论文部分内容阅读
摘要：湍河渡槽工程是南水北调中线干线工程的重要输水建筑物,为验证工程槽的结构安全,进行现场充水试验是必要的。本文通过对湍河渡槽的止水结构、施工工艺流程、槽身充水和充水试验中发现的问题及原因分析，对渡槽止水结构是否可行和安全，对南水北调中线工程按期通水具有重大意义。
关键词：南水北调 湍河渡槽 U型薄壁 止水结构 施工工艺
中图分类号：U215文献标识码： A
1.工程概况
南水北调中线一期总干渠湍河渡槽位于河南省邓州市小王营～冀寨之间的湍河上，西距邓州～内乡省道3km，北距内乡县20km，南距邓州市26km。渡槽槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U型结构，单跨40m，共18跨，单槽内空尺寸（高×宽）7.23m×9.0m，渡槽设计流量350m³/s，加大流量为420m³/s，渡槽槽身采用造槽机现浇施工。
湍河梁式渡槽属大型河渠交叉建筑物。工程防洪标准为100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
2.槽身止水结构
本工程渡槽专用止水为大流量预应力渡槽伸缩止水装置，属于“十一五”国家科技支撑计划课题。止水装置主要由锈钢钢板基面、U型止水带、固定螺栓、槽钢压板、外部封闭等构件组成。
U型止水带的材料为强度、弹性性能较好的天然橡胶生产，止水带上部宽度为360㎜，厚度6㎜，U型底部采用大圆角形式（半径为24㎜）可充分满足渡槽接缝位移，结构尺寸如图1所示。
止水装置布置形式如图2所示
3.施工工艺
其中渡槽止水施工工艺主要包括基面处理、安装不锈钢板基面、灌注粘钢胶、粘贴止水带、安装槽钢压板、止水带外部封闭等。
3.1基面处理
首先剔除槽身预留止水槽泡沫板及槽身分缝泡沫板至预留止水槽结构面以下10cm。完成泡沫板剔除后使用冲击钻对预留止水槽进行修整，止水槽深度达到8cm。完成修整后采用空压机将基面清理干净。
3.2钢板安装
（1）植筋
按照钢板条带上的通孔确定预留止水槽混凝土结构面上的植筋位置，然后对基面进行钻孔，孔径为18mm，孔深不小于21cm，植筋孔在槽身同一截面上。钻孔完成后采用植筋胶将C14钢筋植入混凝土内，钢筋长度不小于31cm，外漏10cm，且植筋垂直于混凝土结构面。
（2）钢板安装
钢板安装前在清理干净的基面上均匀涂刷上界面剂，界面剂的涂刷薄而均匀，并对和混凝土粘结的钢板表面采用角磨机打磨干净。上道工序完成后采用不锈钢焊条对钢板和植筋进行固定，钢板安装平顺，中轴线在槽身同一截面上，并控制好止水两侧钢板的间距。钢板安装完成后使用环氧砂浆封闭钢板两侧缝隙，期间从钢板引出灌浆管，灌浆管间距控制在1000mm以内。
（3）灌胶
① 配胶
灌胶采用的是灌注型结构胶，分A、B组分，冬季施工，配胶之前需分别对A、B组分进行预热至常温，然后用台秤称重按配比进行配胶，A组分和B组分按4:1配比。
② 灌胶
钢板固定完成后从槽底开始逐段向上利用粘钢胶将钢板底部灌填密实，并将第一序的排气管作为下一序的进浆管。灌胶采用的方法是压力注胶，灌胶过程中，如果出现漏胶，暂停灌胶，并用快速封堵料进行封堵后再继续灌胶，确保每一灌区灌胶饱满。灌钢完成后剔除灌浆管、封堵，并将钢板两侧槽面采用环氧砂浆修整齐平。钢板安装完成后使用角磨机将钢板打磨平整。
（3）安装止水带
① 按照安装好的不锈钢板螺栓间距在止水带上进行打孔，完成打孔后对粘贴面进行打磨处理，并用丙酮（或酒精）擦拭干净。
② 用黄油将钢板上的丝扣孔填满后，将M14镀锌螺栓安装在钢板基面上，紧固力不小于5Kg，螺栓两端均有丝扣，且攻丝方向相同，并用丙酮（或酒精）将止水槽（含钢板及两侧混凝土基面）擦拭干净。
