紅嶺灌區西干渠輸水建筑物伸縮縫止水設計

楊秀榮,張 勇

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510610)

1 概述

紅嶺灌區為國家172項節水供水重大水利工程，是海南省大型灌區之一，對海南省農業水利發展舉足輕重。工程位于海南省東北部地區，開發任務為農業灌溉、城鄉生活和工業供水等綜合利用，設計灌溉面積為9.698萬hm2，工程等別為Ⅱ等、規模屬于大(2)型，由總干渠、東干渠、西干渠及灌區骨干渠系工程組成，其中西干渠設計流量為6 m3/s，為4級建筑物，渠系總長為75.987 km，包括渠道、水閘、隧洞、渡槽、暗涵及陡坡等渠系建筑物共85座。

為了適應地基變形和滿足結構構造特點要求，渠系建筑物之間及各段或節之間需設置伸縮縫，縫之間需設置止水以防止漏水或滲水。止水設計屬于結構工程的構造設計，是渠系建筑物伸縮縫設計的重要組成部分，雖然其工程量較小，造價占建筑物總投資相對較低，往往容易被忽視，但止水設計合理與否直接關系著渠系建筑物設計的成敗，特別是臨空的渡槽類建筑物，若設計不當處理不好，會嚴重影響整體工程的經濟效益，所以渠系建筑物伸縮縫的止水設計應引起足夠的重視。本文介紹紅嶺灌區西干渠輸水系統不同渠系建筑物的伸縮縫止水設計所考慮的因素，從安全性、適宜性、施工簡便、檢修方便等方面進行技術分析，并兼顧經濟性，提出適用于不同類型建筑物的止水設計方案。

2 止水設計考慮因素

止水設計包括止水形式和止水材料的選擇。止水形式一要考慮方便施工，這樣容易保證施工質量。二是便于更換和維修，降低運行管理的費用和成本。止水材料應在設計使用條件下滿足耐久性要求，做到防滲防漏；伸縮縫定型止水材料材質上可以是天然橡膠、合成橡膠、聚氯乙烯、銅和不銹鋼材料等，對于低于20 m水頭以下的輸水系統宜考慮天然橡膠材料。

2.1 伸縮縫設置長度的選擇

首先進行伸縮縫設置長度的選擇，紅嶺灌區西干渠輸水系統涉及渡槽、隧洞、暗涵、明渠等渠系建筑物，不同的建筑物因使用條件、結構特點等不同，分段長度也不同。分段長度愈短，伸縮縫過密會增加施工的繁瑣，也會增多潛在的漏水和滲水點，而分段過長會不利于結構溫度應力的釋放，也不能很好地適應地基的變形。本次設計在遵循相關規范原則的基礎上，依據不同建筑物的地形地質條件，結合灌區所在區域的氣象水文條件等環境因素進行伸縮縫設置長度的選擇。

通常隧洞沿洞身縱向分縫長度為8～12 m，明渠現澆砼襯砌分縫長度為3～8 m，鋼筋砼結構的簡支梁式槽身單跨跨度宜采用8～15 m，雙懸臂梁式槽身分節長度宜采用15～30 m，槽身距地面高度較大、基礎條件較好或基礎施工困難的宜選用小值；對于隧洞和暗涵在下列位置設置：① 地基土質發生變化、基礎埋深不一致以及基礎為填、挖方形式的交界處；② 涵身和端墻、進出口翼墻及護底等結構的分段處。

紅嶺灌區屬亞熱帶島嶼季風氣候區，多年平均日照時數約為2 200 h，年輻射量為494 kJ/cm2，大于10℃的積溫為8 500℃，多年平均氣溫為23.6℃，最熱7月平均氣溫為28℃，最冷1月平均氣溫為16.7℃，灌區歷年實測極端最高氣溫為39.8℃，極端最低氣溫為3℃，區域內太陽輻射強，日照時間長，熱量豐富、氣溫高且溫差大。因此，紅嶺灌區伸縮縫長度宜取小值，力求減少溫度應力。

