自粘式止水帶綜合防排水效果模型試驗研究

郭小雄，馬偉斌，馬超鋒，郭　勇，金家康，陳少靜( ．中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京　0008; ．衡水中鐵建工程橡膠有限責任公司，河北衡水　053000)

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自粘式止水帶綜合防排水效果模型試驗研究

郭小雄1，馬偉斌1，馬超鋒1，郭勇2，金家康2，陳少靜2
( 1．中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081; 2．衡水中鐵建工程橡膠有限責任公司，河北衡水053000)

摘要:針對現有鐵路隧道用止水帶止水能力不足的問題，從阻斷滲水通道角度出發，研究開發了自粘式系列止水帶，并設計制作防水、排水及接頭不透水模型，進行自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水等性能的模型試驗。對比分析了自粘式止水帶與普通止水帶防水效果差異，結果表明:自粘式止水帶全面提升了隧道接縫綜合防水能力，較普通止水帶極限防水能力提高3倍左右，能很好地解決隧道接縫滲漏水問題。本文研究結果為自粘式止水帶產品優化、標準制定及設計施工提供了支撐。

關鍵詞:止水帶自粘防水排水模型試驗

現有鐵路隧道用橡膠、鋼邊、塑料及鋼板止水帶的止水機理均是通過延長滲水通道和增大滲水阻力來延緩或阻滯地下水滲漏到結構。但是由于止水帶材料本體與混凝土的膨脹率不同，因此溫度變化、干濕交替等原因會使得止水帶與混凝土結合處出現干縮裂縫，從而形成滲水通道，導致現有止水帶結構抗繞滲能力不足。施工縫、變形縫等隧道接縫滲漏水占隧道總滲漏水的60%以上，個別工程甚至出現“見縫必漏、無縫不漏”的現象。隧道滲漏水長期侵蝕，加速了襯砌材料的劣化，惡化了隧道襯砌結構的受力狀態，縮短了隧道的使用壽命。

本文針對現有鐵路隧道用止水帶止水能力不足的問題，從阻斷滲水通道角度出發，研究開發了自粘式系列止水帶，并開展了自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水等性能的模型試驗研究。

1　試驗原理

1. 1防水性能模型試驗原理

將自粘式橡膠止水帶加工成環，通過兩次混凝土澆筑固定于試驗模型中。兩次澆筑的混凝土間通過填充泡沫板實現預留空隙，內部預留空隙為儲水空間及壓力通道，外部預留空隙為觀察測試通道，在試驗前掏空外側泡沫板。儲水空間注滿水后通過高壓氣泵提供壓力來模擬水壓力。試驗原理如圖1所示。

圖1防水性能模型試驗原理

1. 2排水性能模型試驗原理

將外環中埋式自粘橡膠止水帶及內環背貼式自粘橡膠止水帶，通過兩次混凝土澆筑固定于試驗模型中。在其接頭處采用一體硫化工藝復合導水管，通過模型中心預留空間實現排水。試驗模型中間通過填充泡沫板實現預留空隙，兩環止水帶預留空隙為儲水空間及壓力通道，外部空間為觀察測試通道，在試驗前掏空外側泡沫板。試驗原理如圖2所示。

圖2排水性能模型試驗原理

1. 3接頭不透水模型試驗原理

將自粘式鋼板止水帶接頭四周焊接4塊鋼板，頂板與4塊鋼板焊接形成儲水空間，在頂板中心開孔作為注水及加壓通道。試驗原理如圖3所示。

圖3接頭不透水模型試驗原理

2　模型設計及制作

2. 1防水模型設計及制作

防水模型試驗系統由加載系統與試驗模型兩部分構成。

1)加載系統。加載系統由位移機構及加壓機構組成。位移機構能夠實現試驗模型的拉伸變形( 0～70 mm)及剪切變形( 0～70 mm) ;加壓機構由高壓氣泵( 0～1. 2 MPa)提供壓力。

2)試驗模型。試驗模型的外形尺寸為850 mm× 850 mm×600 mm。混凝土強度等級為C30，抗滲等級＞P1。試驗模型如圖4所示。

圖4防水性能試驗模型

2. 2排水模型設計及制作

排水模型試驗系統由加載系統與試驗模型兩部分構成。

1)加載系統。加載系統由約束機構及注水機構組成。約束機構主要控制試驗模型變形;注水機構由高壓水泵( 0～0. 6 MPa)和水管構成。

2)試驗模型。試驗模型外形尺寸為1 600 mm× 1 600 mm×600 mm。其中，外環中埋式自粘橡膠止水帶直徑1 200 mm，內環背貼式自粘橡膠止水帶直徑800 mm，中心預留空間直徑為400 mm。試驗模型如圖5所示。

圖5排水性能試驗模型

2. 3接頭不透水模型設計及制作

接頭不透水模型試驗系統由加壓機構與試驗模型兩部分構成。

1)加壓機構。加壓機構由高壓氣泵( 0～1. 2 MPa)、調壓閥和高壓氣管構成。

2)試驗模型。試驗模型的外形尺寸為300 mm× 300 mm×100 mm。水缸上端設置有連接螺紋管，將四通管接頭與水缸相連。四通管接頭上方安裝壓力表，一側通過水管接口與水龍頭相連，另一側通過氣泵接口與氣泵相連。試驗模型如圖6所示。

