南水北调中线工程渡槽伸缩缝止水综述

焦 康，郭海亮，马 瑜，周志勇

（1.中国南水北调集团中线有限公司河北分公司，河北 石家庄 050035；2.武汉巨成结构集团股份有限公司，湖北 武汉 430223）

0 引言

渡槽是输送水流跨越河渠、道路、山沟等架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一，除用于输送渠水进行农田灌溉、城镇生活用水、工业用水、跨流域输水外，还可提供排水和导流之用。为了防止因为温度变化及地基不均匀沉降对渡槽结构的不利影响，渡槽设计中每隔一定距离都要设置变形缝，渡槽的变形缝通常就是伸缩缝或沉降缝，渡槽伸缩缝采用各种形式的止水带止水，防止漏水。渡槽伸缩缝一旦漏水，不仅影响渡槽结构的安全运行，同时造成水资源的巨大浪费。

南水北调中线工程是缓解我国黄淮海平原水资源严重短缺、优化配置水资源的重大战略性基础设施，也是我国推进水资源优化配置、构建“四横三纵”国家骨干水网、服务国家重大战略的重点工程。南水北调中线一期工程从丹江口水库引水，沿线开挖渠道，经唐白河流域和沿黄淮海平原西部，在郑州附近穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，基本自流到北京、天津，输水干线全长1 432 km。中线一期工程多年平均年调水量95 亿m3，向北京、天津在内的19 个大中城市及100 多个县提供生活、工业用水，兼顾农业用水。

目前已建渡槽伸缩缝普遍存在渗漏问题，分析表明，伸缩缝止水失效是引起渡槽渗漏的首要原因。南水北调中线工程的渡槽属于特大型渡槽，多为混凝土结构。为保证南水北调工程超大型渡槽的安全使用，延长渡槽使用寿命，对南水北调中线工程伸缩缝止水带进行深入系统的研究，实现修复的标准化具有十分重大的现实意义。

1 国内外止水带现状

伸缩缝间的止水设计已成为现代水利工程设计极为重要的一个组成部分，缝间止水效果是否良好，会直接影响到整个水利工程的使用可靠性及耐久性。因此，深入了解止水材料的特点、应用方式及止水结构形式对防止伸缩缝渗漏水具有重要意义。

1.1 金属止水片

金属止水片按材料基础分类，主要有铜止水片、不锈钢止水片等形式。铜止水片作为一道基本的止水结构在国内、外水工建筑物止水设计中被沿用至今。紫铜止水片的优点是工程应用经验多，防水能力强，耐久性好等；缺点是抗震性能差，适应顺缝的抗剪切能力差，费用高，在空气中易被氧化腐蚀等。不锈钢材料常应用于变形较大的接缝止水结构中，具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好。

1.2 止水带

止水带是利用材料的高弹性特性使其在压力作用下产生压缩变形，增加止水带与混凝土结合面积，从而起到紧固密封作用。按材料基础分类可分为塑料止水带、橡胶止水带、钢边橡胶止水带、遇水膨胀橡胶类止水带等形式。

塑料止水带具有高弹性、压缩变形的特点，但耐老化性能较差，耐低温性能差，不能承受6 ℃以下低温；橡胶止水带具有优异的回弹性和良好的加工性，其温度适应范围最低至-35 ℃，最高达60 ℃，但直接暴露在空气中易老化；钢边橡胶止水带主要是通过天然橡胶原料及镀锌钢带构成[1]，有着冬季低温不冻脆，夏季高温天气不软化，使用寿命长，耐久抗腐蚀性强，环境适应能力强等优势；遇水膨胀橡胶止水材料的构成主要是在基质橡胶的基础之上，加入了膨胀剂及其他一些不同的填料再制造而成[2]，具有施工安全、适应变形性强、优良的环保性、耐化学介质性、耐老化性优良等优点。

1.3 嵌缝密封材料

嵌缝密封材料常用材料包括聚硫密封膏、聚氨酯密封胶、硅酮密封胶等。聚硫密封膏具有良好的防水性能，耐老化程度较好，使用温度范围大，同时，材料还具有施工性能好、环境友好、使用安全的优点[3]；聚氨酯密封胶力学强度高，温度适应性强，受低温或冻融循环等环境影响极小，与其他材料适应性好，耐候性和耐生物老化性优良[4]；硅酮密封胶作为止水材料应用于水利工程中，可历经多年不发生因老化引起的止水失效[5]。

