深圳地鐵科學館站防水施工技術摘要:通過深圳地鐵科學館站的工程實例,介紹了地鐵車站針對圍護結構及結構主體內、外不同的防水要求,采取多種防水方式,并介紹了其施工技術。該工程取得了良好的防水效果,達到國家地下工程防水標準。為其他地鐵車站成功防水提供了經驗。關鍵詞:地鐵車站防水施工技術1工程概況 深圳地鐵科學館站位于上步路與松嶺路之間,深南中路行車道下方,外包總長222.5m,外包寬度18.7m,埋深2.55~3.65m,最大開挖深度16.7m,車站主體為雙層雙跨(局部三跨)現澆鋼筋混凝土框架結構,雙線島式站臺,車站主體、出入口通道為一級防水,風道為二級防水。 科學館站地層從上到下依次為人工堆積層(Q4ml),第四系殘積層(Qel),燕山期花崗巖(r53),地下水為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。深圳地區氣候濕潤,雨量充沛,地下水豐富、水量大、壓力高,滲透快是影響科學館站滲漏的主要因素。2地鐵車站防水技術 深圳地鐵科學館站防水體系由圍護結構防水、結構外防水、結構內防水組成。圖1為車站主體結構防水橫剖面圖。
2.1圍護結構防水 圍護結構防水由挖孔咬合樁、樁間止水、樁基面防水和樁間滲漏水治理組成。 1)科學館站采用φ1200mm密排人工挖孔樁咬合防水,咬合樁樁身相切,護壁咬合,樁身為C25S8防水鋼筋混凝土,護壁為C20混凝土,厚15cm,車站主體與出入口通道及風道拐角處采用橢圓形人工挖孔咬合樁。 2)先施工I序樁(與III序樁相接處綁有泡沫),再施工II序樁(與III序樁相接處綁有泡沫),最后施工III序樁。III序樁開挖時,同時鑿除相鄰“I、II”序樁上綁扎的泡沫,且使凹槽順直,并在凹槽內安設兩條20mm×30mm的BW-96型緩膨型橡膠止水條,間距150mm,用鋼釘固定。 3)樁基面首先人工鑿除樁身護壁,然后模筑150mm厚C15細石混凝土,涂刷滲透結晶型防水涂料PQ-200進行防水處理。施工時,受中間鋼支撐的限制,將模筑細石混凝土改為130mm厚同等級噴射混凝土和20mmEVA砂漿找平層。 4)由于樁身不咬合、樁間混凝土不密實、樁間止水條膨脹失效、鋼筋接駁器安放位置不正確等諸多原因,站臺層樁間滲漏水較為普遍,采用水不漏剛性速凝材料止水效果理想。2.2結構主體外防水 地鐵科學館站由PVC復合防水板半包防水、雙組份聚氨酯涂料柔性防水、C15細石混凝土剛性防水組成結構主體外防水體系。 1)車站底板采取PVC復合防水板半包防水,復合防水板采用雙焊縫無釘冷風熱合技術,由2mm厚PVC板和雙層400g/m2無紡布組成,PVC板起隔水作用,無紡布起緩沖和導水作用。 2)車站頂板采用雙組份聚氨酯涂料作為外防水材料。該涂料由A、B兩組份組成,按體積比A：B=1：2的比例將B組份摻入到A組份中。對頂板與圍護樁之間1200mm范圍內,在涂刷完第三遍聚氨酯涂料終凝前,鋪設三油一丙自黏性防水卷材,用鋼抹子刮平、壓實、密貼,并用120磚墻壓邊,要求防水層表面平整,不得有漏涂、翹邊、開口、空鼓等現象。雙組份聚氨酯涂料終凝3d后,用高壓風沖冼干凈,灌注C20細石混凝土保護層,厚80mm,采用泵送商品混凝土,掛線攤鋪,平板振搗器振搗密實,10mm鋁合金直尺刮平,人工收光,蓄水養生14d。