圖6接頭不透水試驗模型

3　試驗內容及工況

3. 1防水性能試驗

自粘式止水帶防水性能模型試驗內容包括拉伸變形狀態下、剪切變形狀態下及拉剪復合變形狀態下的防水性能試驗。

試驗水壓力按0. 1～0. 8 MPa逐級加壓，每級增大0. 1 MPa，保壓時間為8 h。每級壓力下觀測是否滲漏，若無滲漏則進行下一級加壓試驗;如出現滲漏，則停止試驗。

3. 2排水性能試驗

自粘式止水帶排水性能模型試驗主要有3種工況，進水壓力按0. 1，0. 2，0. 3 MPa加壓，主要測試排水量指標。

3. 3接頭不透水試驗

自粘式鋼板止水帶接頭不透水模型試驗內容主要包括單排螺栓+膠粘密封、雙排螺栓、雙排螺栓+膠粘密封等接頭方式。試驗水壓力按0. 2～0. 6 MPa逐級加壓，每級增大0. 1 MPa，保壓時間1 h。每級壓力下觀測是否滲漏，若無滲漏則進行下一級加壓試驗;如出現滲漏，則停止試驗。

3. 4與普通止水帶防水性能對比試驗

增大水壓至自粘式止水帶與普通止水帶本體破裂或接縫出現滲漏為止，對比二者極限防水能力差異。

4　試驗結果分析

4. 1防水性能試驗

自粘式止水帶防水性能模型試驗結果見表1。

表1防水性能模型試驗結果

4. 2排水性能試驗

自粘式止水帶排水性能模型試驗結果見表2。

表2排水性能模型試驗結果

由表2結果，繪制自粘式止水帶進水壓力與排水量關系曲線，如圖7所示?？梢钥闯觯S著進水壓力的增大排水量逐漸增加，背貼式自粘止水帶排水能力與水壓成正相關性。

圖7進水壓力與排水量關系曲線

4. 3接頭不透水性能試驗

自粘式鋼板止水帶接頭不透水性能模型試驗結果表明:采用雙排螺栓加膠粘密封的接頭方法，接頭不透水壓力達到0. 6 MPa;采用雙排螺栓的接頭方法，水壓力達到0. 3 MPa時接頭出現漏水;采用單排螺栓加膠粘密封的接頭方法，水壓力達到0. 2 MPa時接頭出現漏水。

4. 4極限防水性能對比試驗

自粘式止水帶與普通止水帶極限防水性能對比試驗結果表明:在相同試驗條件下，普通止水帶在水壓力達到0. 3 MPa時，出現滲漏現象;自粘式止水帶在水壓力為1. 0 MPa時，止水帶本體斷裂，但其與混凝土接縫處仍未出現滲漏現象，說明自粘式止水帶膠粘密封帶起到了阻斷滲水通道的作用，增強了錨固能力。自粘式止水帶較普通止水帶極限防水能提高3倍左右。自粘式止水帶與普通止水帶極限防水能力對比效果如圖8所示。

圖8極限防水能力對比效果

5　結語

自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水性能模型試驗以及自粘式止水帶與普通止水帶防水性能的對比模型試驗結果表明，自粘式止水帶全面提升了隧道接縫綜合防水能力，較普通止水帶極限防水能力提高3倍左右。自粘式止水帶膠粘密封帶阻斷了滲水通道，增強了錨固性能，排水區能及時排出襯砌背后地下水，降低了接縫滲漏風險，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻

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(責任審編周彥彥)

Model test study on comprehensive waterproofing and drainage effect of self-stick water-stop belt

GUO Xiaoxiong1，MA Weibin1，MA Chaofeng1，GUO Yong2，JIN Jiakang2，CHEN Shaojing2
( 1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2．China Railway Construction Engineering Hengshui Rubber Co．，Ltd．，Hengshui Hebei 053000，China)

Abstract:According to the inadequate capacity of water-stop belt used in the existing railway tunnels，a series of selfstick water-stop belts were developed，and the waterproof，drainage and impermeable junction models were built to test the performance of self-stick water-stop belt，such as the waterproof，drainage and impermeable junction from the perspective of blocking seepage channel，and the effect of self-stick water-stop belt and the common water-stop belt was compared and analyzed．T he results showed that the self-stick water-stop belt improves comprehensive waterproof capacity of tunnel joint，ultimate waterproof performance of which is three times more than that of common water-stop belt，and could effectively solve the leakage problem of tunnel joint，which could provide the support for product optimization，standard setting and design construction for self-stick water-stop belt．

Key words:W ater-stop belt; Self-stick; W aterproof; Drainage; M odel test

文章編號:1003-1995( 2016) 01-0029-04

中圖分類號:U457+．2

文獻標識碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．01．06

作者簡介:郭小雄( 1985—)，男，助理研究員，碩士。

基金項目:中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目( 2015G002-F) ;中國鐵道科學研究院基金項目( 2015YJ037)

收稿日期:2015-11-15;修回日期: 2015-12-07