大型引水渠道伸缩缝嵌缝材料选择

郭志全，吴晓峰

(1.浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310051;2.浙江梯梯建设有限公司，浙江 宁波 315709)

大型长距离输水渠道伸缩缝嵌缝材料是刚性材料渠道防渗工程和防止衬砌结构破坏的一个重要问题.渠道伸缩缝渗水会造成水量损失，冬季渗漏水更会造成冻胀，引起衬砌结构破坏从而危及渠道运行安全.在实际渠道工程应用中，刚性材料衬砌渠道多用沥青砂浆、油毡、聚氯乙烯胶泥(或焦油塑料胶泥)等伸缩缝止水材料.这些材料受气温影响较大，高温流淌，低温脆裂，易老化且不环保，没有较好地解决生产中的问题［1］.为满足技术标准较高大型长距离输水渠道要求，尝试采用性能优，费用低，运行效果好，施工技术简便，适应气候变化的新型伸缩缝嵌缝止水填料，对于防止渠道衬砌结构破坏，保证渠道运行安全非常重要.

1 工程概况

北疆一大型引水工程输水渠道全长162 km，承担着106000 hm2耕地灌溉用水的任务，渠道断面为梯形，设计输水流量75 m3/s，属大(Ⅰ)型Ⅰ等工程，工程主要由输水明渠、无压输水隧洞及配套渠系建筑物组成.根据渠道结构设计，以长度20 m为一个隔梁段，每个隔梁段设有四道横向伸缩缝，缝断面形式矩形，伸缩缝的宽度为20 mm，缝深为60 mm.据当地气象站的气象统计资料显示:多年平均气温为7.4℃;极端最高气温为37.4℃;极端最低气温为－37.6℃，是我国的寒冷地区之一.

根据规范［2］刚性材料渠道防渗结构应设置伸缩缝，伸缩缝宽度应根据缝的间距、气温变幅、填料性能、施工要求等因素确定，宜采用粘结力强、变形性能大、耐老化、在当地最高气温下不流淌、最低气温下仍具柔性的弹塑性止水材料.渠道引水工程伸缩缝处理较多采用的嵌缝材料如沥青砂浆、焦油塑料胶泥、塑料油膏等，近年来随着渠道防渗工程技术的迅速发展和高分子材料的广泛应用，水利工程开始应用聚氨酯砂浆［3］、水工 SBS改性沥青［4］膏等新型嵌缝材料，其使用性能各不相同.结合本工程中使用的聚氨酯砂浆、水工SBS改性沥青膏两种嵌缝材料的基本性能、使用情况、施工工艺、造价费用等进行比较分析，总结在实际施工中嵌缝材料的选择和使用经验，以利在今后工程的选择使用.

2 嵌缝材料选择

2.1 嵌缝材料选择原则［5］

(1)耐水，耐疲劳，黏结力强，防渗效果好;

(2)适应变形能力强，防冻胀，使用寿命长;

(3)炎热夏季不发粘，不流淌，表面无壅起，稳定性好，寒冷冬季不脆裂，弹塑性能好;

(4)无毒无害，可灌性好，可塑性好，施工质量容易控制;

(5)施工工艺简单，原材料质量稳定，造价较低.

2.2 伸缩缝嵌缝材料比较

(1)聚氨酯砂浆

聚氨酯砂浆是聚氨酯与砂浆按4∶6(重量比)配制而成的一种防水嵌缝材料.施工工艺为将聚氨酯甲乙两组按1∶4的比例调配好后，加热至140℃～170℃，水洗砂加热至160℃，将聚氨酯和砂按设计配比装入容器内搅拌均匀，即成聚氨酯砂浆.趁热用腻子刀切取聚氨酯砂浆嵌入缝内，用腻子刀抹压实，使嵌缝料与缝壁粘结，表面低于预制混凝土板0.5 cm刮平修饰定型.根据现场施工情况，聚氨酯砂浆要求即配即用，冷却后不利于与缝壁的粘合，并且凝固后不能再重新加热使用.

