蓋挖逆作法施工地鐵車站疊合墻綜合防水體系*

雷 濤 漆繼良 施成華 孫曉賀

(1.中交一公局集團有限公司, 100162, 北京; 2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院, 410075, 長沙∥第一作者, 工程師)

我國大部分已運營地鐵車站都存在不同程度的滲漏水現(xiàn)象,滲漏水不僅會降低結(jié)構(gòu)承載力、使用壽命和耐久性,還會加大后期堵水維護費用,增加運營成本。因此,在地鐵車站工程施工中,采用科學(xué)合理的防水方法和技術(shù)手段以最大程度地避免運營車站滲漏水具有重要意義。

側(cè)墻是地鐵車站結(jié)構(gòu)中最易發(fā)生滲漏水的部位,既有地鐵車站側(cè)墻多采用復(fù)合墻和疊合墻兩種形式。復(fù)合墻采用全外包防水層,可以達到良好的防水效果。疊合墻中內(nèi)襯墻與地下連續(xù)墻存在抗剪鋼筋,因此在兩者之間不能鋪設(shè)柔性防水層,其防水主要依靠結(jié)構(gòu)自防水[1];內(nèi)襯墻因自重及溫度變化等會發(fā)生收縮變形,這些變形又受到地連墻的強勁約束,導(dǎo)致內(nèi)襯墻極易產(chǎn)生裂紋,因此疊合墻結(jié)構(gòu)自防水效果較差[2]。

綜上所述,采用蓋挖逆作法施工的地鐵車站,其疊合墻防水難以達到預(yù)期效果。本文以長沙地鐵6號線朝陽村站工程為依托,首先分析地鐵車站疊合墻滲漏水原因,然后提出不同施工階段的防水工藝,建立了蓋挖逆作法施工地鐵車站疊合墻綜合防水體系。實際工程應(yīng)用表明,所提由多道防水技術(shù)組成的綜合防水體系可有效解決疊合墻結(jié)構(gòu)的防水難題。

1 工程概況

長沙地鐵6號線朝陽村站位于長沙市人民中路和車站中路交叉口處,沿人民中路東西向布置,與地鐵3號線通過通道換乘。車站主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu),且在站臺有效里程范圍內(nèi)采用無柱結(jié)構(gòu)型式?；訃o結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻,與主體結(jié)構(gòu)采用疊合墻連接。車站主體頂板采用防水涂料防水,底板采用卷材防水,側(cè)墻由于無法鋪設(shè)防水卷材主要采用混凝土自防水。車站主體結(jié)構(gòu)標準斷面及配筋情況如圖1所示。

圖1 蓋挖逆作法施工地鐵車站主體結(jié)構(gòu)標準斷面及配筋圖

2 地鐵車站疊合墻滲漏水原因分析

地鐵車站防水是一個系統(tǒng)工程,是外部防水、結(jié)構(gòu)自防水、圍護結(jié)構(gòu)防水,以及變形縫防水、誘導(dǎo)縫防水和施工縫防水等防水質(zhì)量的綜合體現(xiàn)。一旦車站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小孔隙及裂縫,就會發(fā)生不同程度的滲漏水現(xiàn)象。通過文獻研究及工程實例調(diào)研發(fā)現(xiàn),地下連續(xù)墻、內(nèi)襯墻及其他關(guān)鍵位置的滲漏水是疊合墻滲漏水的主要原因。

2.1 地下連續(xù)墻滲漏水原因分析

作為圍護結(jié)構(gòu),地下連續(xù)墻不但能夠有效減小鄰近構(gòu)(建)筑物的變形,其也是地鐵車站防水的第一道屏障。質(zhì)量無缺陷的嵌巖地下連續(xù)墻基本可以抵抗基坑外的靜水壓力,阻止地下水滲入基坑內(nèi)。但是,如果地下連續(xù)墻的施工工藝及施工技術(shù)不到位,就不可避免地會產(chǎn)生不同程度的質(zhì)量問題,從而發(fā)生滲水、漏水現(xiàn)象。通過對地下連續(xù)墻施工工藝分析發(fā)現(xiàn),由此導(dǎo)致滲漏的主要原因有:

1) 地下連續(xù)墻泥漿護壁效果較差,降低了槽壁穩(wěn)定性,進而在混凝土澆筑中發(fā)生側(cè)壁塌土,導(dǎo)致墻體夾泥,從而使?jié)仓幻軐崱?/p>

