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申请/专利权人：中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司

摘要：本发明提供了一种测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置与实验方法，属于测量测试技术领域。它解决了现有的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法在加压时止水带接缝会率先发生破坏的问题。本发明包括衬砌和由矩形止水带围成的具有接缝的止水环，止水环居中设于衬砌内，止水环的轴向长度小于衬砌的高度，衬砌高度的12处设有由止水环外侧径向向外延伸的变形缝，止水环的接缝位于远离变形缝的一侧，止水环的内部设有用于对止水环远离接缝的一侧进行加压的加压组件，加压组件与变形缝相对设置。本发明能有效防止止水带薄弱点率先发生破坏，具有结构设计合理、实验效果好、应用范围广等优点。

主权项：1.一种测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，包括衬砌（1）和由矩形止水带围成的具有接缝（2）的止水环（3），所述的止水环（3）居中设于衬砌（1）内，所述止水环（3）的轴向长度小于衬砌（1）的高度，其特征在于，所述衬砌（1）高度的12处设有由止水环（3）外侧径向向外延伸的变形缝（4），所述止水环（3）的接缝（2）位于远离变形缝（4）的一侧，所述止水环（3）的内部设有用于对止水环（3）远离接缝（2）的一侧进行加压的加压组件，所述的加压组件与变形缝（4）相对设置；所述的加压组件包括呈扇形的上钢板（5）、与上钢板（5）相对设置的下钢板（6）和垂直固定在上钢板（5）与下钢板（6）之间的固定板（7），所述上钢板（5）与下钢板（6）的形状相同且大小相等，上述止水环（3）的内环面分别与上钢板（5）和下钢板（6）的圆弧边贴靠设置，所述固定板（7）的左右两端分别与止水环（3）的内环面贴靠设置，所述的上钢板（5）、下钢板（6）、固定板（7）和止水环（3）之间形成有密闭的加水腔（8），该加水腔（8）与变形缝（4）相对设置，所述的上钢板（5）上固连有下端与加水腔（8）连通的送水管（9），所述送水管（9）的上方穿出衬砌（1）后与压力泵连接；全埋入衬砌（1）的止水带的长度大于止水带的宽度。

全文数据：测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置与实验方法技术领域本发明属于测量测试技术领域，涉及一种测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置与实验方法。背景技术随着经济的不断发展，越来越多的城市修建山岭隧道，山岭隧道穿越溶洞等富水地区时，极有可能面临高水压的情形，其中很多山岭隧道的变形缝都采用中埋止水带防水。由于目前并没有测试止水带最高防水强度的方法，给设计和施工造成了很大的困扰，隧道防水的设计具有很大的盲目性。为此，中国专利公开了一种变形缝中埋止水带等尺寸极限耐水压的试验方法[申请公布号为CN107576574A]，包括钢栓杆、止水带、泡沫、钢板、钢管、止水钢片、钢垫块、上钢板、施工缝、下钢板、圆形钢板和止水带接缝，它将上钢板和下钢板板通过四个钢垫块焊接在一块，在上半圆上开一个小口，将细钢管与上圆钢板在小口处焊在一起；在其周围套一个圆形的止水带，在接口处粘接在一起，使其不透水；浇筑混凝土，将止水带定位，浇筑混凝土形成密闭的空心结构，浇筑时用泡沫作为填充材料，使其形成变形缝；用加压泵逐级加压，当观察到止水带有水渗出或混凝土开裂或压力表降低时，即为最大水压。虽然该试验方法适合推广使用，但其依然存在以下问题：由于止水带接头处用冷凝胶或热熔措施粘结到一起，止水带的粘接处为薄弱点，与变形缝相邻设置，加压试验时会使止水带接缝率先发生破坏，达不到试验效果。发明内容本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种保证止水带薄弱点不会先受到水的压力的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置。