地铁渗漏与防水设计施工的关系

地铁渗漏与防水设计、施工的关系摘要：分析了地铁工程渗漏的类型及产生原因，从在建地铁防水施工存在的问题、设计如何完善、防水选材如何满足施工和工期要求以及加强现场管理等方面作了论述，供在建地铁工程防水设计、施工和管理参考。关键词：地铁渗漏；防水设计；防水施工；验收管理日前，我国在建和通过审批即将建设地铁的城市已达20多个。发展迅速的地铁交通给人们的出行带来了极大的方便，但地铁车站和区间的渗漏问题也开始引起人们关注。地铁渗漏的表象，是影响到列车运营安全、给人们换乘车带来不便，实际上衬砌外地层的水渗漏到结构内部，长此以往会对钢筋混凝土结构造成侵蚀，影响到结构的耐久性安全。 地铁隧道与地下工程结构一般都为钢筋混凝土结构，其防水主要指混凝土结构自防水和附加在结构迎水面的辅助防水层，以及变形缝、施工缝等处的止水措施，是涉及设计、施工、材料、管理、维护等多方面的系统工程。基于多年的防水设计实践和施工现场巡查体会，笔者在此重点探讨地铁渗漏与设计及施工管理之间的关系。1地铁防水设计一般原则 除盾构法施工的区间隧道外，一般地铁车站和区间均采用结构自防水与地下结构外包防水层结合的方式，其中变形缝（诱导缝）、施工缝、穿墙管等部位是防水的重点，也是渗漏概率最高的部位。 地铁防水设计，结构自防水是根本，须满足地铁百年的设计理念。混凝土结构的自防水功能，主要通过优化混凝土的级配、合理掺加外加剂、规范混凝土浇注及严格养护等措施实现。 地下结构外包防水一般采用柔性防水卷材或涂料，根据结构施工工法和工程的具体特点而定，以迎水面设防并与结构粘贴密实为优。地下结构外包防水应具备耐候、耐水压、抗渗、耐久性好的特点。2地铁渗漏的基本类型2.1混凝土结构本体渗漏 混凝土结构本体出现渗漏，包括以下一些情况：1）因各种原因引起的结构裂缝而导致的渗漏；2）在结构钢筋密集部位，因施工振捣不到位留下结构内部空洞而引起的渗漏；3）混凝土蜂窝部位出现渗漏；4）结构没有预留而现凿的孔洞位置出现渗漏；5）新老结构之间，或新建与既有工程接口处，因防水层无法衔接等原因造成的渗漏。2.2变形缝、施工缝、预埋件穿墙管的渗漏 1）变形缝渗漏 变形缝出现渗漏的原因较多：变形缝处止水带就位不准确，或固定不牢靠，在浇注混凝土时，止水带跑偏（应位于结构中部）；结构伸缩变形超过止水带和外附防水层承受的极限，造成防水层断裂、止水带变形；中埋止水带环向接头过多，接头不密实；施工中止水带未采取保护措施，被破坏且无法更换；橡胶止水带采用再生橡胶，材料性能尤其是耐老化性能差，导致止水带过早失效。 2）施工缝渗漏 施工缝出现渗漏的原因主要有三种：施工缝部位混凝土的浇注未按规范进行，接合部位不密实，留有缝隙；施工缝混凝土基面不达标（要求凿毛、干净、涂刷界面剂）；采用的防水措施欠妥当，不能起到止水或阻水作用。 3）预埋件和穿墙管渗漏预埋件和穿墙管处发生渗漏，原因主要有：群管未采用套管；管与结构之间未采用防水加强措施；防水层在管根部位未采用密封收头；管周圈混凝土振捣不密实。3造成地铁渗漏的设计与施工方面的原因 前面分析了地铁渗漏的基本类型，但深挖其渗漏根源，有不少是由于设计与施工方面存在问题而引起的，举例如下。 1）防水施工基面未处理好，不满足规范要求。相关规范要求，防水层施做的基面应平整（D/L≤1/10）、坚实、无明水。图1（左）所示，白色为侧墙防水层外防内贴法施工，其围护结构的基面明显不符合要求；图1（右）所示的桩间网喷混凝土存在空洞，既是淤水的隐患，又无法让防水层粘贴密实。 2）项目由非防水专业施工队伍承担，操作不规范。图2中防水卷材上钉了许多钉，意图是在基面上固定防水卷材，显然这样的操作已破坏防水卷材的整体防水性，钉孔均为渗水通道（绝大多数防水材料本身无穿刺自愈功能，卷材大面严禁钉钉）。 3）施工现场不满足防水作业条件。