2.3結構主體內防水 地鐵科學館站以結構自防水為主,由防水鋼筋混凝土、二襯壁后回填注漿、水平及豎向施工縫防水處理組成結構主體內防水體系。2.3.1防水鋼筋混凝土施工技術 地鐵科學館站主體底板、側墻采用C30S12防水鋼筋混凝土,頂板、中板、出入口通道、風道采用C30S8防水鋼筋混凝土。 1)防水混凝土施工配合比選定:防水鋼筋混凝土采用商品混凝土。水灰比控制在0.5左右,但不大于0.55;水泥用量不大于280kg/m3;為了防止混凝土干縮開裂,在防水混凝土內摻加優質高效VEA膨脹劑,具有含堿量低(不大于0.75%),早期膨脹大,強度高,干縮應力小,塌落度損失小,收縮落差小等優點。混凝土細骨料采用中粗砂,砂率為35%,粗骨料最大粒徑不大于40mm,含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%。高性能粉煤灰或礦碴等其他活性物質,粉煤灰的級別不低于二級,摻入量不小于水泥用量的20%,其含碳量應低于3%。 2)防水混凝土運輸:防水鋼筋混凝土采用泵送混凝土。商品混凝土使用混凝土攪拌運輸車運輸,為防失水,在工地配備與混凝土同成分的水泥砂漿。泵送前,先用同成分水泥砂漿潤滑輸送管壁,要求輸送管線順直,轉彎平緩,接頭嚴實,以防堵管和漏漿。 3)防水鋼筋混凝土澆注:采取分段、分層、對稱灌注。施工時嚴格控制水灰比和塌落度,一般塌落度控制在100～120mm,不得超過140mm。人工攤鋪,插入式搗固器振搗密實。嚴禁混凝土在運輸和灌注過程中外加生水或添加劑。 4)防水鋼筋混凝土養護:混凝土終凝后,開始噴水養護3d,每天不得少于8次,以后蓄水或覆蓋養生14d。2.3.2二襯壁后回填注漿防水施工技術 科學館站二襯壁后回填注漿,按照從低到高、先無水后有水、逐孔注漿的原則,采取縱向擠密式多序注漿技術。 1)二襯壁后回填注漿順序確定:注漿孔的孔序為:I是奇數排的奇數孔;II是偶數排的偶數孔;III是奇數排的偶數孔;IV是偶數排的偶數孔。注漿時,按照I、II、III、IV注漿孔布置順序(見圖2),由低到高逐孔注漿。根據現場壓漿試驗,注第1排I號注漿孔時,打開后面30～35m第7排I號注漿孔,作為第1排注漿時的排氣、排水孔,有利于水泥漿帶壓充填,注第3排I號孔時,打開第9排的注漿孔,依次類推。 2)清孔、壓水、壓氣檢查:逐孔檢查二襯預埋注漿孔,清除注漿孔內充填物,確保注漿孔通暢。然后進行壓水、壓氣,檢查灌漿設備和管路運轉情況,疏通裂縫,進一步選定灌漿參數。壓水時可采用顏色水或肥皂水,以便于觀察裂縫漏水和貫通情況,記錄各滲漏點漏水情況,漿液凝膠時間可參照從開始壓水到距注漿孔最后一個出現顏色水的間隔時間確定。壓水或壓氣時壓力維持在0.3~0.4MPa。 3)二襯壁后回填注漿漿液的選擇:對無水區采用單液水泥漿,注漿濃度(0.8:1)~(0.6:1);對多水區采用水泥- 水玻璃雙液漿,濃度一般控制在20~25Be(波美度)。 4)注漿壓力的選擇與控制:二襯壁后回填注漿采取分級升壓法,先以1~1.5MPa進行試壓。如吸漿量較大或出漿壓力很小時,工作壓力調至1.5~2.5MPa;當出漿壓力為0.3~0.5MPa時,壓力維持10min,即可終止注漿。5)凝結時間的確定:凝結時間與滲水量大小、水的流速、混凝土裂縫大小、深度、混凝土壁厚等因素有關。水泥-水玻璃漿液凝結時間,根據現場實際情況確定。