凹凸型防排水板防排水性能的试验研究.pdf

杆 癯 隳 全 国 中 文 核 心 期 刊 凹凸型防排水板防排水性雒帕 i 式验研穷 徐鹏 ， 杨其新 ， 陈伟忠 ( 1 成都中铁隆工程有 限公司， 四川 成都6 1 0 0 1 6 ； 2 西南交通大学 土木工程 学院， 四川 成都6 1 0 0 3 1 3 广东科顺化工实业有 限公司， 广 东 顺德5 2 8 3 0 0 ) 摘要： 通过模拟渗水型隧道的实际环境和复合型衬砌夹层式结构， 对高密度聚乙烯凹凸型防排水板的防排水性能和板材的完 整性进行 了测试 ， 试验结果对凹凸型防排 水板在 隧道 中的推广应用有指导作用。 关键词 ： 隧道防排水： 凹凸型防水板； 排水性能 中图分类号 ： T U 5 7 + 3 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 ( 2 0 1 0 ) 0 9 0 0 6 5 0 5 Re s e ar c h o n wa t e r pr oo f and dr a i na ge pr o pe r t i e s of c on ca v e -c onv e x wat e r pr o ofing b oa r d XU P e ， Y A NG Q i x i n 2 ， C H E N We iz h o n g 3 ( 1 Ra n k e n Ra i l wa y Co n s t r u c t i o n Co L t d ， Ch e ng d u 61 0 01 6， S i c h u a n， Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g， S o u t h we s t J i a o t o n g Uni v e r s i t y ， Ch e n g d u 61 0 0 31 ， S i c h u a n， Ch i n a ： 3 Ke s hu n C h e mi c M I n d u s t r y C o L t d ， S h u n d e 5 2 8 3 0 0， Gu a n g d o n g， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Th i s e x p e r i me n t i s t e s t i n g f o r wa t e r p r o o f a n d d r a i n a g e p r o p e r t i e s a n d i n t e g r a l i t y o f c o n c a v e c o n v e x wa t e r p r o o fin g b o a r d b y s i mu l a t i n g t h e a c t u a l e n v i r o n me n t of pe r me a b l e t u n n e l a n d t h e s a nd wi c h s t r u c t u r e o f c o mp o u n d l i n i n g s ，T h e r e s u l t o f i t p l a y e d a l l i mpor t an t g u i d i n g r o l e i n t h e p o p u l a r i z a t i o n an d a p p l i c a t i o n of t h e v e x wa t e rpr o o fi ng b o a r d i n t u n n e 1 Ke y wo r ds ： wa t e rpr o o f an d d r a i n a g e o f t u n n e l ； c o n c a v e c o n v e x wa t e rpr o o fin g b o a r d ； d r a i n a g e a b i l i t y 凹凸型防排水板具有独特的凸起结构，可提供高效的排 水空间。 