防水卷材须在无明水条件下施工，但图3所示现场正在施做的底板防水层泡在泥坑中，所采用的冷粘结施工的高分子复合防水卷材搭接无法密实。 4）变形缝处防水止水构件外贴式止水带预留高度不够，造成后期无法连接，迎水面的外贴式止水带防线失去作用（图4）。 5）车站主体结构与附属结构相接的洞口位置预留防水卷材甩头未采取保护措施，已损坏，后期与附属结构的防水层无法实现整体连接（图5）。4地铁防水设计与施工管理的优化4.1地铁工程地下结构应合理设缝 从以往地铁出现渗漏的现场看，渗漏多出现在缝的部位，包括：变形缝、施工缝、诱导缝、后浇带、接口缝（如车站主体与附属结构接口、车站与区间接口）、盾构隧道管片拼装的环纵缝等。地铁工程地下结构面临温度、施工、沉降、地震等诸多因素，缝是避免不了的，设计应该做的是尽量合理设缝。 所谓合理设缝，是指设缝应遵循以下一些原则：地质变化明显处需设缝；结构体量相差明显处需设缝；结构有显著沉降差的地段需设缝；结构超长，为适应温度变化需设缝；为适应施工进度需分段设置施工缝。 总起来说：现浇结构施工缝设置宜密，以10～20m为宜；变形缝宜疏，尤其是地铁车站本体，凡标准站，可不设；原则上地铁轨行区不允许设沉降缝；缝的设计应便于施工。 以隧道与车站结构为例，缝的设置需掌握以下原则：1）暗挖施工的区间隧道，环向施工缝是根据模板台车的间距来设置的，设计应根据现场施工要求，在满足功能前提下适当将台车间距调整到10~12m，避免施工缝过密设置，造成渗漏隐患。2）地下明挖车站可采取设置诱导缝或后浇带的方式，避免车站主体结构纵向设置明缝（变形缝）；诱导缝可采取在缝部位设置抗剪筋的方式；设置后浇带可综合考虑采取大体积混凝土浇筑来实现减缝目的。4.2缝的防水构造的优化 1）施工缝 一般采用在结构中部设置钢边橡胶止水带（或钢板腻子止水带、镀锌钢板止水带、预埋注浆管中的一种）和遇水膨胀止水胶、膨润土遇水膨胀止水条等。从防水效果和施工质量可控性及耐久性考虑，应优先采用钢边橡胶止水带。对盖挖逆作的结构板下缝、车站与区间接口、车站主体结构与附属结构接口、盾构后浇环梁等无法设置钢边橡胶止水带的缝与接口，可采取双道遇水膨胀止水胶+全断面注浆管的防水措施。施工缝表面的浮浆及杂物应予清除，并涂刷水泥基渗透结晶防水涂料（1.5kg/m2），及时浇灌混凝土。 2）变形缝、诱导缝 地铁工程地下结构设计中，变形缝、诱导缝一般整环设置中孔型中埋式钢边橡胶止水带，侧墙和底板变形缝设置外贴式橡胶止水带。变形缝背水面缝内整环采用聚硫橡胶密封胶或聚氨酯密封胶进行嵌缝密封，嵌缝深度与缝宽同；变形缝内应充填防水嵌缝材料，可采用沥青木丝板或挤塑板。变形缝迎水面应增设防水加强层。顶板和侧墙变形缝部位结构内表面预留3cm×30cm的凹槽，设置板厚1mm的不锈钢接水盒。 3）后浇带 后浇带部位须等混凝土到达龄期后采用微膨胀补偿收缩防水混凝土浇注，其强度等级不得小于相邻两侧的混凝土。后浇带部位混凝土迎水面须设置卷材加强层和外贴式止水带；结构断面中部设置预埋注浆管和遇水膨胀止水胶（或钢板腻子止水带）；后浇带部位在预留龄期内需要采取临时保护措施，在浇注混凝土前须清理落入的杂物，以保证混凝土浇注密实。 4）缝的防水优化设计注意事项 ①在结构中部设置钢边橡胶止水带，通过实际工程观察可视为目前较好的措施。但应注意的问题是：止水带需固定牢固，以免在混凝土浇筑和振捣时跑偏失去防水效果；连接部位应优选现场硫化方式接头，以保证其整体性、密闭性。 ②从造价优化上考虑，可在环向采用钢边橡胶止水带；纵向水平缝采用镀锌钢板止水带；环纵向交接处，环向钢边橡胶止水带连续，纵向断开，镀锌钢板与钢边焊接固定。这样的设计，施工操作简单，比橡胶的热硫化接头好处理。 ③近年来，全段面注浆管与遇水膨胀止水胶应用越来越多，要使其发挥出最大的功效，一定要注意注浆管类型的选择；多次注浆管仅针对浆液采用丙烯酸盐类而设计。