1.4 表面保护材料

表面保护结构包括保护砂浆和保护盖板，目前我国常用的止水缝表面保护砂浆中，性能较好的是丙乳砂浆；表面保护盖板常用材料是三元乙丙橡胶。丙乳砂浆比普通水泥砂浆的密实度、抗裂抗渗抗冻性能都有显著提高[6]；三元乙丙橡胶具有使用寿命长、变形黏合效果好、施工工序简单等优点，是制作保护盖板的常用材料。

1.5 止水结构形式

渡槽槽身接缝常用的止水结构形式有埋入式、压板式、套环式、粘合式、填料式等[7]。

粘合式止水是用胶粘剂将橡胶止水带或其他材料止水带粘贴在混凝土上并压紧，止水表层再用回填防护砂浆（如沥青砂浆等）保护。对粘合式搭接止水，除考虑止水材料因素外，还应综合考虑胶粘剂与基材热膨胀系数尽可能匹配、化学结构成分与基材具有一定的亲和性及胶结部位的受力状况和使用环境等各种因素。该方法粘结层次较多，对粘结施工要求高，施工质量不易保证。

中埋式搭接止水是将止水带或塑料止水带埋置于接缝槽身侧墙及底板混凝土中。其操作要点是止水带两侧的混凝土应单独浇筑振捣，待一侧混凝土达到一定强度后，再浇另一侧的混凝土。此种止水形式的缺点是振捣不实，将会影响止水效果，产生绕渗现象，止水带一旦损坏，修补和更换比较困难，一般较少采用。

压板式止水是在伸缩缝两侧预埋螺栓，通过螺母紧压扁钢，将止水带固定在接缝处。这种止水效果受紧固平整度与紧固力大小的制约，如能保证施工质量，可以做到不漏水，且适应接缝变形的性能较好。

填料式止水是以嵌填的形式来达到止水的目的，操作上要求把混凝土板清理干净。止水材料要与混凝土具有很好的粘结性能，粘结不好，也会造成止水失败。

在一些大型渡槽伸缩缝止水工程中，也采用复合止水的结构形式，即结合多种止水结构形式，形成多道止水，从而达到更好的止水效果。

2 中线工程渡槽伸缩缝止水设计

2.1 压板式止水

湍河渡槽、严陵河渡槽、草墩河渡槽、刁河渡槽、十二里渡槽、大郎河梁式渡槽、双洎河支渡槽槽身段、沙河梁式渡槽、滏阳河渡槽、牛亡牛河南支渡槽、河各河渡槽及午河渡槽均采用压板式止水结构，其中，双洎河支渡槽槽身段同时采用橡胶和角钢压板式止水。

压板式止水结构以湍河渡槽为例，原止水结构如图1 所示，采用可更换压板式U 形橡胶止水，待槽身浇筑完成后于槽端预留的止水槽内安装，预留止水槽总宽364 mm，高47 mm；止水槽底有预埋不锈钢螺栓，直径16 mm，间距为230 mm；止水带为U 形，厚8 mm，宽364 mm，与止水槽底间填充柔性粘结材料，预埋螺栓上部有垫板与螺帽，安装时将止水带及底部柔性粘结材料压紧，以封堵止水带与止水槽底面间隙来达到止水效果。

图1 湍河渡槽止水结构（单位：mm）

2.2 埋入式止水

潦河渡槽、鲁山坡落地槽、沙河箱基渡槽、兰河涵洞式渡槽、淤泥河涵洞式渡槽、汤阴段汤河涵洞式渡槽、贾河梁式渡槽、索河涵洞式渡槽、肖河涵洞式渡槽、双洎河支渡槽进出口段均采用埋入式止水结构，其中潦河渡槽、贾河梁式渡槽采用埋入式紫铜片止水；澎河涵洞式渡槽采用埋入式橡胶止水；其余渡槽同时采用埋入式紫铜片止水和埋入式橡胶止水。

潦河渡槽原止水结构如图2 所示，将紫铜片埋置于接缝槽身侧墙及底板混凝土中，再以聚硫密封胶进行回填。其他埋入式止水结构大多采用此种形式。

图2 潦河渡槽止水结构（单位：mm）

双洎河支渡槽进出口段原止水结构如图3所示。

图3 双洎河支渡槽进出口段止水结构（单位：mm）

澎河涵洞式渡槽原止水结构如图4 所示。

图4 澎河涵洞式渡槽止水结构（单位：mm）

2.3 压板式和埋入式相结合止水

水北沟、河各河、漕河、防水河渡槽同时采用压板式橡胶止水和埋入式橡胶止水，结构基本一致。

以漕河渡槽为例，漕河渡槽原接缝止水结构如图5 所示。槽身设有两道止水，其中，迎水面处止水为可更换压板式U 形橡胶止水，除尺寸外，结构形式及安装工艺及与上述压板式止水结构一致；另一道止水位于距迎水面250 mm 处，为一道埋入式橡胶止水，槽体浇筑时直接浇入混凝土，止水带长352 mm，厚4 mm，止水带两侧各有3 处遇水膨胀橡胶块。若迎水面压板式止水渗漏，另一道埋入式橡胶止水发挥作用。