作为一种隧道及地下工程用防排水材料， 我们需要了 解其确切的防排水性能。本文采用渗水型模型试验对凹凸型 防排水板的防排水性能和使用过程中板材的完整性进行了测 试论证。 1 防排水板整体防排水试验 1 1 防排水板与隧道试验模型简介 试验采用的防排水板试样为凹凸型防排水板( 见图 1 ) ， 材质为高密度聚乙烯( H D P E ) ， 其基本技术指标见表 1 1” 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 - 0 5 ： 修订 日期： 2 0 1 0 0 7 0 5 作者简 介： 徐鹏 ， 男 ， 1 9 8 5年生 ， 湖南常德人 ， 硕 士研究 生。地址： 成 都 市顺城大街 2 0 6号四川国际大厦 l 9楼 ， E - ma i l ： n n x p 0 0 8 1 6 3 C O B。 图 1 凹凸型 防排 水板 表 1 凹凸型防排水板的基本技术指标 模型采用标准的直墙式单线铁路隧道， 长 1 9 m、 比例为 1 ： 2 ( 见图2 ) ， 模拟隧道工程中不同基面条件及地下水环境的 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐鹏， 等： 凹凸型防排水板防排抽 生 能的试验研究 试验。 图 2 西 南交通大学隧道试验模型 该模型分成3 段，项部设置水箱及其水路控制与转换装 置。基面区间各长3 m ， 并分别在单个区间中对喷射混凝土、 模注混凝土、 围岩基面进行了模拟。 在模拟的基面中设置不同 工况的凹凸面；按梅花形布局钻孔打入共5 环不同露出长度 ( 2 5 c m ) 的 2 2 锚杆头。 在模型混凝土中预埋与项部进水控制系统相连的管网， 经过后期处理形成直达模型内壁面的渗流通路， 可在模型内 壁面形成多处点、 线、 面等不同形式及不同渗水量的渗漏。 在 隧道渗流管网中设置了水压测量点， 可以对管网中的渗流水 压进行测试， 每一区段的水压表布置见图3 。 图 3隧道模型 中水压表布置示意 1 2 地下水渗漏条件模拟 在试验的前期工作中， 在隧道模型的前9 m区段内进行 了隧道工程环境中地下水渗漏条件的模拟， 针对防排水板的 特点进行改建和调试， 以满足测试凹凸型防排水板防排水性 能的要求。 在隧道进水系统中接入当地消防供水系统， 初始的静止 水压达2 M P a 以上， 最大进水流量约为5 0 L ra i n ， 可以对高水 压的地下水渗漏环境进行模拟。 经过实际的观察与量测， 接通 水路后隧道模型中出 现了多种渗漏状况， 包括喷水、 面渗、 裂缝 渗漏等( 见图4 ) 。渗漏过程中各区段水压表的记录值见表2 。 6 6 新型建筑材料 2 0 1 0 9 ( a ) 拱腰 处喷水 点 ( b ) 大块湿渍 图 4 隧道模型 中渗漏情 况 表 2 隧道模型各 区段水压表数值记录表 第 1区段 第 2区段 第 3区段 水表编号水压 MP a 水表编号水压 MP a 水表编号水 , K MP s 1 - 0 0 1 2 0 2 - 0 0 1 00 3 -0 0 2 0 0 1 1 0 O 9 O 2 1 O O 4 O 3 一l 0 1 9 0 1 2 0 0 7 0 2 - 2 0 0 3 5 3 -2 0 1 8 0 1 -3 0 0 7 0 2 - 3 0 04 0 3 -3 0 1 7 0 1 4 0 O 9 0 2 4 O O 5 O 3 -4 0 2 O 0 l 一5 O 1 0 0 2 - 5 0 0 7 0 3 -5 0 1 8 0 1 -6 0 1 0 0 2 - 6 00 8 0 3 -6 0 1 8 0 由表2 可知，经过改造后的隧道模型较好地模拟了高水 压条件下的渗漏情况，为后续凹凸型防排水板在大流量渗漏 水环境中的防排水性能测试提供试验条件。 