聚氨酯砂浆的优点是具有聚氨酯材料的一般物理力学性能，粘结强度较高，高温不流淌，低温不脆裂，耐老化，冻融后变形收缩小.缺点是造价较高;对水洗砂子的细度模数、含泥量要求较高，烈日暴晒下，表面砂粒易脱落;聚氨脂砂浆填缝施工后24 h方可固化，6～7 d才能达到最大粘接强度，对气候条件要求较高.

(2)水工SBS改性沥青膏

水工SBS改性沥青膏是改性沥青与水泥(矿粉)按4∶6(重量比)配制而成的一种防水嵌缝材料.施工工艺为将水泥加热180℃ ～200℃，改性沥青加热170℃ ～180℃，将沥青和水泥按设计配比装入容器内搅拌均匀，即成水工SBS改性沥青膏，用带嘴容器对缝进行分层灌注，灌注温度120℃ ～130℃.一次灌筑量保证最低处不溢流，待下层温度降低至80℃以下再进行上层灌注，灌满为止.待表面温度降至80℃以下用锋利铲刀骑缝铲除多余嵌缝材料，并将嵌缝材料表面修整成凹形，以利界面防裂.根据现场施工情况，改性沥青膏灌缝温度控制在140℃以上，沥青膏的流动性和自密性强，灌缝效果好，灌缝后缝面平整度，光滑度好，与混凝土面粘合牢固.当温度低于120℃后，沥青膏的流动性和自密性较差，灌缝效果明显下降.将沥青膏重新回炉加热到140℃以上，再灌，效果同前，平整度，光滑度、牢固性均好.由此得出结论，施工时改性沥青膏灌缝温度必须控制在120℃以上，低于此温度需重新对沥青膏加热后再灌，以确保灌缝质量.

水工SBS改性沥青膏的优点是具有良好的弹性恢复能力，可以抵抗气温变化引起的温缩裂缝;具有良好的粘附性，与水泥混凝土的粘附性可以达到五级;具有良好的高低温性能，高温不流淌、低温不开裂;具有良好的防水性，密封效果突出.缺点是在施工过程要严格控制原材料的加热温度和灌注温度，施工现场注意防火，施工人员要认真做好防烫伤保护措施.

2.3 技术、经济比较

工程施工所用的两种嵌缝材料聚氨酯砂浆和水工SBS改性沥青膏，结合现场施工试验资料及实际投入对这两种嵌缝材料的技术性能和造价进行分析比较，分析结果见表1.

由附表可知，水工SBS改性沥青膏在适应气温变幅能力要优于聚氨酯砂浆;并且在每米造价的实际投入方面差距更大，相比之下使用水工SBS改性沥青膏做的嵌缝材料在工程投资和节约成本方面更有优势.

表1 嵌缝材料技术性能及造价对比表

3 结语

为了使材料的性能得到充分发挥，同时使工程经济投入得到有效的节省，经过对两种嵌缝材料技术性能、施工工艺及造价的比选，以及新疆地区夏季干燥、炎热，冬季寒冷的特点，并结合工程实际应用和后期运行管理检验证明，输水明渠伸缩缝采用水工SBS改性沥青膏进行灌缝处理，填充效果好，黏结力强防渗性好，抗变形能力强，尤其低温柔软等优良性能，灌缝质量完全可以满足设计和后期运行管理的要求，除具有聚氨酯砂浆相近的物理力学性能和施工工艺外，造价较低是其最大的优点，因此综合分析比较造价、施工和材料的耐久性，水工SBS改性沥青膏是北方寒冷地区要求较高的大型引水渠道伸缩缝嵌缝材料的较理想选择，是在大型引水渠道施工中值得推广的嵌缝材料.

［1］何武全，刘群昌.我国渠道衬砌与防渗技术发展现状与趋势［J］.中国农村水利水电，2009(6):3 －6.

［2］中华人民共和国水利部.SL 18—2004渠道防渗工程技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2004.

［3］李敬玮，郝巨涛，韩本正.弹性聚氨酯填缝止水密封材料的研究［J］.水利水电技术，2005，36(11):93 －95.

［4］刘增宏，郝巨涛，付元茂.适应水利工程施工特点的SBS改性沥青研制［J］.中国水利水电科学研究院学报，2005，3(3):205－207.

［5］国家发展和改革委员会.DL/T 949—2005水工建筑物塑性嵌缝密封材料技术标准［S］.北京:中国电力出版社，2005.