渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置的設計與應用

楊 君 磊， 胡 湯 呷 子， 周 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

四川省都江堰灌區毗河供水一期工程為國家重點水利工程之一,是一項為解決資陽市境內諸多區縣的灌溉用水、城鎮供水并兼顧人畜用水和改善生態環境的重要民生工程。在該工程主干渠及支渠引水渠道建設中,由于所跨越的地形條件較為復雜,依托地形條件及當地的民生需求，設計人員采用了諸多類型的引水水工建筑物,如明渠、暗涵、隧洞、渡槽等。

其中渡槽作為引水工程的主要建筑物，為確保引水渠道水流上跨河渠、溪谷、洼地和道路時所修建的橋式交叉建筑物(又稱高架渠)，主要由進出口槽臺、槽身、支撐結構(樁基礎、板式基礎、排國家實用新型專利：渡槽槽身U型止水閉水裝置(ZL.2019,2,2051099.9)

架柱、支座、墊石)及附屬結構(止水、欄桿)組成。毗河供水一期工程渡槽槽身為U型薄殼鋼筋混凝土結構，橫斷面為半圓加直段，在槽身頂部設置有拉桿，渡槽槽身標準跨長度為15 m，在跨越特殊部位時采用預應力槽身，跨度為20～30 m不等，在槽身兩端設置結構縫，接縫下部寬3 cm，上部寬20 cm。

在結構縫U型橡膠止水帶施工完成后、嵌縫前需要進行閉水試驗以檢測止水帶是否存在滲漏。磚砌擋墻蓄水是常規采用的閉水檢測方式。該閉水檢測試驗通常需要在完成一跨或多跨槽身止水帶安裝后在其兩端砌墻封閉、向槽身內充水至設計加大水深(設計允許過流最大水深)。該墻體橫貫渡槽槽身，占用空間較大，同時對槽身前后的交通造成阻塞，不利于其他工序的施工，鑒于磚砌擋墻形成的關水空間較大，其用水量亦較大。在渡槽高程較高、地勢較為復雜、取水困難的部位，采用該施工方法將大大增加施工難度。在渡槽止水施工過程中，對止水帶安裝后的槽身進行閉水試驗是其施工必要的過程，如果槽身閉水試驗過于復雜，勢必會影響到施工進度。為保證工程施工方便、經濟，通過現場摸索，項目部技術人員研發出了渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置，對其研發過程介紹于后。

2 渡槽槽身止水結構的形式及施工工序

在渡槽結構縫之間設置渡槽止水，其目的在于在渡槽運行過程中緩沖槽身與槽身之間的作用力，釋放或減小槽身與槽身之間的各種應力(溫度應力、拉應力等)，要求渡槽的結構縫必須具有一定的伸縮性，同時，渡槽結構縫設置的止水應具有防滲漏作用，以保證渡槽的穩定運行。該工程止水結構的形式選用U型GB復合橡膠止水帶，其止水結構包含聚乙烯嵌縫板(δ=3 cm、δ=5 cm)、U型橡膠止水帶(δ=8 mm)、GB膠板(δ=4 mm)、不銹鋼螺栓(M10×100 mm)、不銹鋼壓板(30 mm×5 mm)、丙乳砂漿(根據設計要求配制)、聚硫密封膏及材料間粘接劑(氯丁酚醛膠粘劑強力膠等)。鑒于止水結構施工工序較為復雜，為確保止水的施工質量，做到不滲漏，要求各工序必須細致施工以避免返工。槽身止水的施工流程見圖1[1]。

圖1 槽身止水施工流程圖

3 槽身U型止水閉水檢測裝置的設計

按照渡槽槽身U型止水施工流程，在完成U型止水帶及不銹鋼壓板、螺栓安裝后需要對結構縫施工質量進行閉水檢測，以檢驗止水帶的安裝是否滿足質量要求，及時發現前期施工存在的問題，避免在后續施工完成后返工而浪費時間及材料。槽身閉水檢測是在安裝完成U型止水帶后、通過向槽身內充水、在充水水位達到設計加大水深、參照水池滿水試驗要求閉水72 h后測得水位損失量并觀察渡槽止水槽是否出現漏水或明顯的滲水現象。

3.1 槽身U型止水閉水檢測裝置的設計原理

渡槽通水后，渡槽底部會受到持續的動水壓力作用，當渡槽過水斷面的過水流量恒定時，此時將渡槽的過流情況視作均勻流，即渡槽底部受到的動水壓力作用與靜水壓力作用一致。因此，可以在靜水壓力的條件下考察渡槽止水在水壓力作用下的防滲漏能力，這即為進行槽身止水閉水試驗的基礎條件。