1 3 整体防排水试验 在隧道模型改造完毕后， 在隧道模型内铺挂防排水板( 见 图5 ) ，并在模型内通水进行大渗漏量条件下的防排水试验， 对凹凸型防排水板的排水性能进行测试。 一 一 ( a ) 铺设后的防排水板局 部 ( b ) 铺 设后 的防捧水板全景 图 5凹凸型防排水板铺挂 图 本试验主要目的是对防排水板施工完成后的性能进行评 价， 主要包括防水效果和排水效果2 个方面。 防水效果主要考 虑防排水板表面有无渗漏现象， 特别是搭接和钉固位置； 排水 效果主要考虑防排水板背后有无排水不畅的情况。 试验流程主要包括接通隧道模型区段的水路、各区段放 水3 0 m i n 达到渗流稳定状态、 观察防排水板表面是否出现渗 漏现象。 1 4 试验结果 通过观察发现， 加水压3 0 m i n 后渗水均在凹凸型防排水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐鹏， 等： 凹凸型防排水板防排水性能的试验研究 板后被顺畅地排入边沟流走， 而防排水板表面未出现破损、 渗 漏水的情况。 2 防排水板端头封堵试验 凹凸型防排水板以其独特的凸起结构，可提供高效的排 水空间， 但同时也由于其凸起的构造形态， 在隧道洞门位置如 果不对该防排水板的端头进行封堵处理，则渗水可能从洞门 处防排水板后的间隙流出， 影响整体排水效果。因此， 本试验 对凹凸型防排水板在隧道洞门端头位置的封堵措施进行了尝 试和试验。 2 1 试验方案 由于渗水到达隧道洞门位置时，往往水压和水量都已经 不大， 一般情况下无需对洞门端头处的防排水板采用高水压、 大流量条件的渗漏水封堵措施。 因此， 在本次试验中设计用自 粘卷材配合防排水板进行了端头封堵试验。图6 为具体的端 头封堵模拟试块制作示意。 水压表 l l 图 6 端头封堵试块平面图 试块制作完毕后， 采用自来水供水系统为进水水路( 试验 静水压为0 6 M P a ) ， 进行排水和防水试验。其中排水试验为 打开图6中左边的出水管路( 即拆掉左边的水压表) ， 进行3 0 m i n 的排水试验， 观察混凝土板间的渗漏情况， 判断在排水条 件下端头的密封效果； 防水试验为关闭出水管路( 即装上左边 的水压表) ， 采用逐步加压的方式， 从0 0 5 M P a 开始， 每次增 加0 0 l M P a ， 直至端头位置出现漏水时结束试验， 以 判断该条 件下端头封堵试块的密封防水能力。 2 2 试验结果 在排水试验过程中， 连接进水水路和混凝土板并达到渗 流到平衡后， 3 0 m i n内混凝土板边缘未出现渗漏水。 在防水密封试验过程中， 接通水路， 当进水水压一直加压 到0 1 3 M P a 时， 混凝土板的端头未发现任何渗漏现象； 当水 压增加到0 1 4 M P a 时， 混凝土板边缘中央开始出现了局部渗 漏； 加压到0 1 6 M P a 时， 渗漏量增大， 此时停止试验。试验过 程见图7 、 图8 。 图 7 端头封堵混凝土试块 图 8 防水试验 中混凝土板边缘渗漏水 3 复合型混凝土试块力学性能测试 在隧道工程环境中，凹凸型防排水板位于初支及二衬之 间，必然会由 于隧道衬砌问的力学作用而造成对其自 身完整 性的影响。 另外， 由于初支基面会存在凹凸不平或暴露有钢筋 头等异物，也会对凹凸型防排水板在受力过程中造成应力集 中点而使局部破坏。因此， 在本试验中， 通过小尺寸的试块模 拟凹凸型防排水板在隧道衬砌问的受力形态，考察不同基面 状况、 不同受力形态时， 凹凸型防排水板的工作形态和完整性 状况， 以对实际施工中应采取的必要措施提供指导。 3 1 试验方案 N E W 3 OI L DI NG M AT E RI AL S 67 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐鹏， 等： 凹凸型防排水板防排扣陛能的试验研究 本试验通过复合型混凝土立方体试块， 来实现“ 隧道初支十 防排水板+ 隧道二衬 这种夹层式的结构进行模拟， 见图9 。 