刘佳佳，张 倩

(1.武汉市城市防洪勘测设计院，湖北武汉 430014;2.长江水利委员会长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010)

浅谈拼装式铝合金防水墙试验

刘佳佳1，张 倩2

(1.武汉市城市防洪勘测设计院，湖北武汉 430014;2.长江水利委员会长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010)

介绍了拼装式防水墙的拼装原理、选材、试验效果以及在国外运用情况和国内对新技术的研究和关注。文章最后论述了拼装式防水墙在城市河道防汛工程中的应用前景，有关经验可供相关专业人员参考。

拼装式;铝合金防水墙;试水试验;应用前景

0 引言

随着国家经济建设的迅速发展，城市越来越重视生态建设，现代防洪工程的建设要在满足防洪安全的前提下，既要符合城市发展规划的需要，又要满足亲水性的要求，使人与自然能和谐相处。传统的以填土筑堤和修建钢筋混凝土防洪堤来提高防洪标准的结构形式，将河道与城市分隔，城市的土地资源没有得到充分利用，已逐渐满足不了城市发展和市民亲水性的需求。为此，对可根据需要随时装卸、操作便捷、安装时间短的新型防洪设施—拼装式铝合金防水墙的拼装形式、选材进行了研发和试验。通过试验，判别在挡水情况下，各型材变形及止水效果。

1 拼装基本原理

打破传统的挡水形式，采用轻型拼装结构，能在需要挡水时，只需采用人工操作情况下，方便、快捷拼装完成挡水结构，并通过压紧装置，将止水胶条压紧后，达到止水效果。

2 材料选择

(1)铝材选材

根据铝合金材料力学性能，采用6061T6铝合金材质。6061-T6是6061合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。6061铝合金广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。

(2)止水胶条选材

止水胶条采用了三元乙丙橡胶。三元乙丙(EPDM)橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。三元乙丙橡胶拥有优越的耐氧化性能、抗臭氧和抗侵蚀能力、耐老化性能、耐腐蚀性能、耐过热水性能、在低温下仍具有优秀的弹性、耐候性。三元乙丙橡胶主要应用于汽车密封条、船舶密封条、列车密封条、集装箱密封条。

(3)紧固件选材

所有螺栓及其它配件采用304不锈钢件。

(4)支撑件选材

需要斜撑结构时，斜撑及横撑等采用304不锈钢件。

3 挡水试验

本次试验共试水7次，试验共2跨，每跨宽2 m，高2 m，铝材模具数量2套，胶条模具数量11套。

(1)铝合金型材确定

试验立柱及挡板材料采用6061-T6铝合金型材，首次型材标准按GB/T14846-2008国家标准高精度进行制作，产品出厂后，进行检验，精度满足不了试验要求，进行二次型材制作，精度要求达到GB/T14846-2008国家标准超高精度，能满足试验要求。立柱定型型材尺寸为180 mm×180 mm;挡板定型型材尺寸为60 cm×200 cm，壁厚6 mm，中部设加强筋。单根高度2.3 m的立柱总重109 kg，单块2 m长的挡板总重21.7 kg，见图1、图2。

图1 立柱结构

图2 挡板结构

图3 最下端首层挡板底部胶条

(2)试水试验

首先对立柱进行安装，通过螺栓对底座基础进行固定，然后进入挡板拼装，最后在上部利用压板对挡板进行压紧，并注水试验。通过试水试验，底部横档、基座接口处、立柱侧边、挡板与挡板之间均出现漏水，采用的型材和止水胶条均需改进，见图3、图4。

图4 挡板间胶条

(3)第二次试水试验

根据前期试水试验，本次对底部采用原子灰找平，然后进入挡板拼装，并在挡板上部两侧贴3M胶条，最后在上部利用压板对挡板进行压紧，并注水试验。水位达到0.25 m高度时，底角有水流出后迅速渗水，为求证其它可能存在问题，继续注水加高进行试验，直至1.35 m高度。随着注水量增加，立柱柱脚迅速渗水，出水量较大，见图5、图6。

图5 柱脚试水现状

图6 挡板试水现状

(4)第三次试水试验

本次试验在前期基础上，将挡板胶条改为端部伸出羊角，拼装后进行注水试验，注水高度约1.35 m。注水后，还是存在挡板层间渗水、立柱脚部渗水以及最下层挡板底部直接安装羊角胶条，效果较之前好，但仍旧渗水。通过分析，建议后期增加挡板层数以增强挡板顶部压力;考虑施工现场的条件，改进底部胶条形式，以应对结构面不平的状况;由于立柱脚部止水一直存在渗水的问题，故设想将竖向胶条沉入底面结构内，让挡板及挡板胶条直接与竖向胶条碰接，寻求能否解决此问题。

