地铁地下工程细部构造防水技术

1、地铁地下工程细部构造防水技术摘要: 地铁防水工程中, 细部构造的防水效果决定整个工程的防水质量。选择合理的防水方案、采取正确的施工工艺, 是确保细部构造防水质量的关键。通过总结北京地铁五号线、十号线、四号线和奥运支线工程的防水经验, 对目前地下防水工程中存在的一些误区和通病提出笔者的观点, 希望对今后地下防水工程具有一定的借鉴意义。 关键词: 预留通道接头; 渗漏; 施工缝; 变形缝; 止水带; 止水条; 注浆管0 引言 北京地铁、地下防水工程中, 按照地铁设计规范和地下工程防水技术规范的要求, 均采用了“以防为主、刚柔结合、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则, 即主体结构采用补偿收缩防水混

2、凝土进行结构自防水, 在结构的迎水面设置柔性全包防水层, 并对变形缝、施工缝、穿墙管等特殊部位采取了多道加强措施。通过对已经基本完成土建工程的地铁五号线、奥运支线以及正在建设中的十号线、四号线防水质量的现场调研, 发现整体防水质量均比较理想, 但在车站主体结构与通道接头部位的渗漏水却比较普遍, 这也是大多数地铁防水工程中的通病。预留通道接头部位包括施工缝和变形缝, 均属于地下防水工程的关键部位, 因此本文仅对预留通道接头部位的防水设计与施工以及如何避免出现这类问题进行专门论述。1 预留通道接头防水的两种主要形式 地铁工程由于其特殊的使用要求, 需要设置出入口通道、通风道、换乘通道以及区间隧道等

3、, 因此每个地下车站最少需要设置不少于 8 个预留通道的接头。而一般地下车站主体结构先于通道施工, 因此在施做车站主体结构时需要预留出通道的接头, 防水层也要在这些接头部位进行甩茬处理。通过现场调研, 接头部位出现渗漏水的通道数量约占全部通道数量的50%左右, 且这些部位进行堵漏维修后, 反复出现渗漏的概率也较大。 北京地铁明挖车站的土建施工大多采用桩支护明挖法施工, 主体结构与通道主要采用两种接头形式, 见图 1 和图 2 所示。其中, 图 1 所示是通道与车站主体结构以施工缝作为接头, 并在距施工缝约 0.81.2 m 左右设置一道变形缝, 变形缝与施工缝之间的结构单独浇筑; 图 2 所示

4、是车站主体结构连续浇筑至通道第一道变形缝处, 变形缝与车站主体结构之间不设置施工缝。这两种结构形式中, 以图 1 所示的接头做法较多。2 以施工缝接头时应注意的问题 采用图 1 所示的接头做法时, 后期通道土方开挖完毕后, 作业面宽松, 变形缝止水带安装定位质量比较容易得到保证, 柔性外包防水层的铺贴作业也能够连续进行, 确保了外包防水层的连续性。因此笔者认为采取图 1 的做法更为合理, 能够充分满足结构部位的防水质量。但采取这种做法时, 应注意以下几个问题。2.1 对防水层的甩茬采取合理的保护措施 车站主体结构分段浇筑至通道开孔部位时, 应对防水层的甩茬采取合理的保护措施。编制五号线防水方案

5、时, 未能充分考虑到破除支护桩时的风镐和烧断桩内钢筋的作业对防水层的破坏程度, 采用了厚度为 0.81.0 mm 的铁皮板对防水层的甩茬部位进行保护(见图 3 所示)。围护桩破除完毕后, 多数防水层的甩茬和铁皮板同时受到了不同程度的破坏, 个别部位甚至无法完成有效的搭接过渡, 只能采取刚柔过渡等其他方法进行补救, 这些对防水层的连续性带来了不利影响。发现这些问题后, 通过及时总结经验与教训,同时参考了雍和宫站的防水保护做法, 取消铁皮板改为采用厚度不小于 10 mm 的复合板进行保护, 同时对破除支护桩的施工顺序进行了规定。这样即使在破桩过程中风镐凿到保护板上, 由于复合板具有较大的弹性和硬度

6、, 不易破裂, 也不会直接对防水层造成机械破坏; 同时复合板又具有较好的隔热性能, 烧断钢筋时, 透过保护板的热量不会烫坏防水层。 为了让保护板在破桩完毕后能够顺利抽出, 不对防水层造成破坏, 设置保护板时应注意保护板外边缘距破桩洞口的距离宜为 3050 mm, 并在此范围内不得用钉子进行固定, 否则保护板无法顺利抽出, 会对后续防水层的接茬带来不利影响。经过实践检验, 这种做法能够很好地保证防水层甩茬的完整性。2.2 选择正确的防水层接茬施工方法 洞口支护桩凿除完毕并经基层处理后, 车站侧墙防水层与通道外包防水层应进行搭接过渡, 即需要进行防水层的接茬施工。为确保通道顶板防水层的防水效果,