图 9夹 层 式 复合 型 混 凝 土 试 块 的构 造 试验中需要考虑的主要因素包括基面状况及受力条件。 下部混凝土块中根据隧道初支基面状况，把该部分混凝土表 面模拟成平整基面、 凹凸不平基面、 基面上有尖点、 基面上有 凹陷及基面上有裸露的锚杆头等5 种情况；上部混凝土块则 考虑与防排水板现浇、模拟二衬和凹凸型防排水板的结合状 况。 3 2 试件制备 试件采用C 2 0 混凝土在标准混凝土立方体试模中浇筑而 成。 试块制作中具体的考虑因素、 基面模拟方法见表 3 ， 其中每 种情况的试块各制作6 块， 分别用于抗压和劈裂抗拉试验。 表 3 混凝土立方体试件制作的考虑因素及基面模拟方法 防排水板参数 基面条件 基 面条件模拟方法 接缝 无纺布 灌注的混凝土振捣完后 ， 将其表面抹 平整 无 、有 无、 有 平 灌注的混凝土振捣完后 ， 在其基面 中 尖、 点 无 无、 有 部压入 1 颗碎石， 突出高度为 1 c m左 右， 棱角朝 上 灌注的混凝土振捣完后 ， 用铲刀铲去 局部凹陷 无 无 、有 中部混凝土形成局部凹 陷区域 灌注的混凝土振捣完后 ， 在其基面 压 凹 凸不平 无 无 、有 入 一 些凸起的卵石 灌注的混凝土振捣完后 ， 插入 1 根 短 有钢筋头 无 无 、有 钢筋并露 出2 cm高钢筋头 3 3 试验 流程 ( 1 ) 抗压试验： 采用压力试验机对试件分阶段进行压缩试 验【 见图1 0 ( a ) 】 ， 压力分别为5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 k N ， 最终将试件压溃 时停止； 每加压至一个阶段时， 取出试块打开观察防排水板的 破损情况。 ( 2 ) 劈裂抗拉试验： 采用压力试验机对试件进行劈裂抗拉 试验， 见图l O ( b ) ， 直接将试件劈裂至开裂后停止加压， 记录 压力值， 取出试块观察防排水板的破损情况。 6 8 新型建筑材料 2 0 1 0 9 一 一 ( a ) 抗压试验 ( b ) 劈裂抗拉试验 图 l 0 复合型混凝土试块抗压及劈裂抗拉试验 3 - 4 试验结果 复合型混凝土试块的抗压试验结果见表4 ，劈裂抗拉试 验结果记录见表5 ， 试验后防排水板的各种破坏形态见图 l 1 。 表 4 复合型混凝 土立方体试块抗压试验结果 防排水板参数 加载压 试块在不 同加载 基面条件 接缝 无纺布 力 k N 阶段时 的形态 5 0 F I ， WI 有 l o o F I ， WI l 5 O F P： CD 无 5 O F I 无 l o 0 F I 1 5 0 F P ： C D 平整 5 O UF C： UW C 有 1 o o U F C ； WI l 5 0 U F C ： WI ： C D 有 5 O UF C 无 l 0 0 UF c l 5 O UFC： CD 5 0 F I ： W I 有 l o o F P ； WI ； C P D 1 5 0 F P ； WI ； C D 有尖点 无 5 O F I 无 l 0 0 F P： CP D 1 5 0 F P C D 5 0 F I ； WI 有 1 0 0 F I ； WI ： C P D 1 5 0 F P , WhC D 局部凹陷 无 5 O F I 无 l 0 0 F I ； C PD 1 5 0 F P： CD 5 O F I ： W I ； CP D 有 l o o F P； WI ； C P D 1 5 0 F P： W I ； CD 凹凸不平 无 5 0 F I ； CPD 无 1 0 o F P： CP D 1 5 O F P： C D 有 5 O F P； WP ： C D 有钢筋头 无 无 5 0 F P： CD 注 ： F I 一防排水板有 压痕： wI 一无纺布 有压痕 ； 矸一 防 排水板刺 穿 ； c 一混凝土试块整体开裂 ； wP _ 一 无纺布刺 穿； u F c 一防排水板无 变化； u wC 一 无纺布 无变化 ； c P 一 混凝土试块局部开裂； 下 同。