水工材料论文
摘 要： 中埋式止水带在工程中应用时普遍存在为避让止水带需要对钢筋进行内折的问题,背贴式止水带因其位于结构外表面而耐久性得不到充分保证。为解决中埋式和背贴式止水带用于水利水电工程中存在的不适应性问题,根据这两种止水带结构特点和原理,提出了新型中贴式止水带,并在兰州市水源地工程中进行了实际应用。实践表明,中贴式止水带很好地解决了中埋式和背贴式止水带在水利水电工程应用中存在的不适应问题,止水效果可靠,且为设计和施工提供了便利。
关键词： 中贴式止水带; 中埋式止水带; 背贴式止水带; 适应性; 水利水电工程; 工程应用;
Abstract： For the embedded water stop, the position conflicts between the waterstop and the rebar appear frequently in design and construction. For the back attached waterstop, the exposure outside can cause harm for the durability. In order to solve the inadaptability, according to the structural characteristics and the working principles of those two kinds of waterstops, the side attached waterstop was initially proposed and firstly used in Lanzhou Water Source Project with good adaptability. The side attached waterstop has provided convenient both for the design and construction.
Keyword： side attached waterstop; embedded waterstop; back attached waterstop; adaptability; hydraulic project; engineering application;
止水带是用于建筑物接缝止水的定型材料,其材质有天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯(PVC)、铜和不锈钢等,结构型式可分为平板型和变形型两种[1]。止水带在浇筑混凝土时预埋在变形缝内与混凝土连成一体,可有效防止构筑物变形缝处的渗水、漏水,并起到减震缓冲等作用,广泛应用于水利水电、堤坝、涵闸、隧道、人防、高层建筑的地下室等工程中。在水利水电工程中,目前多采用平板型止水带,根据埋入位置及止水带结构型式的不同,主要分为中埋式和背贴式两种。黄河勘测规划设计研究院有限公司根据中埋式和背贴式止水带在工程实践中存在的问题,提出了中贴式止水带技术,并在兰州市水源地工程中进行了实际应用,取得了较好的效果。
1 、中埋式与背贴式止水带在水利水电工程中的适应性分析
中埋式止水带嵌入混凝土中的单边宽度一般为120～260 mm,水利水电工程钢筋混凝土保护层的厚度通常为50～80 mm,止水带嵌入混凝土的宽度大于混凝土保护层的厚度,导致止水带与钢筋在空间位置上存在矛盾,即通常所说的“钢筋与止水打架”。为了保证止水效果,通常对钢筋进行内折以避让止水(如图1所示),这种为了避让止水而对钢筋进行内折的做法,将削弱闸墩结构强度,即使对大体积混凝土来说,因钢筋内折而导致结构强度的削弱也是不可忽视的。
图1 中埋式止水带示意
背贴式止水带布置于混凝土结构的表面,通过位于止水带侧面的多条嵌入混凝土的止水线来达到止水的目的。在实际应用时,可以选择合适的止水线高度,使其小于混凝土保护层的厚度,从而保证钢筋的设计与布置不受止水带的影响,如图2所示。背贴式止水带结构简单,止水效果可靠,一般不存在“钢筋与止水打架”的问题,目前广泛应用于隧道地铁、人防工程等。但背贴式止水带对于水利水电工程存在一定的不适应性,如水闸闸墩之间分缝处若采用背贴式止水带,则其存在于外露面上(如图2所示),在工程运行过程中,外露的止水带容易遭受物体撞击、阳光照射等而影响耐久性,因此背贴式止水带在水利水电工程中较少采用,大部分工程采用的是中埋式止水带。
图2 背贴式止水带示意
综上所述,中埋式止水带和背贴式止水带在水利水电工程中均存在一定的不适应性。
2、 中贴式止水带结构及工作原理
2.1 、中贴式止水带的结构
中贴式止水带由黄河勘测规划设计研究院有限公司研制[2],结构如图3所示,中部为U形结构,属于变形型止水带的一种,在止水带侧面设有多条止水线,通过嵌入混凝土的多条止水线来达到止水的目的。通过选择合适的面板厚度与止水线高度,使止水线高度与面板的厚度之和小于混凝土保护层厚度,从而避免“止水与钢筋打架”的问题,以保证钢筋混凝土结构的强度。中贴式止水带完全嵌入混凝土分缝内部,在运行过程中不会遭受物体撞击、阳光照射等,充分保证了止水带的耐久性。
图3 中贴式止水带示意
2.2 、中贴式止水带的优点