③ 将止水槽（含钢板及两侧混凝土基面）清理干净并均匀涂刷界面剂，涂刷薄而均匀，界面剂涂抹完成后在止水槽上涂刷粘钢胶，胶层厚2～3mm。
④ 将加工好的角钢在粘贴面上均匀涂抹粘钢胶，胶层厚2～3mm。
⑤ 上道工序完成后由槽底向两侧顺序安装止水带，使用垫片和螺帽固定角钢，并用角钢将止水带逐段压实，拧紧后角钢两侧有胶体溢出，紧固力介于2.5Kg与5.0Kg之间。压实后止水带两侧有胶体溢出，待胶体充分固化后，将溢出胶体进行清洁处理。
待角钢压板上胶体固化后，对槽内进行局部修整及清理。
（4）封闭止水结构
止水安装完成后，在除止水“鼻子”3.6cm外的止水槽内使预缩砂浆进行回填封闭。
对止水“鼻子”填塞沥青麻丝后使用聚硫密封胶进行封闭。
4.止水验证与效果
4.1止水验证
为验证南水北调湍河渡槽止水带安装是否满足技术要求，需要进行充水试验，根据湍河渡槽工程的充水水量及充水进度安排，槽身充水采用单槽逐个方式进行充水，充水顺序为中槽→左槽→右槽。
4.2挡水围堰主要结构形式
根据槽身充水试验的进度要求，结合湍河渡槽工程实际情况，湍河渡槽充水试验堵头采用以水泥砂浆砌筑砖墙挡水，辅以编制袋土增强受力形成堵头。
出口段堵头设置在出口闸内，在检修闸闸门附近位置用水泥砂浆和砖砌筑8m高的抗剪挡水墙，挡墙内设置一层A14的抗剪钢筋网片，挡水墙临水面用防水材料涂刷一层隔水防渗层，再铺一层0.5mm厚的土工膜，土工膜外延100cm固定。同时紧贴挡墙在背水面码放堆装土编制袋辅助进行受力。挡墙背水面用砌筑扶壁墙辅助进行受力，共设置4道扶壁。
进口段堵头设置进口槽身内，用水泥砂浆和砖砌筑7.5m高的抗剪重力式挡水墙，挡墙内设置一层A14的抗剪钢筋网片，挡水墙临水面用防水材料涂刷一层隔水防渗层，再铺一层0.5mm厚的土工膜，土工膜外延100cm固定，同时紧贴挡墙在背水面码放装土编制袋辅助进行受力。挡墙背水面用砌筑扶壁墙辅助进行受力，中间设置1道扶壁，扶壁厚1m。
4.3槽身充水
按照湍河渡槽工程充水要求，充水试验按左、中、右三槽分别进行充水。在湍河内开挖集水坑，集水坑内安放抽水设备，抽水设备采用8台150m3/h的潜水型污水泵，水泵扬程50m。测试水泵工作情况，抽水设备检查正常后开始进行槽身充水。
充水时槽内水位上升速度按每天不大于3m控制，除安全监测需要外，可连续充水到设计水位后监测3天，然后上升到满槽水位后监测3天。
4.4止水效果
湍河渡槽通过充水试验，发现局部有轻微渗水现象，表明止水带施工工艺是可行的，并及时对充水过程中发现的问题进行排查，并对渗水原因进行了初步分析。
5.充水试验中发现问题及初步原因分析
5.1充水试验中发现的问题
湍河渡槽工程首先进行中跨槽身止水施工，中槽充水后，发现有7处止水渗水，因此在左跨和右跨槽身止水施工过程中，根据中槽的施工经验，改善了止水施工工艺，有效提高了止水安装质量。
槽身充水试验均已完成，经现场检查，槽身渗水情况为：中跨槽身有7处止水伸缩缝部位渗水，槽身有25处轻微渗水和窨湿现象；左跨槽身有2处止水伸缩缝部位渗水，槽身有7处轻微渗水和窨湿现象；右跨槽身有1处止水伸缩缝部位渗水，槽身有2处轻微渗水和窨湿现象。
5.2渗水原因初步分析
（1）止水带渗水
通过充水试验发现，个别槽身止水处存在轻微渗水現象，经初步分析，止水带处渗水原因可能有以下两点：
① 由于止水施工工期紧张，在槽身同时进行了多个作业面的止水安装施工，钢板基面与槽身混凝土基面之间在灌注粘钢胶时，可能在钢板基面的个别点存在与粘钢胶之间粘接不完全，或粘钢胶与钢板基面及侧面的混凝土基面之间存在粘贴不完全的地方导致槽身充水后，止水处发生渗水现象。
