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1、研究必要性
基于地基沉降和热胀冷缩变形等考虑，长达几十公里的箱涵是分段制成的。为确保段间水密性，段与段的接口设有橡胶止水带的变形缝。尽管箱涵对于上海软土地基而言，是一种经济合理的结构形式，但往往因地基变形过大，箱涵接口的水密性难以保证。例如，黄浦江上游引水一期箱涵工程于1987年投产，1995年1月原水公司曾对白莲泾附近100余米倒虹段箱涵作停水检查，发现三分之二以上箱涵接头有2.5－5.0厘米的接口错位，并有三处渗水；在合流污水一期工程长约1公里箱涵的检查中，已在40条变形缝中发现8条漏水。在国内其它输水钢筋混凝土箱涵工程中，亦存在上述问题。天津引滦工程长12.6公里，曾对4.4公里一段箱涵进行停水检修，在185条变形缝中渗漏水的有90条，约占48.6％；金山石化12.8公里暗渠，于1980年建成投产，1992年停水检查，发现各种渗漏47处。
箱涵接口渗漏水，是箱涵工程使用过程中经常遇到而难以解决的实际工程问题。箱涵接口渗漏水，不仅修复费用昂贵(通常每一处渗漏水的修理费可达10万元之多)，而且污染环境，直接危及市民健康。因此，研制新型橡胶止水带及合理的变形缝结构形式，确保箱涵接口的水密性能，不仅具有显著的经济效益，而且也是具有重要的社会效益。
2、新型接口研究
2.1 箱涵接口改进方案
常规工程箱涵接口采用的形式是平接口，常规的e型普通橡胶止水带。在合流污水二期治理工程中，上海市城市排水有限公司、上海市政工程设计研究院和上海市城市建设设计研究院组织研究箱涵接口结构的改进方案中，将变形缝结构形式由常规的平接口改为上、下企口，研制开发了wu型钢边橡胶止水带，聚乙烯发泡填缝板以及双组分聚硫密封胶组成的新型箱涵接口，新型接口较常规接口其优势在于：
a 箱涵上、下企口
上、下企口型接口对限制接口沉降错位有关键作用。比较平接口，企口缝在承受两节箱涵在地基变形时能相互传递剪力，使橡胶止水带受力减小，不至于产生过大的变形而使止水带失去水密的作用。
b wu型橡胶止水带
wu型钢边橡胶止水带是将镀锌钢板插入硫化橡胶中间，是一种新型橡胶止水带适用于水压高结构变量大的工程领域。
e型普通橡胶止水带，当结构变形大时，橡胶止水带随着结构的沉降、混凝土的收缩和蠕变，其横截面拉长、变薄，超过其疲劳变形极限时就会形成新的渗漏缝隙。采用wu型钢边橡胶止水带时，两边的钢板与周围的混凝土结构以及钢板与橡胶之间具有牢固的粘接力。当结构变形时只存在橡胶部分拉长、变薄，而钢板与混凝土，钢板与橡胶之间不会产生新的渗漏缝。
c 聚乙烯发泡填缝板及双组分聚硫密封胶
在变形缝之间用填缝板可确保缝的宽度和平直度，并能适应温度变形的要求。双组分聚硫密封胶为新型防水材料，具有耐高水压和强粘结力的特点，可以增强箱涵的抗渗漏作用。
2.2 新型接口抗渗漏性能试验
我们拟通过箱涵接口模型抗渗漏性能试验、箱涵接口模块抗渗漏性能试验和箱涵企口模型强度试验，以及大量试验结果的分析研究，验证采用wu型钢边橡胶止水带的箱涵接口结构的抗渗漏性能，检验上下企口型箱涵接口的最大承载能力，为该新型接口结构的推广应用提供科学依据。
2.2.1 试验内容
2.2.1.1 箱涵接口模型的拉伸、弯曲和剪
切变形试验
这类试验用于模拟箱涵接口因地基不均匀沉降而可能发生的各种工况。试验包括拉伸、弯曲和剪切变形，通过试验检验接口结构的抗渗漏性能。
a 拉伸变形试验
在工程上箱涵接口的拉伸变形主要是由热胀冷缩引起，或箱涵的折曲引起。这两种原因引起的接口拉伸变形实际上相当小，试验最大拉伸距离为60毫米，最大水压定为0.2mpa。拉伸距离由小到大逐步递增，步长控制在5或10毫米，对每个拉伸距离先后施加3种水压，每种水压持续15分钟左右。在试验工况中均未出现渗漏，接缝很干燥，毫无水渍。
b 弯曲变形试验
在试验中用弯曲的接缝中止水带弦长c表示弯曲的程度。弯曲变形由小到大逐步递增，对每种变形先后施加3种水压，每种水压持续15分钟左右，最大水压定为0.2mpa。试验进行到c=140毫米，p=0.2mpa时，接口未出现渗漏。当c达到160.1毫米时，止水带突然断裂。从计算角度分析，若止水带质量良好，c应达到200毫米以上止水带才会断裂。www.tmgc8.com
c 剪切变形试验
试验方法与上述相同。确定最大剪切距离为100毫米，这一距离远远超出工程上实际发生的情况。当剪切距离达到102毫米，水压p=0.3108mpa时，接口未发生渗漏。
2.2.1.2 钢边橡胶止水带和纯橡胶止水带两种箱涵接口模块的拉伸、弯曲、平行剪切和垂向剪切变形试验