在水靜力學研究中得到靜水壓強公式[2]：

P=P0+ρgh

式中：P為在水深h時的靜水壓強；P0為自由水面大氣壓強；ρ為水的密度；h為水深。

由靜水壓強公式得出重要的結論：同種液體中，淹沒深度相等的各點靜水壓強相等[3]。即在其他條件不變的情況下，水中某點的靜水壓強僅與該點所處水中的深度有關。因此，在如圖2所示的兩種關水情況下，渡槽止水部位受到的靜水壓強相等。這是槽身U型止水閉水檢測裝置的理論基礎。槽身U型止水閉水試驗對比情況見圖2。

由此可以根據施工現場的條件及磚砌擋墻閉水試驗設計出土工膜封閉水試驗裝置，用于考察渡槽止水在同樣的靜水壓強作用下是否能夠達到防滲漏的質量要求。

3.2 槽身U型止水閉水檢測裝置的結構形式

渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置是將復合土工膜覆蓋在渡槽的止水槽上，封閉止水槽并形成弧形閉水區間，閉水區間的兩端均為用于向閉水區間灌水的灌水口。渡槽結構縫的上下游兩端在距離其邊緣5 cm范圍均打磨平整并涂刷界面劑，再通過強力膠與復合土工膜連接。復合土工膜裁剪下料時要超出結構縫兩側寬度5～10 cm。對于復合土工膜與槽身內壁結合部位粘貼GB膠條，GB膠條與復合土工膜之間通過強力膠連接，在每條GB膠條上部安裝不銹鋼壓條并根據壓條預留孔位鉆孔，根據孔位的布置安裝膨脹螺栓，依次穿過不銹鋼壓條、GB膠條、復合土工膜后嵌入渡槽槽身固定。渡槽止水槽處的橫縱剖面見圖3[4]。

圖中：1—渡槽槽身；2—止水槽基座；3—組合層結構；31—第一GB膠條；32—U型止水帶層；4—閉水區間；41—灌水口；5—復合土工膜；6—第二GB膠條；7—第一螺栓；71—第一不銹鋼壓條；8—槽身頂部拉桿；9—第二螺栓；91—第二不銹鋼壓條圖3 渡槽止水槽處的橫縱剖面圖

4 槽身U型止水閉水檢測裝置的施工

渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置的施工流程見圖4。

(1)基礎面打磨及界面劑的涂刷。在U型止

圖4 渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置施工流程圖

水閉水檢測裝置施工前，需要將原澆筑渡槽槽身端頭部位打磨平順，同時將槽身內側表面混凝土乳皮打磨干凈以確保復合土工膜與槽身緊密貼合，打磨范圍為5～10 cm。基礎面打磨完成后，用軟毛刷均勻涂刷界面劑以增強復合土工膜與混凝土面的貼合性。

(2)復合土工膜的粘貼。毗河供水一期工程渡槽槽身分為不同流量段，其槽身尺寸不盡相同，必須按照設計圖紙采用美工刀或剪刀裁剪出相應尺寸的復合土工膜。復合土工膜多采用兩布一膜，且土工膜與渡槽槽身粘貼側需將土工膜保護布去除，使膜與混凝土基礎面直接粘合并保證粘貼的嚴密性，在完成土工膜裁剪及準備工作后備用。

根據不同界面劑說明書要求，在完成界面劑涂刷且達到相應時間后開始涂刷強力膠水，同樣按照強力膠水的性能要求和說明書將其均勻涂刷在混凝土基礎面，待強力膠水滿足時間要求后將準備好的復合土工膜按照先底部、后邊墻，底部由中間向兩端粘接，邊墻由下向上粘接的順序施工，在其鋪設過程中采用刮片和膠錘連續壓實土工膜，不得漏壓。

(3)GB膠板的粘貼。清理土工膜表面的灰塵及污漬，GB膠板采用丙酮(或酒精)擦拭干凈。使用毛刷在土工膜面和GB膠板上分別涂刷一層氯丁酚醛膠粘劑強力膠，要求涂膠2～3次，涂膠量按150～250 g/m2實施，露置至完全不粘手(約10～20 min)時將其壓緊，按照先底部、后邊墻，底部由中間向兩端粘接，邊墻由下向上粘接的順序施工，并設置壓板等固定壓實。施工過程中，應避免沾水或進入灰塵，待膠體充分固化后拆除壓板并進行清理工作。

(4)不銹鋼壓條及螺栓的安裝。在鋪設GB膠板位置順直鋪放不銹鋼壓條，再根據不銹鋼壓條上的空隙位置選取適合鉆孔的位置并做好記號，使用電鉆在標記的位置垂直止水槽環面鉆孔，鉆孔完成后，使用高壓風槍將孔內的殘渣清理干凈，要求孔內無殘渣和灰粉。確認孔的位置合適后，將膨脹螺栓穿過土工膜、GB膠板、不銹鋼壓板等，再插入已打好的螺栓孔內并確認完全插入。