② 止水带安装施工时，先在不锈钢板基面上涂刷的界面剂和粘钢胶，然后再粘贴止水带。止水带粘贴施工时，可能存在在钢板基面上涂刷的粘钢胶，受重力作用向下蠕动，在粘贴止水带时，会产生止水带与钢板基面之间存在个别点粘接不密实的情况，同时，在安装槽钢压板时，螺栓的紧固力也会使部分粘钢胶被压出。若个别跨槽身的止水带底面和钢板基座表面有渗水通道，水就会从止水带边缘沿着缝隙渗出。
（2）槽身渗水
充水试验中，发现的个别跨槽身的局部存在轻微渗水点和窨湿现象，经初步分析，此问题产生的原因为：槽身渗水处的混凝土的密实性可能不太理想；在槽身混凝土浇筑施工过程中，尽管我部已按照要求加强了混凝土振捣质量控制，并采取了定人定岗的进行混凝土的振捣，同时安排高级混凝土技师进行专门的监督检查，但可能仍存在个别振捣质量欠佳的地方，导致该处混凝土密实性不理想，充水时发生了轻微渗水和窨湿现象。
6.渗水问题处理的建议
6.1止水带处渗水问题的处理
针对止水带处的渗水问题，建议在槽身放水完成后，对存在渗水的止水带进行详细的检查，进一步查找渗水的原因，并制定相应的处理措施。
对由于不锈钢板基面的个别位置与混凝土基面粘接质量欠佳，止水带底面与钢板基面粘贴问题产生的渗水，建议采取对止水带钢板及止水带与槽身混凝土基面直接的结合部位进行二次封堵的方法进行处理。结合在沙河渡槽充水试验中的堵漏材料的应用效果，封堵材料可采用无机封堵料。首先对止水带和槽边缘之间的部位进行基面处理，确保清洁、干燥、无油污，部位清理完成后涂刷界面剂，再用无机封堵进行二次封堵。现场处理时根据实际情况，如有必要，也可采取其他方法来确保止水质量满足要求。
6.2槽身渗水问题的处理
纵观槽身渗水情况，槽身渗水以窨湿为主，个别点存在轻微的渗水，表面混凝土渗水通道很小。目前已做好渗水部位的登记，并进行了定位，待槽身放水后，建议采用绿色环保的高强无收缩灌浆料对渗水点进行灌浆，封闭渗水通道，并提高结构的强度，保证槽身满足通水运行的要求。
本文通过对湍河渡槽槽身止水结构的施工工艺；结合工程实例中采用大流量止水渡槽伸缩装置的具体实践，较详细地介绍了该方法的止水结构施工、渗水原因分析、渗水处理建议等。认为渡槽专用止水为大流量预应力渡槽伸缩止水装置在大型渡槽中是可行的和安全的。
关键词：南水北调 湍河渡槽 U型薄壁 止水结构 施工工艺
中图分类号：U215文献标识码： A
1.工程概况
南水北调中线一期总干渠湍河渡槽位于河南省邓州市小王营～冀寨之间的湍河上，西距邓州～内乡省道3km，北距内乡县20km，南距邓州市26km。渡槽槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U型结构，单跨40m，共18跨，单槽内空尺寸（高×宽）7.23m×9.0m，渡槽设计流量350m³/s，加大流量为420m³/s，渡槽槽身采用造槽机现浇施工。
湍河梁式渡槽属大型河渠交叉建筑物。工程防洪标准为100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
2.槽身止水结构
本工程渡槽专用止水为大流量预应力渡槽伸缩止水装置，属于“十一五”国家科技支撑计划课题。止水装置主要由锈钢钢板基面、U型止水带、固定螺栓、槽钢压板、外部封闭等构件组成。
U型止水带的材料为强度、弹性性能较好的天然橡胶生产，止水带上部宽度为360㎜，厚度6㎜，U型底部采用大圆角形式（半径为24㎜）可充分满足渡槽接缝位移，结构尺寸如图1所示。
止水装置布置形式如图2所示
3.施工工艺
其中渡槽止水施工工艺主要包括基面处理、安装不锈钢板基面、灌注粘钢胶、粘贴止水带、安装槽钢压板、止水带外部封闭等。
3.1基面处理
首先剔除槽身预留止水槽泡沫板及槽身分缝泡沫板至预留止水槽结构面以下10cm。完成泡沫板剔除后使用冲击钻对预留止水槽进行修整，止水槽深度达到8cm。完成修整后采用空压机将基面清理干净。
3.2钢板安装
（1）植筋