中贴式止水带在材料上可选用天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯(PVC)、铜和不锈钢等,在设计时可以通过调整止水线的高度、条数及间距等来达到所需的止水性能,灵活度高、适应性好,其吸收了中埋式止水带和背贴式止水带的优点,与中埋式止水带及背贴式止水带相比有以下三方面的优点:①在保证止水效果及止水带耐久性的基础上,不影响钢筋布置,不对钢筋混凝土的结构强度造成不利影响;②在结构设计和分析时,不需要对止水处的结构强度进行额外的分析和验算,提高结构分析的效率;③由于不需要对钢筋进行特殊的内折处理,因此可简化钢筋图设计,便于钢筋的制作与安装施工。
2.3 、中贴式橡胶止水带绕渗分析
中埋式橡胶止水带嵌入混凝土中的翼板宽度一般为120～260 mm,应根据抗绕渗要求来确定[1]。止水带翼板的型式和宽度,应确保不发生绕渗。止水带肋是指为延长渗径、加强锚固,在橡胶止水带翼板上设置的凸起部分。从抗绕渗效果看,在满足翼板基本宽度120 mm前提下,增加止水带肋数目比增加止水带宽度效果更显着。试验研究表明,设计水压力不大于1 MPa时,为阻止沿止水带的绕渗,止水带一侧翼板上的止水带肋数目不应少于2个,肋高和肋宽不宜小于止水带翼板厚度[3]。
在假定翼板上的肋高、肋宽及肋数目适合的情况下,设中埋式止水带翼板宽度为B、结构缝宽为0,则嵌入混凝土中的半边翼板宽度为B/2,对应的绕渗长度为B;而对于中贴式止水带,设止水线高度为h,止水条数为n,则绕渗长度为2nh,即可认为中贴式止水带的止水效果与翼板总宽度为2nh的中埋式止水带止水效果相当。
止水带宽度范围为280～560 mm,能满足70～100 m的水头环境[3]。以兰州市水源地工程中的调流调压站(水电站)为例,中贴式橡胶止水带止水线高度h为32 mm,止水线条数n为3,绕渗长度为192 mm,相当于翼板宽度为192 mm的中埋式橡胶止水带。
3、 中贴式止水带在兰州市水源地工程中的应用
兰州市水源地工程位于兰州市和临夏州之间,以刘家峡水库为水源,通过有压隧洞向兰州市主城区、新区及东城区和平、定远、夏官营三镇供水,设计引水流量26.3 m3/s,主要工程包括取水口、输水隧洞、分水井(调压井)、芦家坪输水支线、彭家坪输水支线及其调流调压站(水电站)、芦家坪水厂和彭家坪水厂等。调流调压站装有3台单机容量3.50 MW的卧轴混流式水轮发电机组,并布置2台DN1600消能阀,整个厂房共设有3道横向伸缩缝,止水带最大挡水水头9.8 m,在设计和施工中采用从厂家定制的中贴式橡胶止水带。
调流调压站止水系统如图4所示。调流调压站(水电站)结构横向伸缩缝宽度为20 mm,混凝土保护层厚度为50 mm,中贴式橡胶止水带总宽度370 mm,面板厚8 mm,止水带侧面设有3条止水线,止水线高度为32 mm,面板与止水线总高度40 mm。在止水带迎水方向设置了遇水膨胀橡胶止水条,混凝土结构面之间以及止水面板之间采用BW泡沫闭孔板填缝。止水带橡胶材料、止水条材料满足有关国标的要求[4,5]。
图4 调流调压站止水系统示意
在中贴式橡胶止水带运输与仓储中,应注意对止水带进行保护,避免长时间露天曝晒、雨淋,避免与污染性强的化学物质接触,防止机械损伤止水带;安装时必须对止水带进行可靠固定,避免在浇筑混凝土时发生位移,保证止水带在混凝土中的正确位置,止水带及邻近模板间应结合紧密、不漏浆,浇筑混凝土过程中要注意充分振捣,以确保止水带和混凝土充分结合。为方便现场施工,应结合工程结构尺寸与施工需要,尽可能在工厂将止水带连接成整体,减少或避免现场接头。
4、 结 语
中贴式橡胶止水带用于兰州市水源地工程建设,是其首次在工程中应用,在避免“止水与钢筋打架”、保证结构混凝土强度、简化设计、便于施工等方面取得了良好效果。兰州市水源地工程调流调压站中贴式橡胶止水带最大挡水水头为9.8 m,水头相对较低,对于水头较高的中贴式止水带,在工程设计时可根据理论分析,初步选择面板厚度、止水线的高度与数目后,通过数值模拟方法进行详细计算与分析,必要时可通过模型试验验证其止水性能与可靠性。
为适应不同的工作水头、结构变形并大范围推广应用,尚需对产品进行系列化及标准化处理,并对止水带弯头、直接头、三通或者四通接头进行定型化,以满足各种工况的设计与施工要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水工建筑物止水带技术规范:DL/T 5215—2005 [S].北京:中国电力出版社,2005:6-14.
[2] 黄河勘测规划设计有限公司.贴面式多翼缘止水带:ZL 201520402670.6 [P].2015-11-11.
[3] 吴留恩,胡立平,钱永丰.核电工程橡胶止水带的设计与施工技术探讨[J].武汉大学学报(工学版),2013,46(10):349-353.
[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.高分子防水材料第2部分止水带:GB/T 18173.2—2014 [S].北京:中国标准出版社,2014:4-5.
[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.高分子防水材料第3部分遇水膨胀橡胶:GB/T 18173.3—2014 [S].北京:中国标准出版社,2014:2-3.