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐鹏 ， 等： 凹凸型防排水板防排抽 胜能的试验研究 表 5 复合型混凝土立方体试块劈裂抗拉试验结果 防排水 板参数 破坏荷载 试块加载破 基面条件 接缝 无纺布 ， k N 坏后的形态 有 2 9 O C D： U H： WI 无 无 2 0 0 C D： UH 平整 有 2 7 O C D： U H： WI 有 无 2 8 5 C D： UH 有 2 4 0 C D： F I ： WP 有尖点 无 无 2 5 5 C D： F I 有 2 6 5 C D： F I ： WI 局部凹陷 无 无 2 2 0 C D： F I 有 2 5 O C D： F I ： WI 凹凸不平 无 无 2 0 0 C D： F I 有 2 2 0 C D： F P ： WP 有钢筋头 无 无 2 3 O C D： F P 注 ： uH 一 防水板无损伤 。 ( a ) 平整 基面上 防排 水板 3 5结果分析 ( 1 ) 从试验结果可以看出， 基面平整条件对防排水板在受 压状态下的完整性有影响。 在平整基面上， 当达到最大加压荷 载( 1 5 0 k N ) 时， 混凝土试块已经开裂， 而防排水板虽然凸起颗 粒表面有一定程度的压平， 但仍能保持完整， 未出现压裂的情 况， 较好地保持了防水有效性。 ( 2 ) 防排水板接缝处的抗压性能要比防水板其它位置优 越。 由于接缝处的防排水板均为平整幅面， 且由双层防排水板 搭接而成， 不但增加了该位置防水层的厚度， 也能与混凝土形 成较为充分和密实的接触， 在同样的压力条件下， 所产生的压 强也比凸起颗粒处的小。 因此， 只要保证防排水板搭接处的双 缝焊接效果， 从抵抗压力的角度来说， 其保证自 身完整性的效 果是较好的。 ( 3 ) 由于混凝土的抗拉强度比抗压强度低很多， 因此， 当 混凝土在劈裂过程中达到开裂的极限强度时，对防排水板所 产生的破坏作用仍要远小于抗压试验。 在此种情况下， 基面平 整程度、 是否有无纺布垫层、 是否为接缝位置对防排水板完整 ( b ) 平整基面上防排水板接缝 ( c ) 局部有尖点的基面上防排水板 ( d ) 局部凹陷的基面 防排水板 ( e ) 凹凸不平基面上防排水板 ( f ) 钢筋头对防排水板造成的穿刺 图 l 1 复合型混凝土 试块 劈裂抗拉试验结果 性影响程度很小， 防排水板一般都能保持完好。 但是在基面存 。 、 在凸起的尖点或钢筋头时，就能形成直接与防排水板接触的 斗 钿 匕 应力集中点， 仍然能对防排水板造成穿刺破坏， 与抗压试验结 ( 1 ) 实际的渗漏水试验表明， 经过精心施工的凹凸型防排 果类似， 因此， 施工中需要对此引起注意。 水板体系对初始静止水压达2 M P a 、 最大渗水流量为5 0 U m i ( 下转第 7 4页) N E W BUI L DI NG M AT E RI AL S 69 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 褚建军， 等： J C T 9 8 4 ( 聚合物水泥防水砂 新旧标准对比 型产品8 0 M P a ； 2 8 d 抗压强度 I 型产品1 8 0 M P a ， 型产品 2 4 0 M P a 。I I 型指标符合有关规范要求。 5 4 柔韧性 柔韧性项目 是这次修订标准新增加的项目。反映产品除 了具有刚性的性能外，还要有一定柔韧性，以适应建筑物的 ( 被使用部位) 适量位移变化。 5 5 粘结强度 粘结强度反映该产品与工程主体结构的结合牢度。 J I S A 6 2 0 3 -2 0 0 0 、 C E C S 1 8 ： 2 0 0 0和G B 5 0 1 0 8 -2 0 0 8 等标准规定 了2 8 d 粘结强度在1 0 1 2 M P a 。 修订后标准确定7 d 粘结强度I 型i0 8 M P a ， I I 型1 0 M P a ； 2 8 d 粘结强度I 型1 0 M P a ， 型1 2 M P a 。 