7、顶板防水层需要采用“外防外贴”法与结构外表面密贴铺设, 因此在破桩时, 通道顶板以上支护桩的破除高度至少应比通道顶板高出 50 cm, 才能满足顶板防水层的施工要求。而侧墙和底板防水层均采用“外防内贴”法铺设, 其接茬一般采用两种做法, 暂且称为内翻法和外翻法。 内翻法: 就是将车站侧墙防水层翻至通道内侧, 并与通道侧墙和底板防水层形成搭接过渡的做法, 这也是地铁工程中采用的主要方法。这种做法中,车站侧墙防水层在直线段的翻转比较容易, 且能够保证防水层的连续性。但通道端头底板两侧的双阳角部位的防水层翻转操作比较困难, 翻转时不可避免地需要对角部进行裁剪, 裁开时不能裁至角底, 否则很难对角顶进

8、行密封处理; 而若裁开过小, 又无法将防水层完全翻至通道内。现场多次实践证明, 即使在裁开部位施做防水加强层或采用密封胶密封等措施, 也不易满足防水层的整体防水要求, 个别部位甚至在结构未浇筑前就开始出现渗漏水。这也是通道接头施工缝和变形缝容易出现渗漏的主要原因之一。 外翻法: 即车站侧墙防水层不动, 将通道底板和侧墙防水层翻至车站侧墙防水层外表面进行过渡连接的方法(见图 4 所示)。采用这种做法时, 需要提前确定扩孔范围并设置相应宽度的复合保护板, 并避免凿桩时对扩孔段防水层造成破坏。这种做法因凿桩时局部范围需要扩大、工程量相应增大等原因, 现场一般较少采用。但从图 4 中可以看出, 由于甩

9、茬宽度较大, 搭接宽度满足要求, 角部防水加强层操作简便, 因此很容易满足接头环向防水层的连续性和密封性要求。不过, 采取这种做法时, 底板部位的防水层接茬施工完毕后, 应立即浇筑凹坑部位的细石混凝土保护层, 避免此部位出现积水。由于侧墙扩孔段的结构外侧钢筋与侧墙防水层间距较大, 采取临时保护措施比较简单, 后续工程很难对环向搭接部位的防水层造成破坏。因此采用这种方法时, 只要现场认真操作,接茬部位出现渗漏水的概率很小, 也是一种值得推广的方法。2.3 制定周密的施工缝防水方案 采用图 1 的接头做法, 在主体结构与通道结构之间增加了一道环向施工缝。这道施工缝是地铁工程中比较容易出现渗漏水的部

10、位, 也是采取这种接头形式不利的一个方面。因此在设计过程中, 应该制定周密的施工缝防水方案。 在确定北京地铁预留通道接头部位的施工缝防水方案时, 综合考虑了以下几个方面的不利因素: 由于接头部位的特殊性, 环向施工缝无法设置止水带类材料, 无法使车站与通道的侧墙水平施工缝止水带形成连续, 两者同时与环向施工缝存在接头,故应充分考虑施工缝之间的互相影响; 环向施工缝表面难以预留凹槽, 止水条只能粘贴固定在凿毛后的施工缝表面, 止水条与施工缝表面的密贴性和粘结强度对防水质量影响较大; 车站和通道的侧墙水平施工缝均采用中埋式钢边橡胶止水带进行防水处理, 地下水一旦进入止水带与防水层之间, 会窜入环向

11、施工缝并绕过止水条进入通道内; 施工缝两侧混凝土一旦浇筑不密实, 渗漏水会绕过止水条, 造成渗漏水现象。 通过对以上不利因素的综合分析, 理论上认为单独采用止水条无法完全避免施工缝出现渗漏。这并不是说止水条不能止水, 而是由于环向、纵向施工缝交叉时, 在交叉部位并不属于“线”形防水, 而应归结为“面”形防水, 止水条只能对“线”形防水起作用。地铁五号线的通道结构施工缝采用了双道止水条设防, 效果也并不理想。为了确保接头施工缝的防水效果, 后期通道接头的环向施工缝均采取了两道遇水膨胀止水条(要求止水条具有一定的缓膨胀性能), 并配合预埋注浆管的防水设计方案, 见图 5 所示。 根据以往的经验,