图5 漕河渡槽止水结构（单位：mm）

3 中线工程渡槽止水结构渗漏处理情况

3.1 压板式止水结构渡槽

压板式止水结构修复的主要内容包括输水渡槽抽排水、原止水结构拆除、止水槽清理、止水带粘贴及固定、环氧砂浆封填止水槽等内容，不同渡槽修复略有不同，部分渡槽在安装止水带时采用了化学锚栓的形式，而非单纯的粘结式。以湍河渡槽为例，其止水修复示意图如图6 所示。

图6 湍河渡槽止水修复示意图

3.2 埋入式止水结构渡槽

埋入式止水结构修复的主要内容包括输水渡槽抽排水、结构缝开槽、化学锚栓、嵌填柔性填料、粘贴柔性盖片、铺设并固定不锈钢角钢、涂抹环氧砂浆及结构缝封闭处理等内容。以潦河渡槽为例，其止水修复示意图如图7 所示。

图7 潦河渡槽止水修复示意图

3.3 压板式和埋入式止水结构渡槽

压板式和埋入式止水结构修复的主要内容包括拆除原槽身可更换止水结构，开槽或扩挖止水槽，更换及新植入不锈钢螺栓、聚氨酯耐霉菌性密封胶，基础面找平处理，U 形橡胶止水带安装，止水带压板制作及安装，填充闭孔泡沫板、丙乳砂浆、密封胶，伸缩缝迎水面涂防渗涂料等内容。其中，压板采用双排锚栓压紧，新植入的锚栓采用不锈钢自锁锚杆，间距设置为200 mm，两排螺栓的中心线距离为50 mm，与原螺栓形成双排梅花形布置；另外迎水面涂刷防渗涂料前先敷设一层网格布，主要处理二期混凝土后浇带及部分一期混凝土迎水面。其止水修复示意图如图8 所示。

图8 渡槽伸缩缝止水修复处理处理（单位：mm）

南水北调中线工程渡槽伸缩缝止水结构渗漏处理时，一般采用压板式止水的处理方式，且这些渡槽止水结构经过处理后基本不再出现渗漏情况。

4 渗漏原因分析

4.1 压板式止水

1）压板式止水靠螺栓紧固力将止水带及下部柔性粘结材料压紧至止水槽面，封堵止水带槽面缝隙来达到止水效果。压板式止水主要靠每根螺栓紧固力压紧、压匀、压密，大面积施工质量不宜控制，每根螺栓未压紧就可能导致局部渗水。

2）压板式止水带安装时，若紧固面不平整，则可能发生渗漏。

3）矩形断面渡槽的内折角部位及U 形断面渡槽，止水带要弯折成直角或一定的弧度才能与结构面紧密贴合，在这些部位，要把止水带压紧、压密实非常困难，压不紧就会产生漏水。

4.2 埋入式止水

1）埋入式橡胶止水渗漏则可能是止水带附近混凝土施工时未振捣好，存在饶渗通道导致渗水。

2）槽身两端留有二期混凝土后浇带，一二期混凝土间的施工缝也可能导致槽身渗漏。

3）埋入式止水带在安装施工时，若存在嵌缝材料填充不密实，表面涂抹环氧砂浆不均匀等，则很可能发生渗漏。

4.3 压板式和埋入式止水

1）由于结构缝变形过大导致止水带材料老化失效。

2）止水带的胶粘材料发生化学反应固化后比较硬，不能适应止水带的变形。

3）资料显示，位于北方环境的渡槽伸缩缝相比南方有更多的渗漏情况，原因是北方环境下全年温差较大，对止水带性能损伤影响相对严重。

5 结语

此次研究对大型渡槽伸缩缝止水结构修复具有指导意义，同时也对新建渡槽止水结构施工部分工艺和质量有较好的指导作用。上文对南水北调中线全线输水渡槽的不同止水结构渗漏原因进行了深入分析，但对止水结构修复后的效果论述较少，同时尚未开展止水结构修复工艺试验研究。在后续研究中，应重点结合工艺试验，研究大型渡槽伸缩缝止水结构修复施工工艺标准化，提升水利工程使用的可靠性及耐久性。