5 6 耐碱性 本指标是考核产品在一定碱性工况条件下的适应能力。 规定在饱和C a ( 0 H ) ： 溶液浸泡 t 6 8 h 试件无开裂、 剥落。 5 7 耐热性 本指标是考核产品在热水水池和其它有关有耐热要求工 况条件下的耐热性能。 规定经1 0 0 水煮5 h 试件无开裂、 剥 落。 5 8 冻融循环 本指标是考核产品在寒冷地区条件下的耐冻性能。规定 在一 l 5 2 0 、 冻融循环次数为2 5 次时试件无开裂、 剥落。 5 9 收缩率 2 8 d 收缩率指标参考了J I S a 6 2 0 3 -2 0 0 0 和G B 5 0 l 0 8 2 0 0 8 规定的2 8 d 收缩率为0 1 5 ， 采用聚合物乳液制作防 水砂浆时收缩率可满足 0 1 5 要求，当采用可再分散乳胶粉 作聚合物改性砂浆时， 收缩率增大， 一般为0 3 0 ， 在G B ， I 2 0 4 7 3 -2 0 0 6 ( 建筑保温砂浆 中规定收缩率指标为0 3 0 。 本标准2 8 d 收缩率确定为 I 型O 3 0 、 I I 型O 1 5 。 5 1 0 吸水率 吸水率指标是这次修订标准新增加的内容，目 的是考核 产品的防水性能。 6 结语 聚合物水泥防水砂浆( J F防水砂浆) 是以水泥、 细骨料为 主要原材料， 以聚合物乳液或可再分散胶粉为改性剂， 添加适 量助剂混合而成的刚性带一定柔性的新型防水抗渗材料。 本标准的修订是在参考了国内外同类产品技术资料、 原 标准J O T 9 8 4 -2 0 0 5 、 现行规范和有关标准， 并考虑工程应用 实际情况的基础上， 根据验证试验结果而修订的。 本标准颁布实施后，将使更多的刚性防水砂浆产品采用 本标准，使聚合物水泥防水砂浆这一性能优良的防水材料得 到更广泛的应用，更有利于该产品的科学应用和进一步的发 展。 本次标准的修订系国内首次修订，还需要在标准的实施 过程中不断总结经验， 发现不足之处应及时进行修正和完善。 本文介绍的内 容如与正式颁布的标准内容有出入，应以 正式发布的标准内容为准。 (I- 接第 6 9页) ( 在9 i n 区段中) 的高水压大流量地下水渗漏环境的适应性良 好， 可以满足隧道工程“ 防排结合” 的要求。 ( 2 ) 断头封堵试验结果表明， 采用自 粘卷材条在隧道洞 门端头处配合凹凸型防排水板进行封堵， 在高水压的渗水环 境中( 试验中所采用的进水系统静水压达到了0 6 M P a ) ， 可 以在排水通畅的条件下满足隧道洞门处防排水板端头封堵 的要求， 在局部排水不畅的条件下能抵抗的密封水压为0 1 3 M P a ( I t 1 3 m高水头) ， 可以满足隧道现场的使用要求。 ( 3 ) 复合型混凝土试块力学性能试验表明， 在平整的基 面条件下， 防排水板在隧道衬砌夹层结构中所能承受的安全 挤压荷载最大， 约为混凝土试块破坏荷载的2 3 ； 凹凸不平和 局部有凹陷的基面条件下防排水板所能承受的安全挤压荷 载约为平整基面条件下的 1 2 ，但是会造成局部受力不均而 加剧混凝土试块的破坏； 存在尖点和钢筋头的基面条件对防 7 4 新型建筑材料 2 0 1 0 9 排水板在隧道衬砌中承受挤压作用最为不利， 在平整基面条 件下的1 2 安全挤压荷载时就已经造成防排水板被完全刺 穿， 并且会造成混凝土试块局部应力集中而加剧混凝土的破 坏。 隧道衬砌中混凝土受拉开裂对防排水板的破损影响有 限， 一般基面条件下不会造成防排水板的破损； 但是在基面 存在尖点和钢筋头的位置处， 仍然会造成防排水板被刺穿。 防排水板接缝处能在隧道受力过程中保持自身较好的 完整性， 因此， 在施工过程中保证好焊缝的施工质量， 防排水 板接缝处就不会成为整个防水体系受力破坏的薄弱点。 参考文献 ： 1 】 Q S D K S 0 2 0 - - 2 0 0 6 ， 高密度聚乙烯( H D P E ) 水保护板【 S 】 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m