結合本工程的輸水規模，并參照已建工程經驗，紅嶺灌區西干渠工程渡槽長為15 m、隧洞和暗渠間隔為10 m、明渠長為5 m，各設一伸縮縫。

2.2 止水設計因素

1)安全性

伸縮縫止水設計既要適應變形，又要防止漏水。如果接縫漏水，會嚴重威脅建筑物的安全并造成水量浪費。同時要考慮止水材料的耐久性，更好地適應建筑物的運行條件及工作環境。海南地區室外溫度高，日照強，臨空而立的渡槽伸縮縫中橡膠止水材料若不合理保護則易老化，影響使用壽命。夾縫材料如杉木板、松木板或聚乙烯低發泡板等是否受到土中各類水等的腐蝕也是考慮因素之一。

2)適宜性

同一級別不同類型的建筑物對止水性能的要求往往不同，都采用同一標準則較為浪費，應充分考慮其使用條件的特殊性。渡槽運行環境高架臨空，結構單薄，其止水工作條件相對隧洞和暗涵較為不利。如果出現問題，將嚴重威脅渡槽安全運行，檢修更換成本和代價較大，宜選擇適應變形能力強、質量保證安全度較高的止水材質；隧洞和暗涵止水埋于地下，受外界氣候環境響相對較小，但拆除更換對砼結構影響較大，宜選擇有一定安全保證止水材料；明渠止水出現問題修補更換較為容易，其止水宜選擇經濟適用、施工方便的材料，滿足止水安全功能則可。因此，伸縮縫止水的選擇要結合建筑物特點，充分考慮其適宜性。

3)施工簡便與檢修更換方便

不同輸水建筑物結構特點不同，止水的施工條件及檢修條件不同，設計時還應充分考慮施工的簡便性及建成運行后一旦出現問題檢修更換實施的方便性。施工越簡便，施工質量越容易得到保證，止水設計要充分考慮施工的簡便性。

按照有關規定，3、4級灌排渠系建筑物的合理使用年限為30 a，止水設計時除滿足不漏水要求外，材質要滿足耐久性，性能要安全可靠，構造盡可能簡單，施工方便，同時還要考慮運行后方便維修和更換。因為工程一旦建成就要多年發揮效益，在使用期間，局部槽段、渠段和洞段受外界影響，難免需要進行修補和更換，因此伸縮縫止水的可檢修性及易更換性也是設計時要考慮的重要因素之一。

3 伸縮縫止水設計

3.1 渡槽

渡槽節與節之間、節與端部伸縮縫止水為渡槽重要的設計項目之一，止水形式有搭接型和嵌縫對接型兩大類，搭接型是止水材料與接縫混凝土材料采用搭接形式結合在一起，按搭接的方法又分為壓板式、粘合式及埋入式，嵌縫對接型則是在接縫中嵌入止水材料。按照西干渠工程運用條件，渡槽伸縮縫止水的技術參數：在承受0.06 MPa水壓力條件下張開40 mm，橫向錯動40 mm、豎向相對沉降40 mm的位移作用下不漏水。借鑒國內已建大型水利灌溉工程渡槽止水多年運行的成功經驗，本次紅嶺灌區西干渠渡槽槽身伸縮縫止水采用搭接壓板式止水形式。考慮海南高溫地區，渡槽為臨空建筑物，受外界溫度影響混凝土收縮變幅較大，渡槽伸縮縫寬取40 mm。迎水面設置深80 mm×底寬220 mm×開口寬240 mm的燕尾槽，有利于填料的穩定；槽內縫寬底部中心塞瀝青油麻，用于輔助止水和適當保護橡皮止水帶；槽內底部縫寬兩側預埋不銹鋼帶，然后以環氧樹脂基液粘貼L200 mm×R30 mm×δ10 mm的橋型止水橡皮，橡皮上部設紙質隔層，再以鋸沫水泥砂漿填槽抹平，鋸未水泥砂漿的功能是為了保護內部結構并適應槽身伸縮。背水面以瀝青鋸沫板嵌縫(見圖1)。