按照钢板条带上的通孔确定预留止水槽混凝土结构面上的植筋位置，然后对基面进行钻孔，孔径为18mm，孔深不小于21cm，植筋孔在槽身同一截面上。钻孔完成后采用植筋胶将C14钢筋植入混凝土内，钢筋长度不小于31cm，外漏10cm，且植筋垂直于混凝土结构面。
（2）钢板安装
钢板安装前在清理干净的基面上均匀涂刷上界面剂，界面剂的涂刷薄而均匀，并对和混凝土粘结的钢板表面采用角磨机打磨干净。上道工序完成后采用不锈钢焊条对钢板和植筋进行固定，钢板安装平顺，中轴线在槽身同一截面上，并控制好止水两侧钢板的间距。钢板安装完成后使用环氧砂浆封闭钢板两侧缝隙，期间从钢板引出灌浆管，灌浆管间距控制在1000mm以内。
（3）灌胶
① 配胶
灌胶采用的是灌注型结构胶，分A、B组分，冬季施工，配胶之前需分别对A、B组分进行预热至常温，然后用台秤称重按配比进行配胶，A组分和B组分按4:1配比。
② 灌胶
钢板固定完成后从槽底开始逐段向上利用粘钢胶将钢板底部灌填密实，并将第一序的排气管作为下一序的进浆管。灌胶采用的方法是压力注胶，灌胶过程中，如果出现漏胶，暂停灌胶，并用快速封堵料进行封堵后再继续灌胶，确保每一灌区灌胶饱满。灌钢完成后剔除灌浆管、封堵，并将钢板两侧槽面采用环氧砂浆修整齐平。钢板安装完成后使用角磨机将钢板打磨平整。
（3）安装止水带
① 按照安装好的不锈钢板螺栓间距在止水带上进行打孔，完成打孔后对粘贴面进行打磨处理，并用丙酮（或酒精）擦拭干净。
② 用黄油将钢板上的丝扣孔填满后，将M14镀锌螺栓安装在钢板基面上，紧固力不小于5Kg，螺栓两端均有丝扣，且攻丝方向相同，并用丙酮（或酒精）将止水槽（含钢板及两侧混凝土基面）擦拭干净。
③ 将止水槽（含钢板及两侧混凝土基面）清理干净并均匀涂刷界面剂，涂刷薄而均匀，界面剂涂抹完成后在止水槽上涂刷粘钢胶，胶层厚2～3mm。
④ 将加工好的角钢在粘贴面上均匀涂抹粘钢胶，胶层厚2～3mm。
⑤ 上道工序完成后由槽底向两侧顺序安装止水带，使用垫片和螺帽固定角钢，并用角钢将止水带逐段压实，拧紧后角钢两侧有胶体溢出，紧固力介于2.5Kg与5.0Kg之间。压实后止水带两侧有胶体溢出，待胶体充分固化后，将溢出胶体进行清洁处理。
待角钢压板上胶体固化后，对槽内进行局部修整及清理。
（4）封闭止水结构
止水安装完成后，在除止水“鼻子”3.6cm外的止水槽内使预缩砂浆进行回填封闭。
对止水“鼻子”填塞沥青麻丝后使用聚硫密封胶进行封闭。
4.止水验证与效果
4.1止水验证
为验证南水北调湍河渡槽止水带安装是否满足技术要求，需要进行充水试验，根据湍河渡槽工程的充水水量及充水进度安排，槽身充水采用单槽逐个方式进行充水，充水顺序为中槽→左槽→右槽。
4.2挡水围堰主要结构形式
根据槽身充水试验的进度要求，结合湍河渡槽工程实际情况，湍河渡槽充水试验堵头采用以水泥砂浆砌筑砖墙挡水，辅以编制袋土增强受力形成堵头。
出口段堵头设置在出口闸内，在检修闸闸门附近位置用水泥砂浆和砖砌筑8m高的抗剪挡水墙，挡墙内设置一层A14的抗剪钢筋网片，挡水墙临水面用防水材料涂刷一层隔水防渗层，再铺一层0.5mm厚的土工膜，土工膜外延100cm固定。同时紧贴挡墙在背水面码放堆装土编制袋辅助进行受力。挡墙背水面用砌筑扶壁墙辅助进行受力，共设置4道扶壁。
进口段堵头设置进口槽身内，用水泥砂浆和砖砌筑7.5m高的抗剪重力式挡水墙，挡墙内设置一层A14的抗剪钢筋网片，挡水墙临水面用防水材料涂刷一层隔水防渗层，再铺一层0.5mm厚的土工膜，土工膜外延100cm固定，同时紧贴挡墙在背水面码放装土编制袋辅助进行受力。挡墙背水面用砌筑扶壁墙辅助进行受力，中间设置1道扶壁，扶壁厚1m。
4.3槽身充水