一般在無外漏的細小裂縫中灌漿,漿液凝結時間要大于試水時間;在有外漏、混凝土壁厚較小的情況下,漿液凝結時間要小于試水時間。6)漿液注入量Q的確定:一般根據漿液擴散半徑及混凝土裂隙率進行粗略估算。Q=3.14r2Hηβ(m3) 式中:r為漿液擴散半徑,m;H為壓漿段長度,m;η為混凝土裂隙率,一般取0.2%~1%;β為漿液在裂隙內的充填系數,取0.3~0.9。 二襯壁后回填注漿采用注漿壓力控制注漿量,盡量一次性注滿。 7)二襯壁后回填注漿結束標準:注漿壓力達到設計終壓,出漿壓力達0.3~0.5MPa,對水泥-水玻璃雙液漿的吸漿量為50L/min;對單液水泥漿為20L/min。穩定10min即結束注漿。 在正常的情況下,一般采用定壓注漿。當注漿壓力達到設計終壓時結束注漿,而當壓力接近終壓或達到終壓的80%時,如出現較大的跑漿,經間歇注漿后,達到或接近終壓時結束注漿。2.3.3施工縫防水處理施工技術 1)車站橫向施工縫采用鋼邊橡膠止水帶止水。先將鋼邊止水帶按設計要求安放在內襯墻厚度H的1/2處(見圖3),利用鋼邊橡膠止水帶兩邊的安裝孔,用鐵絲將鋼邊橡膠止水帶與鋼筋捆扎定位。鋼邊橡膠止水帶定位應兩邊外側高于中間橡膠止水帶成U字形。定位水平段止水帶兩翼也可以用φ6mm短鋼筋與安裝孔綁扎牢固。施工時用人工將止水帶側翼上翹達到排除汽泡的目的。 鋼邊橡膠止水帶采用對接接頭施工方法。先用502膠水將鋼邊止水帶橡膠部位黏結,在黏結后的上、下部位用寬30mm、厚1.5mm左右的橡膠薄片黏結。然后,預制兩塊鋼板等距鉆孔φ3.5mm,止水帶兩邊兩鋼板按預制鋼板鉆孔φ3.5mm,用鉚釘將兩端鋼板及預制鋼板連接鉚住。2)車站縱向施工縫防水構造圖見圖4,H為混凝土內襯墻厚度。采取在二襯混凝土厚度內埋入二道緩膨膩子型遇水膨脹止水條,其寬×高為30mm×20mm。二襯混凝土先澆段施工時,預埋35mm×25mmPVC膩子盒或方木條;后澆段二襯混凝土灌注前,先用鋼刷清理接縫表面,并用高壓水或風沖洗使混凝土易產生收縮裂紋、受力裂縫。為此,箱體側墻混凝土的澆筑及養生采取如下措施:(1)在混凝土中摻入一定劑量的散熱劑;(2)混凝土澆筑時間應選擇在當天溫度較低時進行,且底板和側墻澆筑溫度應力求一致;(3)適當減小側墻分布鋼筋直徑,增大密度;(4)增加混凝土澆筑后的澆水養生頻率。4質量標準 圍護結構和主體結構施工質量標準遵照《市政工程施工及驗收的技術規程》、《地基與基礎工程施工及驗收規范》及《上海市地基基礎設計規范》中有關條文。5安全措施 1)圍護樁強度達到設計值后方可進行基坑開挖。 2)土方開挖應自上而下逐層放坡開挖,及時支護,做到隨挖隨撐。 3)做好施工監控,布置垂直觀測點和側向變形觀測點,定期監測,及時分析并指導施工,確保周邊建筑物、地下管線安全和工程質量。6施工效益分析 新華路改建工程采用SMW圍護體作為外模的施工工藝,實踐證明是可行的,盡管該工藝增加了部分施工工序難度,但提高了社會、經濟效益。1)該工藝縮小了基坑開挖寬度,施工占地面積縮小近一半,減少拆遷近1/3。2)基坑開挖寬度的減小,增強了圍護體的可靠性。減少對周邊建筑及地下管線的不良影響,節省了保護、保修的費用。3)減少土方的開挖及回填數量,降低工程造價。4)用圍護結構代替主體結構施工外模,大大降低了工程的材料成本。5)縮短工期,盡早恢復路面交通,減少對周邊的環境影響,提高了社會效益。
