挤出，粘结剂固化前不得对止水带有任何扰动。

5)安装槽钢压板。止水带压板采用5号槽钢，并截去10 mm腿形成。压板由圆弧段和直线型段组成，可根据现场实际情况取分段长度。圆弧段压板加工时约每150 mm间距在槽钢腿部切割宽约4 mm的缝，按照槽底圆弧直径在放样弧线上进行弯曲处理并按照钢板基座螺栓孔间距钻16 mm的孔。在压板与止水带的粘贴面上涂刷厚2～3 mm粘结剂，然后使用垫片和螺帽固定槽钢，并用槽钢将止水带逐段压实。

6)封闭止水结构。止水带安装完毕后采用M40丙乳砂浆回填封闭[5]，灰砂比为1∶1.2，丙乳掺量为15%，采用P.O42.5水泥。丙乳砂浆按配合比称量配制，用搅拌机拌和均匀后使用。丙乳砂浆摊铺完毕后，向一个方向抹平，操作速度要快，要求一次用力抹平，避免反复抹面，如遇气泡要挑破压紧，保证表面密实。丙乳砂浆抹面收光、潮湿养护7 d后，自然养护21 d。

7)结构缝两侧封闭处理。在结构缝两侧各1 m范围内表面采取SK手刮聚脲进行封闭处理[6]，处理前用角磨机对混凝土表面进行打磨，清除原水泥基涂层，待表面清理干净后用高强找平腻子修补，找平材料固化后再打磨、清洗，直至混凝土表面平整、结实、无孔洞，表面误差控制在2 mm以内。聚脲刮涂施工前先在混凝土表面涂刷环氧底漆，增强聚脲与混凝土面的粘结力，防止出现鼓包、损坏、剥落等现象，最后进行手刮聚脲施工。SK手刮聚脲采用单组分防渗性无毒聚脲，刮涂厚度为2 mm，分三遍刮涂，每遍刮涂厚度分别为0.5、0.8、0.7 mm厚。SK手刮聚脲涂层厚度要均匀，涂刷一次成型，刮涂完成后及时做好成品防护，常温养护12 h即可，低温需采取保温措施，如搭设保温棚等。

压板式橡胶止水修复后结构见图2。

图2 压板式止水修复后结构示意图

3.2 埋入式紫铜止水修复

埋入式紫铜片止水在建筑物混凝土施工时采用预埋方式随混凝土一并浇筑成型，后期拆除更换成本大、周期长，不利于结构稳定，且施工质量也难以保证，维护时一般采用外贴式防渗处理，主要施工工艺如下。

1)结构缝开槽及清理。先使用风镐在结构缝处开一个梯形槽，上沿开口宽度34 cm，底宽28 cm，坡度1∶1，深度不小于3 cm，具体深度以处理完成后结构缝部位不高于槽身内表面混凝土表面为宜，必要时可凿出钢筋并将其向内折弯。开槽后将结构缝内部的密封胶清除，并清除缝内的闭孔泡沫板填料约15 cm(清理至铜止水为止)，同时使用高压水枪将凿除的混凝土、碎屑、粉尘等清理干净。待基面干燥后用环氧砂浆将基面修补平整，完全固化后用角磨机打磨表面并清理干净。

2)化学锚栓植入。采用手电钻按间距10～15 cm打孔，植入直径10 mm化学锚栓，植入深度不小于12 cm，要求锚栓必须垂直于混凝土面，且间距一致。植入前需将孔内粉尘利用压缩空气清理干净，确定孔内无灰尘与明水后植入。使用电钻或专用安装夹具，将锚栓强力旋转插入直至孔底，不得采用冲击方式，当旋至孔底或螺栓上标志位置时，立刻停止旋转，取下安装夹具，凝胶后至完全固化前避免扰动(旋转时间不应超过30 s，转速不应低于300 r/min，不大于750 r/min，螺栓推进速度约为2 cm/s)。

3)嵌填SR柔性填料。在梯形槽内部、结构缝的顶部涂刷一层HSL环氧粘接剂，待粘接剂涂刷完毕后，嵌填SR柔性填料[7]，确保嵌填密实，柔性填料填成鼓包形式，鼓包高度为2 cm，鼓包宽度为10 cm。

4)粘贴柔性盖片。在鼓包表层涂刷一层HSL环氧粘接剂，然后铺设SR橡胶盖片，厚度6 mm。

5)铺设不锈钢角钢及封边处理。在鼓包两侧沿垂直水流方向通长布设∠45×28×4不锈钢角钢，不锈钢角钢固定完毕后，对所有可能存在渗漏通道的部位涂刷水下密封胶封边，包括盖片边缘、不锈钢角钢边缘、膨胀螺栓边缘等部位，并在角钢与梯形槽之间涂抹环氧砂浆。

6)结构缝两侧封闭处理。处理完成后，对梯形槽可采用铝合金或不锈钢板进行封闭，保证过流平顺，修复效果图见图3。

图3 紫铜止水修复后结构示意图

4 结 语

止水带广泛应用于南水北调中线干线工程输水建筑物的接缝处，经过长时间的通水运行不可避免发生洇湿和渗水现象，如何减少因工程维修而停水所造成的经济损失和快速高效解决渗水问题，一直是在运行管理过程中所探讨的问题，只有降低维修频次、缩短维修时间，才能把小流量通水或停水检修的影响降至最低。工程经验表明止水带施工的关键点在于止水带的质量、止水带与混凝土基面的结合程度以及锚固螺栓的锚固力，减少渗漏通道和缩短渗径，本文所述止水带维修方法在总干渠沿线多个渡槽上运用，均取得了较好的效果，不但节省了施工时间，降低了维修成本，而且提高了施工质量，可操作性强，为今后水工建筑物结构缝止水设计、施工和维护提供参考。