12、遇水膨胀橡胶条应用在施工缝部位时, 止水效果很难满足要求。在地铁工程的防水设计中, 主要采用两种材料: 一种是膨润土橡胶遇水膨胀止水条, 另一种是遇水膨胀止水胶。要求施工缝表面预留凹槽时, 可使用上述两种产品; 未预留凹槽时, 只能使用遇水膨胀止水胶产品。但在实际施工过程中, 因为材料造价的原因, 现场存在采用膨润土橡胶遇水膨胀止水条代替遇水膨胀止水胶的情况。止水条采用直接粘贴或用水泥钉固定在凿毛后的施工缝表面的安装方法, 但由于制品型止水条往往硬度较大, 难以完全与基层表面密贴, 或与施工缝表面粘贴不牢; 立面上的止水条在浇捣混凝土的冲力下, 极易局部脱离施工缝表面而被完全包裹在后浇混凝土中

13、; 个别部位的止水条甚至被挤出到结构外, 造成止水条完全失去止水作用。即使将止水条设置在预留凹槽内, 施工过程中一旦提前遇水膨胀, 止水条纵向伸长后, 也会出现局部脱出凹槽的现象, 这些都是采用制品型止水条经常遇到的问题。 通过现场多次调研, 止水条的安装全部满足设计要求的施工缝较少。而遇水膨胀止水胶采用挤出法粘贴在凿毛后的施工缝表面时, 极易与施工缝表面密贴, 固化后与混凝土的粘结强度远远高于止水条, 后续工程中也不易出现止水胶脱落、剥离等现象, 能够较好地发挥止水效果。但由于止水胶依靠挤出粘贴在施工缝表面, 局部会出现挤出成型后的断面尺寸不足或水平面施工缝表面未清理干净, 影响止水胶与施工

14、缝表面粘贴质量等问题。 预埋注浆管的目的是为了通过后续的注浆操作,使浆液完全填充施工缝内的渗水孔隙, 达到止水的目的。浆液的填充范围不止局限在施工缝表面, 对施工缝两侧贯通的渗水裂缝和孔隙也能够填充封堵。实践证明, 注浆管与止水条配合使用的效果较好, 这种做法目前已经被国内大多数地铁工程所采用。但注浆管安装时必须注意与基层表面密贴设置, 固定点间距不宜超过 30 cm。采取正确安装注浆管方法的施工缝, 均取得了明显的防水效果, 特别是对于盾构后浇环梁两侧施工缝的止水效果非常明显, 解决了早期地铁盾构后浇环梁渗漏水严重的问题。3 以变形缝接头时应注意的问题 采用图 2 所示的通道接头做法时, 在

15、变形缝和车站主体结构之间减少了一道环向施工缝, 避免了施工缝部位出现的渗漏水现象。但采用这种做法时, 虽然变形缝部位的防水做法均相同, 但出现渗漏水的概率要高于图 1 所示方法。主要原因如下: 通道侧墙和底板变形缝部位的防水层和加强层需要先行设置, 并且需要放置几个月甚至 1 年的时间, 外露防水层的甩茬受到桩面渗漏和灰尘污染的情况比较严重, 后续接茬操作比较困难; 由于变形缝距桩面间距一般只有 30 cm, 施工作业面狭小, 给中埋式止水带的安装带来一定的困难, 止水带的定位质量较难保证; 通道施工时, 需要进行破桩作业, 破桩时对外贴止水带、中埋式止水带以及外露的防水层甩茬部分破坏较大;

16、侧墙和底板防水层的接茬正好位于变形缝部位, 接茬质量难以保证; 通道侧墙水平纵向施工缝与变形缝垂直交叉,对变形缝部位设置的外贴式止水带的止水效果影响较大。 通过对上述原因分析, 结合现场调研情况, 笔者认为, 变形缝的防水质量关键在于中埋式止水带的止水效果, 而中埋式止水带出现渗漏的主要原因有三个方面。一是止水带定位不准。设计要求止水带纵向轴线应与变形缝对齐, 但现场安装时容易出现偏差, 个别部位甚至出现严重偏离, 不能确保止水带与混凝土的啮合尺寸要求。二是止水带的现场接头难以处理。无论采用橡胶类止水带还是树脂类止水带, 用于变形缝部位时, 均要求采用现场热硫化对接或热熔焊接,确保接头部位的密实性。但由于大断面变形缝部位的止水带接头较多, 且结构施工步序的特殊要求, 接头两侧的止水带纵向轴线容易出现偏差, 很难采用现场热硫化法完成接头。采用机械接头时, 难以保证接头部位的未硫化丁基橡胶片与止水带橡胶板之间的粘贴密实性和对接强度, 容易导致接头部位出现渗漏。三是止水带两侧混凝土浇筑和振捣的质量不易保证。振捣效果达不到要求时, 会导致止水带与混凝土啮合不严密, 出现渗水现象, 这也是大多数止水带部位出现渗漏的最重要的原因。 地铁四、五号线变形缝部位均采用钢边橡胶止水带, 一旦出现渗漏水, 只能通过对背贴式止水带和中埋式止水带之间钻孔注浆的方法进行堵漏维修, 增加了