还提出了一种测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法。本发明的目的可通过下列技术方案来实现：测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，包括衬砌和由矩形止水带围成的具有接缝的止水环，所述的止水环居中设于衬砌内，所述止水环的轴向长度小于衬砌的高度，其特征在于，所述衬砌高度的12处设有由止水环外侧径向向外延伸的变形缝，所述止水环的接缝位于远离变形缝的一侧，所述止水环的内部设有用于对止水环远离接缝的一侧进行加压的加压组件，所述的加压组件与变形缝相对设置。止水环和加压组件被埋设在衬砌当中，不会与衬砌发生相对运动。由于隧道穿越不同底层，每段底层的康谁呀要求不同，因此衬砌的厚度、变形缝防水方式也不同，本实验装置能模拟衬砌变形缝的实际结构。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述的加压组件包括呈扇形的上钢板、与上钢板相对设置的下钢板和垂直固定在上钢板与下钢板之间的固定板，所述上钢板与下钢板的形状相同且大小相等，上述止水环的内环面分别与上钢板和下钢板的圆弧边贴靠设置，所述固定板的左右两端分别与止水环的内环面贴靠设置，所述的上钢板、下钢板、固定板和止水环之间形成有密闭的加水腔，该加水腔与变形缝相对设置，所述的上钢板上固连有下端与加水腔连通的送水管，所述送水管的上方穿出衬砌后与压力泵连接。固定板为钢板，送水管为细长钢管，其内径应大于10mm，送水管厚度大于2mm，在内径一定的情况下，送水管的壁厚应尽量厚。在上钢板上开设有一个与加水腔连通的圆孔，该圆孔的孔径小于等于送水管的直径，送水管通过焊接与上钢板固定并与该圆孔连通。接缝位于固定板远离上钢板或下钢板的一侧，且接缝与固定板对中设置。在对加水腔内增压时，水压不会直接作用到接缝上，防止止水带接缝先发生破坏。在送水管的上方还设有泄气孔、压力表连接孔以及注水孔，压力泵与注水孔连接。刚开始注水时，位于加水腔与送水管内的空气由泄气孔排出，当空气完全排出口，泄气孔关闭，压力泵通过注水孔向加水腔内逐级加压泵入水。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述上钢板的圆心角为120°～180°。上钢板的圆心角为上钢板的一条直边与另一条直边所形成的夹角，当上钢板的圆心角不等于180°时，固定板为折板。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述上钢板的圆心角为180°，所述的固定板为直板且其上端与上钢板的直边焊接，所述固定板的下端与下钢板的直边焊接，所述的加水腔呈半圆柱形。当上钢板的圆心角为180°时，上钢板变为半圆形，下钢板变为半圆形，加水腔为半圆柱腔。其中固定板的左右长度等于上钢板的直径，固定板的上下宽度等于变形缝的宽度，固定板的厚度应大于2mm。当水进入到加水腔内后，对加水腔的半圆周面即止水环的内壁进行施压，当观察到止水环有水渗出或衬砌开裂或压力表上数值降低时，即为止水环所能承受的最大水压。上钢板与下钢板的半径应大于100mm，其厚度应大于2mm，以保证刚度。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述送水管的外部焊接有位于衬砌内的与送水管同轴设置的圆形挡水板，所述的挡水板位于止水环的上方且止水环的顶端距挡水板的距离大于50mm。挡水板主要起防水作用，主要起防止水流沿送水管渗出的目的，对强度没有要求，在保证焊接质量的前提下，厚度不宜过大，其厚度范围为0.2mm～5mm，挡水板的直径应大于100mm。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，全埋入衬砌的止水带的长度大于止水带的宽度。全埋入是指止水带的两面均与衬砌接触。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述的止水环至衬砌外部自由面的距离为衬砌厚度的一半。