如果螺栓孔過緊，需要用手錘將膨脹螺栓敲擊入孔。此時應注意：不得直接敲擊螺栓端部，這樣做可能會導致螺栓的絲扣受到損壞，從而無法旋緊螺母并進行調節。應使用略大于螺桿的套管套在螺桿上進行敲擊，使敲擊力作用于螺母上。螺栓孔過緊的處理方法見圖5。

圖5 螺栓孔過緊的處理方式示意圖

螺栓的緊固順序為從槽身底部向兩側依次緊固，螺栓的擰緊程度以壓條空隙內橡膠稍有凸起為止。對于安裝好的膨脹螺栓，其外露部分應與底板垂直，墊片與底板應完全緊密接觸。螺母旋緊后，螺栓外露的絲扣應保持在2～5扣之間。U型止水閉水裝置見圖6。

圖6 U型止水閉水裝置示意圖

(5)閉水檢測裝置的注水及滲漏檢測。完成閉水檢測裝置的安裝并經檢驗合格后，向該裝置內緩慢注水，并在槽身混凝土上口端設置注水上限刻度即設計加大水深處，緩慢注水至上限刻度。注水過程中需安排人員觀察渡槽槽身結構縫及閉水檢測裝置是否存在滲漏現象，若發現有滲漏情況，應標記滲漏位置，立即停止注水、返工重做。若未發現滲漏，則在注水至上限刻度位置時停止注水并浸泡48 h，使槽身混凝土及土工膜吸水飽和，再次注水至上限刻度并記錄初始刻度數據，待24 h后再次記錄最終水位數據，并對結構縫及閉水檢測裝置進行檢查，看其是否存在滲漏點，若無滲漏且最終水位差允許滲水量不超過17.6 m3/(24 h·km)[5](參照市政工程管徑不超過20 cm鋼筋混凝土管無壓管道閉水試驗允許滲水量數據)即為合格。

5 槽身閉水試驗對比

磚砌擋墻和槽身U型止水閉水檢測裝置兩種槽身閉水試驗方案均能達到渡槽在加大水深時的靜水壓強效果，故其均能達到檢測渡槽止水是否滲漏的目的。

對于磚砌擋墻槽身閉水試驗方案，在其施工過程中使用了磚、水泥砂漿兩種主要材料且磚砌過程復雜。以毗河供水一期工程書永分干渠第四流量段渡槽為例介紹了具體的閉水試驗過程。該渡槽完工后的磚墻面積為4.549 5 m2左右，兩面磚墻形成前后寬2 m、高1.85 m的半封閉關水空間，此時渡槽的前后已不便于通行。進行閉水試驗時，在關水空間內將水位關到設計加大水深183.9 cm處需要9 099 L的水。為防止磚墻被水壓推垮，在磚墻外側需要堆砌砂袋以穩固墻體。

對于復合土工膜封閉的槽身充水試驗方案，同樣以毗河供水一期工程書永分干渠第四流量段渡槽為例，施工過程中使用了復合土工膜、GB膠板、不銹鋼壓條、膨脹螺栓、強力膠等材料，施工過程要求細致；完工后復合土工膜覆蓋了止水槽的充水空間，該充水環形空間長554.5 cm，寬20 cm，深10 cm，對渡槽前后的交通基本無影響。進行閉水試驗時，在關水空間內將水位關到加大水深183.9 cm處需要110.9 L的水。

對比上述兩種槽身閉水試驗方案得知，復合土工膜閉水檢測裝置較磚砌擋墻閉水試驗方案具有以下優點：

(1) 使用更少的施工材料，施工過程較簡單；

(2)所形成的關水空間較小，閉水試驗時用水量更少；

(3) 完工后對交通通行的影響非常小，有利于其他施工作業的進行；

(4) 閉水試驗完成后的拆除、處理工作更為簡單、方便。

由上述可知：在渡槽高度較高、施工材料不方便運輸、水不方便泵送的部位，采用復合土工膜閉水檢測裝置在閉水試驗中具有的優勢更明顯。

6 結 語

渡槽止水不漏水、不滲水是保證工程完工后渡槽穩定運行的重要條件，而槽身閉水試驗是驗證渡槽止水防漏水、防滲水性能的重要依據。在渡槽止水施工過程中，對止水帶安裝后進行槽身閉水試驗是其必要的過程。但若槽身閉水試驗過于復雜，勢必會影響到施工進度。而采用復合土工膜閉水檢測裝置對槽身止水進行滲漏檢測可行，其施工工序更為經濟、簡便、快捷。該裝置在毗河供水一期工程渡槽止水滲漏檢測中首次使用即獲成功，并獲得國家實用新型專利(ZL.2019,2,2051099.9)。