(5)第四次试水试验

通过底部胶条改进，增加厚度计齿条，以便应对底部结构面不平的状况，由于原竖向胶条太厚，安装困难，将竖向胶条改薄后安装，并进行试水试验。注水至0.1 m时，底部胶条就渗水，水位继续加高，最终底部胶条在挡板和水压力下扭曲变形，丧失止水作用。个别挡板层间渗水，水从挡板层的中部渗出，说明挡板层间的胶条并没有完全压紧变形，导致水从羊角与胶条底部椭圆面间的间隙溢出。

(6)第五次试水试验

挡板层间胶条将原实心羊角改为中空形式，并增加高度以提高弹性变形。由于立柱空腔进水，立柱胶条上齿条过多，对止水没有起到作用，因此，将立柱竖向胶条改为空心平面增强止水。改进后拼装注水，立柱胶条受压变形，挡板层间渗水情况没有明显改观，说明胶条在某些位置变形量不够，或者没有变形。拆卸后，发现立柱胶条在挡板向下安装的过程中局部方向反向变形，影响止水效果。

(7)第六次试水试验

挡板层间胶条羊角改为实心，羊角厚度增加，为增强立柱胶条的润滑，采用润滑油进行润滑试验。挡板在安装过程中，可以看到立柱胶条已经挤压变形，水位到0.8 m之前，完全无渗水，水位高于0.8 m时，逐渐渗水，但通过调整增大顶部压杆压力，可以继续止水。水位达到1.81 m时，除最下端挡板层底部胶条由于在不断的压力下，向内收缩，导致局部渗水，其它部位无渗水现象，止水效果较好，还是存在底部止水效果差，以及润滑剂效果不好，安装困难，见图7。

图7 第六次试水试验

(8)第七次试水试验

更换底部胶条，提高止水效果，更换润滑剂以及更改顶部压杆结构，降低侧摩擦力及增加压紧效果。通过改进，注水高度达到1.83m后，除极个别渗漏点，呈缓慢泪珠状，其它部位均无渗水，试验成功。

4 试水试验结论

通过试验，拼装结构的加工工艺、整体稳定、细部止水及各部件结合处理均达到防水要求。并且在试验过程中不断改进，降低挡板层间胶条与立柱竖向胶条粘合出现渗水间隙的风险，针对立柱底部止水结构分析出有效的解决方案。结合国内铝材加工工艺，从安全角度考虑，本次试验结构型材壁厚较厚，可以在后期研发中，根据不同工况，适当调整型材结构尺寸，以达到最安全、经济挡水效果。

5 拼装式铝合金防水墙在国外应用的介绍

铝合金防汛墙在欧洲使用较多，在捷克、奥地利、德国、斯洛伐克、荷兰等国家都有广泛使用，见图8。据德国媒体报道，移动防洪挡板最早于1984年被科隆市购买并投入使用，总长度超过10 km。自1997年开始，捷克首都布拉格市实施防洪系统建设，项目主要措施是建设一个能够承受3 700 m3/s的洪水并且留有40～60 cm超高的堤坝。在2002年洪灾之后，又加高30 cm，承受洪水能力达到5 000 m3/s。

图8 2013年奥地利北部小镇Grein使用装配式铝合金防洪墙阻挡多瑙河洪水

6 拼装式铝合金防水墙在国内的运用前景

一般城市河道洪水期历时较短，为保证防洪安全，传统堤防大多为永久性防洪挡水结构，将河道与城市隔裂开，单调高耸的堤防阻碍市民观江，造成市民临水不见水。随着城市发展，市民对观江亲水需求强烈，传统堤防形式己不能满足城市发展的要求。国外已将城市防洪设计作为一门新兴的水利学科进行研究，其中涉及到水力学、水生态学、景观设计、美学、环境心里学等诸多学科。在此方面，我国的起步较晚，但随着发展的需要，也已迫切需要进一步深化研究。通过试验，拼装式铝合金防水墙既能确保防洪安全又能满足城市环境景观需求，将在今后城市防洪和沿江景观带工程建设中得到广泛的使用。

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2015-07-13

刘佳佳(1981-)，男，湖北武汉人，工程师，从事水利工程设计工作。