4.3防水选材的优化 一般要求地下结构的外加辅助防水层应不窜水，应与混凝土结构同寿命，与主体结构、岩土（也应包括初期支护结构等）共同形成能承受各种荷载的耐久性整体；经合理设计，切实确保变形止水材料在施工和运营过程中始终处于弹性工作状态。因此，要求选用的防水材料与结构工法相匹配，并且具备环保、耐久、施工简便、成品保护简单、适应当地气候环境条件等特性。 1）市场上防水材料种类繁多，一般地铁中常用的主要有：用于明挖法施工的SBS改性沥青防水卷材、天然钠基膨润土防水毯、自粘防水卷材系列、聚乙烯丙纶复合高分子防水片材、聚氨酯涂料等；用于暗挖法施工，在初衬与二衬之间设置的EVA、ECB、PVC、LDPE等卷材。特殊隧道，可采用预铺式高分子自粘防水卷材，实现与二衬混凝土密实满粘。 2）自粘防水卷材在地下防水工程中的应用越来越广泛，随着相关标准的制定，不但将此类材料细化，使其满足不同结构工法的防水需求，也使材料检测规范化，便于质量控制。但是，实际工程中和图纸审查中发现，几种自粘类材料使用未与结构工法匹配。如预铺/湿铺防水卷材在GB/T23457—2009中分为高分子P类和沥青基PY类，主要用于有围护结构的复合墙形式的防水，侧墙防水层预铺于围护结构上，当侧墙混凝土浇筑后，能与卷材发生化学反应实现满粘，属于“外防内贴法施工”。错误的情况是，通常采用后贴法施工的自粘聚合物改性沥青防水卷材（GB/T23441—2009）也被用于“外防内贴”法防水，实际上无法达到“反粘”后浇注混凝土的作用，产生渗漏与窜水的隐患。 3）聚氨酯防水涂料（单组分、双组分）主要用于明挖车站的顶板防水，可以实现无缝施工，最大限度地减少了防水薄弱点，特别是在顶板返梁、结构穿管、非规则结构部位，防水质量更易保证。但聚氨酯防水涂料也存在弱点：需多遍涂刷，固化时间较长，对工期不利；冬季低温无法施工；雨季频繁的南方，基面潮湿无法满足施工条件。因此，聚氨酯防水涂料应有选择地使用。 4）防水材料的选择应讲究“量体裁衣”。在寒冷城市，需解决冬施问题；在南方地区，需解决雨季施工问题。这两方面问题，都可采用非固化橡化沥青防水涂料或液体橡胶涂料予以解决。 5）尽量采用涂料+卷材的搭配形式，既实现无缝施工，又保证了防水层的耐刺破能力。如，高温的南方，顶板混凝土因为温度的原因，收缩裂缝增加，可选用高渗透改性环氧树脂涂料（修复细小裂缝）+后贴法施工的自粘卷材，或其他冷粘施工的防水卷材。冬施或雨季施工，可采用非固化橡化沥青防水涂料+聚乙烯丙纶复合防水卷材或其他卷材。总之，材料选择上一定要根据当地的气候条件，避免耽误工期和影响防水质量。4.4加强防水施工管理 地铁工程出现大面积渗漏，有时与防水施工管理、质量验收存在漏洞紧密相关。 1）材料抽检未严格按规程进行。按照要求，防水材料在进场后施工前需“三方见证”抽检并合格后方可施工。经常出现的问题是，材料供应商自己送样检测，没有监督；送检报告上的材料名称与设计施工图不符；检测项目不全，未按规范与图纸要求做全项检测，遗漏和防水工程质量直接相关的检测项目，如预铺防水卷材，缺检“卷材与后浇注混凝土粘结强度”的相关指标，无法证明卷材能与结构密实反粘。 2）不做分步（项）验收项。按照规范要求，防水层施做基面需要单独验收并合格方可进行防水层施工。像图1的基面根本没有满足平整、坚实的要求，存在渗漏隐患。顶板防水层及保护层施工完毕应分别做连续洒水或蓄水实验，但实际竣工验收时很难看到这样的记录资料。 3）非专业施工队施工。施工工人没有经过专业培训即上岗作业，对防水材料施工工艺了解不清，施工随意性大，质量难以保证。 4）成品保护不够。无防水成品保护措施，包括留槎部位、大面防水层部位、细部防水构件如止水带等临时保护措施。在暗挖法施工的隧道，经常发现因钢筋焊接火花烧坏防水板的情况出现。5结语 地铁是百年工程，应加强和重视结构自防水，增加混凝土的密实性和防腐性。地