箱涵接口模块试验的目的在于观察两种水带在箱涵接口发生各种变形时的变形状态，比较两者的水密效果。
对两种接口模块进行拉伸、弯曲、平行剪切和垂向剪切试验结果如表1。接口模块的试验目的在于观察现象和测量止水带的抗拉强度。wu型止水带在拉伸距离为270毫米时断裂，纯橡胶止水带的断裂距离为250毫米。在弯曲变形试验中，纯橡胶止水带当变形量仅为60毫米时止水带即被断裂，其原因在于止水带方形橡胶体内的变形孔明显偏心所致。
纯橡胶止水带的锚固肋比较小，当接口变形量较大时，锚固肋的变形较为严重，倾斜度可达45度。如果箱涵混凝土浇捣质量良好，污水不会绕过水带锚固段渗漏到外面去，但施工时对这种止水带不易定形，很难保证施工质量达到设计要求。
wu型止水带的锚固段由比较肥大的橡胶锚固体和0.8毫米厚的镀锌钢边组成。如果混凝土浇捣质量良好，污水将被塞紧的锚固体顶住。假如由于施工不当，污水可能渗入锚固体后侧，但不可能绕过钢边。这种止水带在施工时便于定形，施工较纯橡胶止水带方便，能有效抑制由施工缺陷诱发的渗漏。
2.2.1.3 箱涵企口强度试验
箱涵企口强度试验是为二期工程箱涵企口承载能力提供可靠的试验依据。试验通过对2个箱涵企口模型进行加载，观察模型的应变关系，测得数据(表2)表明承载能力与承载结构单元数成正比的原则，通过这一原则计算真实企口的承载能力是可以满足工程需要的。
2.2.1.4 双组分聚硫密封胶抗渗漏作用试验双组分聚硫密封胶拉伸性能试验：在应力口约为0.17mpa，达到极限强度，密封胶断裂。
聚乙烯发泡填缝料压缩性能试验：试验时表现为在一定的压缩变形下，抗压能力会随着时间的增长而减小。
箱涵接口模型弯曲变形试验：模型接缝宽度c由初始值29毫米增长到40.2毫米，压力p在0.0979mpa，未出现渗漏，p达到0.1254mpa，水从止水带预开孔中射出。当接口无变形时，密封胶由填缝料依托，能够承受较大水压，当接口发生弯曲变形，密封胶失去依托，容易被水击穿。
箱涵接口模型剪切变形试验：试验剪切距离25毫米，当水压p为0.1011mpa时未出现渗漏，p达到0.1256mpa时，水从止水带预开孔中射出。接口剪切变形时，密封胶始终完全依托填缝料，因此在较大的接口变形下仍能起到抑制渗漏的作用。
2.2.2 试验结论
通过对新型箱涵接口进行全面试验研究，从大量的技术数据中可得出如下几个结论：
(a) 新开工程采用的箱涵接口结构，具有良好的抗渗漏性能。在进行箱涵接口模型拉伸、弯曲、剪切变形试验时，均无渗漏迹象，接缝内的止水带和箱涵端部混凝土十分干燥。
(b) wu型钢边橡胶止水带对于提高箱涵接口水密性具有重要作用。试验表明，该止水带的钢边与橡胶体的胶结很牢固，预埋在混凝土中的钢边不会因接口变形而松动。因此，即使锚固体和钢边处的混凝土存在一些分散的蜂窝或孔穴，也不会构成渗漏通道。这种止水带易于定形，降低施工难度。纯橡胶止水带不易定形，在浇捣接口部位混凝土时不易确保施工质量，容易构成渗漏通道。两种接口比较，wu型止水带大大降低渗漏概率。
(c) 上下企口型接头更能有效限制接口的沉降错位。企口每一承载结构单元的正常使用承载能力约72kn。这种接头允许接口发生一定的弯曲变形，故不会因弯曲而损坏接口处的钢筋混凝土结构。
(d)采用双组分聚硫密封胶在接口小变形时，可以抑制由施工缺陷引起的渗漏。当接缝扩大，密封胶局部失去依托时，承压能力下降。
4、总管箱涵接口水密性检测
现以合流污水二期工程箱涵为检测依据。总管箱涵建成后，对总管箱涵2503条变形缝进行了水密性检测，结果如表3六个箱涵标段的接口经渗漏检测后有2041只接口一次达标，1只接口检测前目测渗漏，12只接口一次检测未达标，13只接口复测达标(包括1只接口检测前目测渗漏)，渗漏检测累积合格数为2066条·次，合格率达99.6％，达到了《箱涵渗漏检测技术标准》。5、小结www.tmgc8.com
钢筋混凝土箱涵是一种经济合理的输水管道结构形式，但往往因地基不均匀沉降引起箱涵接口渗漏。箱涵接口渗漏水，是输水钢筋混凝土工程中经常遇到而又难以解决的实际工程问题。为改善箱涵接口的抗渗漏性能。这种箱涵接口由wu型钢边橡胶止水带、钢筋混凝土上下企口、双组分聚硫密封胶以及聚乙烯发泡填缝板构成。通过对这种新型接口的抗渗漏性能试验研究，对合流污水二期总管箱涵接口的水密性检测，表明新型箱涵接口结构具有良好的抗渗漏性能，可大幅度降低渗漏概率和维修费用，延长工程使用寿命。它在合流污水二期工程中的成功应用，说明这一接口可以并应当推广应用，特别是在其他许多大型钢筋混凝土构筑物，如地铁、隧道、水利工程等的应用。
作者单位：上海市市政工程建设公司
上海水环境建设有限公司