2) 鋼筋籠下放過程中,控制其垂直度比較困難,一旦傾斜嚴重會發(fā)生局部保護層厚度不足甚至露筋現(xiàn)象。

3) 各槽段之間的接頭是地下連續(xù)墻的薄弱部位,槽段土方挖完及前幅混凝土澆筑完畢后,若未采用刷壁器對槽壁及接頭表面進行有效洗刷,接頭處則會存在一層泥皮。

4) 由于沒有采用有效的防繞流措施,從而使先澆筑的混凝土產(chǎn)生繞流,進而使相鄰槽段接頭混凝土無法清除、接頭處混凝土無法澆筑密實。

5) 由于混凝土澆筑速度過快,使槽內(nèi)淤積物來不及上浮就被擠入混凝土內(nèi)部和接頭處。

6) 地下連續(xù)墻鑿毛過程中,不注意施工方法和控制措施,鑿毛深度過深,對墻面造成較大損傷從而產(chǎn)生滲漏。

2.2 內(nèi)襯墻滲漏原因分析

通常通過鋼筋接駁器或剪力槽將疊合墻圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯墻連接為一個整體,內(nèi)襯墻除了具有普通混凝土的溫度、化學(xué)、碳化和徐變裂縫外,還包括以下會導(dǎo)致內(nèi)襯墻滲漏的原因:

1) 地下連續(xù)墻的厚度往往大于內(nèi)襯墻,且施工中往往先于內(nèi)襯墻很長時間澆筑完成,兩者連接時其已基本完成變形,兩者剛度存在較大的差異。內(nèi)襯墻澆筑硬化時,會產(chǎn)生收縮變形,但由于地下連續(xù)墻的強大約束作用,使內(nèi)襯墻產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而造成墻體開裂,形成滲水通道[2]。

2) 大體積混凝土施工過程,其內(nèi)部溫度由于水泥水化的作用會急劇上升,內(nèi)外溫差過大會產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而出現(xiàn)因內(nèi)外溫差而導(dǎo)致的裂縫。

3) 地下車站施工中多采用小鋼模進行側(cè)墻澆筑,模板拼縫數(shù)量多且側(cè)墻成型后平整度也很難達到保障,而且在接縫處容易出現(xiàn)問題。

4) 采用蓋挖逆作法施工時,混凝土澆筑過程落差大且鋼筋密集,因而難以保證澆筑的密實性。

2.3 關(guān)鍵位置滲漏原因分析

1) 逆作接頭滲漏原因分析。采用逆作法進行內(nèi)襯墻施工時,在頂板已經(jīng)施作完畢、側(cè)墻混凝土采用后澆辦法進行施工的情況下,在內(nèi)襯墻混凝土澆筑后會因沉降和收縮等原因在其上面形成空隙,并在接頭表面產(chǎn)生析水或聚集氣泡[3],這樣便很容易形成結(jié)構(gòu)上和防水上的缺陷,影響逆作接頭質(zhì)量,形成滲水通道。

2) 施工縫滲漏原因分析。相比于其他工程,地鐵車站采用的混凝土在體積和尺寸方面偏大,實際施工過程中常采用分段、分層澆筑,這些接縫位置往往決定著車站防水體系的好壞。

3) 應(yīng)力集中處滲漏原因分析。頂板與內(nèi)襯墻腋角處易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,這些位置屬于受力薄弱環(huán)節(jié),易產(chǎn)生裂縫,形成滲水通道。

3 地鐵車站疊合墻綜合防水體系

結(jié)合以上地鐵車站墻體滲漏水原因和朝陽村地鐵車站的實際情況,從各階段施工工藝角度出發(fā),樹立“質(zhì)量把關(guān),層層設(shè)防”的理念,充分發(fā)揮每一道防線的防水作用,以此保證蓋挖逆作法施工的疊合墻綜合防水體系的防水效果。

3.1 圍護結(jié)構(gòu)防水

地下連續(xù)墻是地鐵車站防水體系的第一道防線,在施工過程中要采用有效的施工方法保證其結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

1) 鉆孔灌注樁等其他加固措施與地下連續(xù)墻組合使用,可提高圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及防水效果。在朝陽村站圍護結(jié)構(gòu)施工前,提前對圍護結(jié)構(gòu)外進行袖閥管預(yù)注漿加固保護,注漿垂直深度進入強風(fēng)化或中風(fēng)化巖層1.5 m。

2) 成槽過程中,根據(jù)車載測斜儀器指針及時進行動態(tài)糾偏,保證地下連續(xù)墻成槽后的垂直度。采用現(xiàn)場研發(fā)的垂直控制裝置與履帶吊配合使用進行鋼筋籠吊放,確保鋼筋籠下放過程中工字鋼翼緣沿滑輪移動,使鋼筋籠在吊放過程中保持垂直、穩(wěn)定,不發(fā)生搖晃,從而保證后期混凝土澆筑時地下連續(xù)墻保護層厚度滿足要求且不發(fā)生露筋現(xiàn)象。鋼筋籠垂直吊放控制裝置如圖2所示。