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置中，所述的上钢板与下钢板之间设置钢垫块。测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法，包括以下步骤：a、将上钢板、下钢板、固定板和送水管焊接在一起，形成加压组件，并在送水管上焊接圆形挡水板；b、取一定长度的止水带，沿止水带的长度方向将其围成环形的止水环，在接缝处用粘接剂粘接在一起；粘接剂为冷凝胶；c、支设底模板和侧模板，在底模板和侧模板之间形成浇筑腔，将止水环对中放置在浇筑腔内，从下往上浇筑衬砌，将止水环的下部浇到衬砌中；d、将加压组件放入到止水环内并使下钢板抵靠在浇筑好的部分衬砌上，保证上钢板、下钢板的弧形边与止水环的内壁紧密贴合，此时止水带宽度的中线与固定板宽度的中线位于同一水平面内；在止水环远离接缝的一侧放入泡沫形成变形缝；由于上钢板、下钢板的弧形边与止水环的内壁紧密贴合，可防止浇筑衬砌时混凝土流进加水腔内；泡沫作为支撑材料，其厚度为变形缝宽度；e、浇筑衬砌的剩下部分；待衬砌养护完成后将泡沫掏除；f、将浇筑好的衬砌放在一个大钢板上，并将另外一大钢板放置到衬砌上，两个大钢板通过螺栓拧紧；g、送水管接入压力泵，逐级加压，当观察到止水带有水伸出或衬砌开裂或压力表降低，即为最大水压。在上述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法中，步骤g逐级加压中每级所加的压力为0.1MPa～1MPa，每级稳压时间大于5分钟。与现有技术相比，本发明具有以下优点：其能模拟衬砌变形缝的实际结构，能测试采用中埋止水带防水的变形缝处衬砌的耐水压能力，验证是否达到设计要求的耐水压水平，反馈设计，进行衬砌参数及防水方式的调整；单侧加压使得止水带接缝远离变形缝的一侧，保证止水带薄弱点不会先受到水的压力而从接缝处破坏。附图说明图1是本发明提供的较佳实施例的结构示意图。图2是本发明提供的加压组件的部分结构示意图。图3是本发明提供的止水环布置图。图中，1、衬砌；2、接缝；3、止水环；4、变形缝；5、上钢板；6、下钢板；7、固定板；8、加水腔；9、送水管；10、挡水板；11、钢垫块；12、底模板；13、侧模板；14、泡沫。具体实施方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如图1所示的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，包括直径为1m，高度为1.1m的衬砌1和由矩形止水带围成的具有接缝2的止水环3，所述的止水环3居中设于衬砌1内，所述止水环3的轴向长度小于衬砌1的高度。如图1所示，衬砌1高度的12处设有由止水环3外侧径向向外延伸的变形缝4，止水环3的接缝2位于远离变形缝4的一侧，止水环3的内部设有用于对止水环3远离接缝2的一侧进行加压的加压组件，加压组件与变形缝4相对设置。止水环3和加压组件被埋设在衬砌1当中，不会与衬砌1发生相对运动。由于隧道穿越不同底层，每段底层的康谁呀要求不同，因此衬砌1的厚度、变形缝4防水方式也不同，本实验装置能模拟衬砌1变形缝4的实际结构。如图2所示，加压组件包括呈扇形的上钢板5、与上钢板5相对设置的下钢板6和垂直固定在上钢板5与下钢板6之间的固定板7，上钢板5与下钢板6的形状相同且大小相等。如图3所示，止水环3的内环面分别与上钢板5和下钢板6的圆弧边贴靠设置，固定板7的左右两端分别与止水环3的内环面贴靠设置，上钢板5、下钢板6、固定板7和止水环3之间形成有密闭的加水腔8，该加水腔8与变形缝4相对设置，上钢板5上固连有下端与加水腔8连通的送水管9，送水管9的上方穿出衬砌1后与压力泵连接。固定板7为钢板，送水管9为细长钢管，其内径应大于10mm，送水管9厚度大于2mm，在内径一定的情况下，送水管9的壁厚应尽量厚。在上钢板5上开设有一个与加水腔8连通的圆孔，该圆孔的孔径小于等于送水管9的直径，送水管9通过焊接与上钢板5固定并与该圆孔连通。接缝2位于固定板7远离上钢板5或下钢板6的一侧，且接缝2与固定板7对中设置。