按照湍河渡槽工程充水要求，充水试验按左、中、右三槽分别进行充水。在湍河内开挖集水坑，集水坑内安放抽水设备，抽水设备采用8台150m3/h的潜水型污水泵，水泵扬程50m。测试水泵工作情况，抽水设备检查正常后开始进行槽身充水。
充水时槽内水位上升速度按每天不大于3m控制，除安全监测需要外，可连续充水到设计水位后监测3天，然后上升到满槽水位后监测3天。
4.4止水效果
湍河渡槽通过充水试验，发现局部有轻微渗水现象，表明止水带施工工艺是可行的，并及时对充水过程中发现的问题进行排查，并对渗水原因进行了初步分析。
5.充水试验中发现问题及初步原因分析
5.1充水试验中发现的问题
湍河渡槽工程首先进行中跨槽身止水施工，中槽充水后，发现有7处止水渗水，因此在左跨和右跨槽身止水施工过程中，根据中槽的施工经验，改善了止水施工工艺，有效提高了止水安装质量。
槽身充水试验均已完成，经现场检查，槽身渗水情况为：中跨槽身有7处止水伸缩缝部位渗水，槽身有25处轻微渗水和窨湿现象；左跨槽身有2处止水伸缩缝部位渗水，槽身有7处轻微渗水和窨湿现象；右跨槽身有1处止水伸缩缝部位渗水，槽身有2处轻微渗水和窨湿现象。
5.2渗水原因初步分析
（1）止水带渗水
通过充水试验发现，个别槽身止水处存在轻微渗水現象，经初步分析，止水带处渗水原因可能有以下两点：
① 由于止水施工工期紧张，在槽身同时进行了多个作业面的止水安装施工，钢板基面与槽身混凝土基面之间在灌注粘钢胶时，可能在钢板基面的个别点存在与粘钢胶之间粘接不完全，或粘钢胶与钢板基面及侧面的混凝土基面之间存在粘贴不完全的地方导致槽身充水后，止水处发生渗水现象。
② 止水带安装施工时，先在不锈钢板基面上涂刷的界面剂和粘钢胶，然后再粘贴止水带。止水带粘贴施工时，可能存在在钢板基面上涂刷的粘钢胶，受重力作用向下蠕动，在粘贴止水带时，会产生止水带与钢板基面之间存在个别点粘接不密实的情况，同时，在安装槽钢压板时，螺栓的紧固力也会使部分粘钢胶被压出。若个别跨槽身的止水带底面和钢板基座表面有渗水通道，水就会从止水带边缘沿着缝隙渗出。
（2）槽身渗水
充水试验中，发现的个别跨槽身的局部存在轻微渗水点和窨湿现象，经初步分析，此问题产生的原因为：槽身渗水处的混凝土的密实性可能不太理想；在槽身混凝土浇筑施工过程中，尽管我部已按照要求加强了混凝土振捣质量控制，并采取了定人定岗的进行混凝土的振捣，同时安排高级混凝土技师进行专门的监督检查，但可能仍存在个别振捣质量欠佳的地方，导致该处混凝土密实性不理想，充水时发生了轻微渗水和窨湿现象。
6.渗水问题处理的建议
6.1止水带处渗水问题的处理
针对止水带处的渗水问题，建议在槽身放水完成后，对存在渗水的止水带进行详细的检查，进一步查找渗水的原因，并制定相应的处理措施。
对由于不锈钢板基面的个别位置与混凝土基面粘接质量欠佳，止水带底面与钢板基面粘贴问题产生的渗水，建议采取对止水带钢板及止水带与槽身混凝土基面直接的结合部位进行二次封堵的方法进行处理。结合在沙河渡槽充水试验中的堵漏材料的应用效果，封堵材料可采用无机封堵料。首先对止水带和槽边缘之间的部位进行基面处理，确保清洁、干燥、无油污，部位清理完成后涂刷界面剂，再用无机封堵进行二次封堵。现场处理时根据实际情况，如有必要，也可采取其他方法来确保止水质量满足要求。
6.2槽身渗水问题的处理
纵观槽身渗水情况，槽身渗水以窨湿为主，个别点存在轻微的渗水，表面混凝土渗水通道很小。目前已做好渗水部位的登记，并进行了定位，待槽身放水后，建议采用绿色环保的高强无收缩灌浆料对渗水点进行灌浆，封闭渗水通道，并提高结构的强度，保证槽身满足通水运行的要求。
本文通过对湍河渡槽槽身止水结构的施工工艺；结合工程实例中采用大流量止水渡槽伸缩装置的具体实践，较详细地介绍了该方法的止水结构施工、渗水原因分析、渗水处理建议等。认为渡槽专用止水为大流量预应力渡槽伸缩止水装置在大型渡槽中是可行的和安全的。