圖2 鋼筋籠垂直吊放控制裝置

3) 利用刷壁器清刷槽壁和工字鋼,保證在澆筑過程中地下連續(xù)墻側(cè)壁不脫落渣土,前后幅工字鋼接頭處接觸密實。

4) 安放防繞流接頭板,并確保回填密實。一旦發(fā)生繞流現(xiàn)象,采用RT260型回旋鉆機對繞流部位進行清除,保證接頭處混凝土澆筑密實。

5) 嚴格控制混凝土澆筑速度?；炷恋墓?yīng)速度不小于20 m3/h,中間間隔不超過30 min,塌落度控制在18～22 cm,緩凝時間為4～6 h。

3.2 防水涂料防水

由于不能在疊合墻中鋪設(shè)柔性防水層,因此防水涂料便成為了疊合墻防水的第二道重要防線。本工程界面防水采用的是水泥基滲透結(jié)晶防水涂料。在混凝土干燥時,該化學(xué)物質(zhì)處于休眠期,一旦某處開裂或原裂紋受外力作用再度裂開,只要有水滲入,便會激活水泥水化反應(yīng),生成新的不溶于水的針狀結(jié)晶體,自動修復(fù)微小孔隙,從而達到防水的效果。為保證施工質(zhì)量,應(yīng)按以下要求嚴格執(zhí)行:

1) 涂刷前,基層表面應(yīng)堅實、干凈,無浮灰、浮漿、油污、反堿、起皮、疏松等問題,用高壓水槍或鋼絲刷等工具將基面附著物清除干凈。

2) 用水充分潤濕待施工的基面,保證混凝土結(jié)構(gòu)得到充分的濕潤、潤透,但不宜有明水。

3) 嚴格控制泥漿配比,并充分攪勻。加入定量的清水后,在初期攪拌時即使泥漿干稠,也不應(yīng)繼續(xù)加水,應(yīng)繼續(xù)攪拌,直到攪拌均勻。

4) 施工縫表面應(yīng)按照規(guī)范要求進行鑿毛并清理干凈,且混凝土表面的脫模劑也應(yīng)全部清除。采用涂刷法施工時,用尼龍刷均勻涂刷兩道防水涂料,第一道與第二道涂刷方向相互垂直,第一道涂料初期固化(約1～2 h)后再進行第二道涂料涂刷,涂料使用量為1.5 kg/m2。

5) 在養(yǎng)護期間,根據(jù)現(xiàn)場的濕度采用噴霧或灑水的方式進行養(yǎng)護,養(yǎng)護過程不得碰撞防水層。

3.3 結(jié)構(gòu)滲漏點預(yù)處理

結(jié)構(gòu)滲漏主要有點狀、線狀和面狀三類滲漏[4]。在內(nèi)襯墻澆筑之前,對于結(jié)構(gòu)發(fā)生的滲漏水現(xiàn)象要及時進行封堵,建立第三道“封堵防線”。

1) 對于型鋼接縫處線狀滲漏,滲漏水部位較大時,采用坑外地面引孔注漿及小型開孔機垂直地連墻面引孔注漿進行聯(lián)合封堵;滲漏點部位較小時,采用針入式注漿進行封堵,確保型鋼接頭內(nèi)部填充密實。

2) 對于墻面點狀滲漏,采用壓力注漿法,利用改性環(huán)氧樹脂漿液進行混凝土內(nèi)堵漏補強。

3) 對于墻面面狀滲漏,當(dāng)僅有小塊輕微的散漏時,采用涂膜的方式進行處理,將滲透結(jié)晶防水涂料調(diào)水后用尼龍刷涂刷,涂刷不少于兩遍;若滲漏處有潮氣結(jié)露或漏水點,則表明該處混凝土不密實,需進行鉆孔灌漿以達到防滲補強的作用。

3.4 側(cè)墻防水

內(nèi)側(cè)墻是防水的第四道防線,其澆筑質(zhì)量極為重要。除了疊合墻本身的施工難點外,在蓋挖逆作法施工中,側(cè)墻澆筑前頂板已施作完畢,因此施工難度更大。為嚴格控制側(cè)墻澆筑質(zhì)量,在朝陽村站工程中采取了以下針對性措施:

1) 采用傳統(tǒng)方法進行內(nèi)襯墻澆筑時,混凝土由地面輸送到澆筑口存在較大的高程差,混凝土入槽過程會產(chǎn)生很大的沖擊力,造成混凝土離析[5]。本工程現(xiàn)場施工時引入了布料機,將混凝土由布料機下孔注入,再由上部可移動管道輸出,大大降低了高程差;同時,側(cè)墻模板一次立模,在垂向每隔2 m預(yù)留一排澆筑口,通過分層澆筑方式降低傾落度,并采用振搗棒與附著式振搗器共同振搗,保證其密實度。布料機與側(cè)墻模板如圖3所示。

a) 側(cè)墻模板

2) 采用傳統(tǒng)方法進行側(cè)墻施工時,采用的是木?；蚱囱b鋼模板,內(nèi)襯墻施工后存在拼縫較多的通病。本工程內(nèi)襯墻施工時,采用的是大型鋼模板,每塊大型鋼模高度為3.7 m,寬度為3.0 m,模板拼接數(shù)量僅為傳統(tǒng)施工的13%,大大減少了接縫數(shù)量。

3) 為加快施工進度,且保證鋼筋密集區(qū)混凝土澆筑均勻,組合采用了混凝土分流裝置、預(yù)留澆筑口側(cè)墻模板及布料機,實現(xiàn)多澆筑口同時澆筑、循環(huán)澆筑,提高了澆筑密實性。側(cè)墻澆筑模板體系如圖4所示。

圖4 側(cè)墻澆筑模板體系

4) 采用傳統(tǒng)方法輸送逆作接頭處混凝土?xí)r,通常在澆筑模板上每間隔1 m設(shè)置1個“簸箕口”作為混凝土進料口,但兩進料口之間混凝土常存在澆筑不密實的情況,嚴重影響澆筑質(zhì)量。本工程中,將逆作接頭處澆筑模板改進為通長進料口,不僅實現(xiàn)了混凝土不間斷澆筑,且澆筑密實,而且通過后期抹平取消了“簸箕口”鑿除步驟。改進后的逆作接頭澆筑模板如圖5所示。

圖5 改進后的逆作接頭澆筑模板

5) 為減小水化熱對混凝土質(zhì)量的影響,現(xiàn)場采用混凝土自動化溫測裝置對側(cè)墻澆筑過程水化熱及內(nèi)外溫差進行實時監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時采取對應(yīng)措施,保證混凝土硬化質(zhì)量。

3.5 預(yù)埋導(dǎo)管防水

后期注漿防水是疊合墻防水的最后一道防線。地鐵車站結(jié)構(gòu)施工中,施工縫存在止水帶位置偏差、防水橡膠老化等現(xiàn)象,這是防水中的重點和難點。本工程采用了預(yù)埋導(dǎo)管,可對后期發(fā)生滲漏的部位(施工縫、逆作接頭等)進行注漿?；炷翉姸冗_到設(shè)計要求后,如需進行注漿封堵即可利用引出的注漿導(dǎo)管進行注漿。如需進行二次注漿或多次注漿,應(yīng)在每次注漿結(jié)束后采用專用抽漿機將注漿管內(nèi)剩余的漿液抽出,防止?jié){液堵塞注漿管。

4 防水實施效果

結(jié)合朝陽村站蓋挖逆作法施工的實際情況,針對地鐵車站疊合墻結(jié)構(gòu)防水難的問題,建立了5道防水屏障,層層設(shè)防,形成了疊合墻多道綜合防水體系。每道防線都能在適當(dāng)?shù)臅r機發(fā)揮作用,極大地增加了防水安全系數(shù),保障了防水效果。朝陽村站主體結(jié)構(gòu)剛施作完成時,沒有發(fā)生任何滲漏水現(xiàn)象,施工效果良好。截至2022年年底,朝陽村站主體結(jié)構(gòu)已施工完成3年有余,沒有發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,多道綜合防水體系展現(xiàn)出了優(yōu)異的防水效果。

5 結(jié)語

結(jié)合地鐵車站疊合墻施工過程及其滲漏水原因,建立了“圍護結(jié)構(gòu)-防水涂料-結(jié)構(gòu)滲漏點預(yù)處理-側(cè)墻-預(yù)埋導(dǎo)管”多道防水體系,提出了“質(zhì)量把關(guān),層層設(shè)防”的設(shè)計理念,并針對每一道防線提出關(guān)鍵技術(shù)措施,保證其防水質(zhì)量。朝陽村站工程施工中采用了多道綜合防水體系,使用3年來未發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,達到了預(yù)期防水效果。