在对加水腔8内增压时，水压不会直接作用到接缝2上，防止止水带接缝2先发生破坏。在送水管9的上方还设有泄气孔、压力表连接孔以及注水孔，压力泵与注水孔连接。刚开始注水时，位于加水腔8与送水管9内的空气由泄气孔排出，当空气完全排出口，泄气孔关闭，压力泵通过注水孔向加水腔8内逐级加压泵入水。本实施例中，在泄气孔内装设放气阀。其中，上钢板5的圆心角为120°～180°。上钢板5的圆心角为上钢板5的一条直边与另一条直边所形成的夹角，当上钢板5的圆心角不等于180°时，固定板7为折板。如图2所示，上钢板5的圆心角为180°，固定板7为直板且其上端与上钢板5的直边焊接，固定板7的下端与下钢板6的直边焊接，加水腔8呈半圆柱形。当上钢板5的圆心角为180°时，上钢板5变为半圆形，下钢板6变为半圆形，加水腔8为半圆柱腔。其中固定板7的左右长度等于上钢板5的直径，固定板7的上下宽度等于变形缝4的宽度，固定板7的厚度应大于2mm。当水进入到加水腔8内后，对加水腔8的半圆周面即止水环3的内壁进行施压，当观察到止水环3有水渗出或衬砌1开裂或压力表上数值降低时，即为止水环3所能承受的最大水压。上钢板5与下钢板6的半径应大于100mm，其厚度应大于2mm，以保证刚度。如图1所示，送水管9的外部焊接有位于衬砌1内的与送水管9同轴设置的圆形挡水板10，挡水板10位于止水环3的上方且止水环3的顶端距挡水板10的距离大于50mm。挡水板10主要起防水作用，主要起防止水流沿送水管9渗出的目的，对强度没有要求，在保证焊接质量的前提下，厚度不宜过大，其厚度范围为0.2mm～5mm，挡水板10的直径应大于100mm。本实施例中，全埋入衬砌1的止水带的长度大于止水带的宽度。全埋入是指止水带的两面均与衬砌1接触。止水环3至衬砌1外部自由面的距离为衬砌1厚度的一半，本实施例中，止水带至衬砌1外部自由面的距离为400mm。如图1所示，上钢板5与下钢板6之间设置钢垫块11。测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法，包括以下步骤：选用外壁厚度5mm，长度100mm，内径10mm的送水管9，采用Q345钢材支撑；选用厚度为0.2mm，半径为100mm的半圆上钢板5和半圆下钢板6，在上钢板5上挖圆孔；a、将上钢板5、下钢板6、固定板7和送水管9焊接在一起，形成加压组件，并在送水管9上焊接圆形挡水板10，防止水沿送水管9渗出；b、取一定长度的止水带，沿止水带的长度方向将其围成环形的止水环3，在接缝2处用粘接剂粘接在一起；粘接剂为冷凝胶；c、支设底模板12和侧模板13，在底模板12和侧模板13之间形成浇筑腔，将止水环3对中放置在浇筑腔内，从下往上浇筑衬砌1，将止水环3的下部浇到衬砌1中；d、将加压组件放入到止水环3内并使下钢板6抵靠在浇筑好的部分衬砌1上，保证上钢板5、下钢板6的弧形边与止水环3的内壁紧密贴合，此时止水带宽度的中线与固定板7宽度的中线位于同一水平面内；在止水环3远离接缝2的一侧放入泡沫14形成变形缝4，变形缝4宽度为20mm；由于上钢板5、下钢板6的弧形边与止水环3的内壁紧密贴合，可防止浇筑衬砌1时混凝土流进加水腔8内；泡沫14作为支撑材料，其厚度为变形缝4宽度；e、浇筑衬砌1的剩下部分；待衬砌1养护完成后将泡沫14掏除；f、将浇筑好的衬砌1放在一个大钢板上，并将另外一大钢板放置到衬砌1上，两个大钢板通过螺栓拧紧；g、送水管9接入压力泵，逐级加压，当观察到止水带有水伸出或衬砌1开裂或压力表降低，即为最大水压。其中，步骤g逐级加压中每级所加的压力为0.1MPa～1MPa，每级稳压时间大于5分钟。实验时，打开放气阀，向内注水，待泄气孔有水流出时关闭放气阀。继续加压，待水压加至0.25MPa时，停止加压，并保压10分钟，中途若出现明显降压情况，应及时补压。以0.5MPa为一级，向上升压，每升一级保压10分钟，中途降压超过0.5MPa时，应及时补压。达到4.5MPa时，稳压48h。随后继续加压，当止水带破裂出现漏水或止水带和混凝土的缝隙出现漏水时，即认为达到最大水压值。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