施工過程中，施工方提出此種止水方式施工程序較為繁瑣，建議采用同期實施的東干渠類似工程止水方式即嵌縫式對接止水形式，槽身前后兩跨接頭縫寬40 mm，迎水面設置深80 mm×寬240 mm的矩形槽，槽內底部厚20 mm至向背水側縫內深50 mm填塞新型材料雙組份聚硫密封膏，然后迎水面縫寬處填塞瀝青砂漿，既起到輔助止水作用又起到保護接縫作用，縫寬兩側填塞水泥砂漿至槽頂面抹平，起到保護雙組份聚硫密封膏抗沖耐磨并提高其抗老化性能的作用，背水面以高密度聚乙烯閉孔泡沫板嵌縫(見圖2)。

圖1 搭接壓板式示意

圖2 嵌縫式對接止水示意

目前以上2種渡槽接縫止水形式均廣泛應用于大型灌區工程中，技術上均可行，均能滿足既適應變形又能防止漏水的功能要求。止水形式1施工較為繁瑣、較為經濟、耐久性好。止水形式2施工方便、單價相對較高，耐久性不如第一種。同一工程同一建筑物同一使用條件采用不同止水形式，也是對2種工程措施的相互驗證，待通水運行后再總結歸納，為同行提供寶貴經驗。

3.2 隧洞及暗涵

對于隧洞進、出口加強段及Ⅳ～Ⅴ類圍巖洞段及暗涵分縫處，采用廣泛應用于同類項目工程的中部埋入式搭接止水形式，即橡膠壓板式止水，縫寬20 mm，縫內距迎水面200 mm處設置“652”型橡膠止水帶，迎水面以1:1:4瀝青砂漿填縫，背水面縫內布設高密度聚乙烯閉孔泡沫板。隧洞Ⅱ～Ⅲ類圍巖區縫內不設止水帶，迎水面與背水面分別以瀝青砂漿和高密度聚乙烯閉孔泡沫板填縫(見圖3)。

圖3 橡膠壓板式止水示意

3.3 輸水明渠

對于梯形明渠分縫處采用廣泛應用于同類項目工程的填縫式止水形式，縫寬20 mm，縫深度中部嵌入聚氯乙烯膠泥，厚30 mm，迎水面及背水面各以1:1:4瀝青水泥砂漿填縫，起到輔助防滲作用，同時對聚氯乙烯膠泥具有一定的保護作用(見圖4)。

4 結語

本文以紅嶺灌區西干渠輸水系統伸縮縫止水設計為例，闡述了止水設計需要重點考慮的因素，從技術和經濟方面對西干渠止水設計進行了詳細分析，提出了適用于不同類型建筑物的止水設計方案。雖近幾十年來水利行業新技術突飛猛進高速發展，但輸水系統伸縮縫止水形式并沒有太大變化，依然沿用搭接型和嵌縫對接型兩大類，只是止水材料在不斷地更新。即迎水面填縫材料從20世紀60年代的瀝青砂漿和鋸沫水泥砂漿發展至今的雙組份聚硫密封膏和聚氯乙烯膠泥，背水面嵌縫材料由較早的瀝青杉木板調換成現在的高密度聚乙烯閉孔泡沫板，用于固定橡膠止水帶的穿孔螺栓和壓鐵換成現在的不銹鋼帶。相較而言，現在使用的材料更加環保、更加便于施工、更加便于維修和更換。

按照施工進度安排，紅嶺灌區干、支渠將在2020年10月全線通水，屆時對西干渠輸水系統伸縮縫止水設計、施工均是較大的考驗和驗證。筆者將會就施工過程中遇到的問題、經驗及運行后的效果繼續跟蹤總結，期望通過本文及后續文章為灌區、引調水及供水等工程中渠系建筑物伸縮縫的止水設計積累經驗并為同行提供借鑒。