权利要求：1.一种测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，包括衬砌1和由矩形止水带围成的具有接缝2的止水环3，所述的止水环3居中设于衬砌1内，所述止水环3的轴向长度小于衬砌1的高度，其特征在于，所述衬砌1高度的12处设有由止水环3外侧径向向外延伸的变形缝4，所述止水环3的接缝2位于远离变形缝4的一侧，所述止水环3的内部设有用于对止水环3远离接缝2的一侧进行加压的加压组件，所述的加压组件与变形缝4相对设置。2.根据权利要求1所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，所述的加压组件包括呈扇形的上钢板5、与上钢板5相对设置的下钢板6和垂直固定在上钢板5与下钢板6之间的固定板7，所述上钢板5与下钢板6的形状相同且大小相等，上述止水环3的内环面分别与上钢板5和下钢板6的圆弧边贴靠设置，所述固定板7的左右两端分别与止水环3的内环面贴靠设置，所述的上钢板5、下钢板6、固定板7和止水环3之间形成有密闭的加水腔8，该加水腔8与变形缝4相对设置，所述的上钢板5上固连有下端与加水腔8连通的送水管9，所述送水管9的上方穿出衬砌1后与压力泵连接。3.根据权利要求2所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，所述上钢板5的圆心角为120°～180°。4.根据权利要求3所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，所述上钢板5的圆心角为180°，所述的固定板7为直板且其上端与上钢板5的直边焊接，所述固定板7的下端与下钢板6的直边焊接，所述的加水腔8呈半圆柱形。5.根据权利要求2所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，所述送水管9的外部焊接有位于衬砌1内的与送水管9同轴设置的圆形挡水板10，所述的挡水板10位于止水环3的上方且止水环3的顶端距挡水板10的距离大于50mm。6.根据权利要求1所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，全埋入衬砌1的止水带的长度大于止水带的宽度。7.根据权利要求1所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，其特征在于，所述的止水环3至衬砌1外部自由面的距离为衬砌1厚度的一半。8.根据权利要求2所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验装置，所述的上钢板5与下钢板6之间设置钢垫块11。9.一种适用于权利要求5的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将上钢板5、下钢板6、固定板7和送水管9焊接在一起，形成加压组件，并在送水管9上焊接圆形挡水板10；b、取一定长度的止水带，沿止水带的长度方向将其围成环形的止水环3，在接缝2处用粘接剂粘接在一起；c、支设底模板12和侧模板13，在底模板12和侧模板13之间形成浇筑腔，将止水环3对中放置在浇筑腔内，从下往上浇筑衬砌1，将止水环3的下部浇到衬砌1中；d、将加压组件放入到止水环3内并使下钢板6抵靠在浇筑好的部分衬砌1上，保证上钢板5、下钢板6的弧形边与止水环3的内壁紧密贴合，此时止水带宽度的中线与固定板7宽度的中线位于同一水平面内；在止水环3远离接缝2的一侧放入泡沫14形成变形缝4；e、浇筑衬砌1的剩下部分；待衬砌1养护完成后将泡沫14掏除；f、将浇筑好的衬砌1放在一个大钢板上，并将另外一大钢板放置到衬砌1上，两个大钢板通过螺栓拧紧；g、送水管9接入压力泵，逐级加压，当观察到止水带有水伸出或衬砌1开裂或压力表降低，即为最大水压。10.根据权利要求9所述的测试变形缝中埋止水带承受水压的实验方法，步骤g逐级加压中每级所加的压力为0.1MPa～1MPa，每级稳压时间大于5分钟。

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