2.1圍護結構防水 圍護結構防水由挖孔咬合樁、樁間止水、樁基面防水和樁間滲漏水治理組成。 1)科學館站采用φ1200mm密排人工挖孔樁咬合防水,咬合樁樁身相切,護壁咬合,樁身為C25S8防水鋼筋混凝土,護壁為C20混凝土,厚15cm,車站主體與出入口通道及風道拐角處采用橢圓形人工挖孔咬合樁。 2)先施工I序樁(與III序樁相接處綁有泡沫),再施工II序樁(與III序樁相接處綁有泡沫),最后施工III序樁。III序樁開挖時,同時鑿除相鄰“I、II”序樁上綁扎的泡沫,且使凹槽順直,并在凹槽內安設兩條20mm×30mm的BW-96型緩膨型橡膠止水條,間距150mm,用鋼釘固定。 3)樁基面首先人工鑿除樁身護壁,然后模筑150mm厚C15細石混凝土,涂刷滲透結晶型防水涂料PQ-200進行防水處理。施工時,受中間鋼支撐的限制,將模筑細石混凝土改為130mm厚同等級噴射混凝土和20mmEVA砂漿找平層。 4)由于樁身不咬合、樁間混凝土不密實、樁間止水條膨脹失效、鋼筋接駁器安放位置不正確等諸多原因,站臺層樁間滲漏水較為普遍,采用水不漏剛性速凝材料止水效果理想。2.2結構主體外防水 地鐵科學館站由PVC復合防水板半包防水、雙組份聚氨酯涂料柔性防水、C15細石混凝土剛性防水組成結構主體外防水體系。 1)車站底板采取PVC復合防水板半包防水,復合防水板采用雙焊縫無釘冷風熱合技術,由2mm厚PVC板和雙層400g/m2無紡布組成,PVC板起隔水作用,無紡布起緩沖和導水作用。 2)車站頂板采用雙組份聚氨酯涂料作為外防水材料。該涂料由A、B兩組份組成,按體積比A：B=1：2的比例將B組份摻入到A組份中。對頂板與圍護樁之間1200mm范圍內,在涂刷完第三遍聚氨酯涂料終凝前,鋪設三油一丙自黏性防水卷材,用鋼抹子刮平、壓實、密貼,并用120磚墻壓邊,要求防水層表面平整,不得有漏涂、翹邊、開口、空鼓等現象。雙組份聚氨酯涂料終凝3d后,用高壓風沖冼干凈,灌注C20細石混凝土保護層,厚80mm,采用泵送商品混凝土,掛線攤鋪,平板振搗器振搗密實,10mm鋁合金直尺刮平,人工收光,蓄水養生14d。2.3結構主體內防水 地鐵科學館站以結構自防水為主,由防水鋼筋混凝土、二襯壁后回填注漿、水平及豎向施工縫防水處理組成結構主體內防水體系。2.3.1防水鋼筋混凝土施工技術 地鐵科學館站主體底板、側墻采用C30S12防水鋼筋混凝土,頂板、中板、出入口通道、風道采用C30S8防水鋼筋混凝土。 1)防水混凝土施工配合比選定:防水鋼筋混凝土采用商品混凝土。水灰比控制在0.5左右,但不大于0.55;水泥用量不大于280kg/m3;為了防止混凝土干縮開裂,在防水混凝土內摻加優質高效VEA膨脹劑,具有含堿量低(不大于0.75%),早期膨脹大,強度高,干縮應力小,塌落度損失小,收縮落差小等優點。混凝土細骨料采用中粗砂,砂率為35%,粗骨料最大粒徑不大于40mm,含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%。高性能粉煤灰或礦碴等其他活性物質,粉煤灰的級別不低于二級,摻入量不小于水泥用量的20%,其含碳量應低于3%。 2)防水混凝土運輸:防水鋼筋混凝土采用泵送混凝土。商品混凝土使用混凝土攪拌運輸車運輸,為防失水,在工地配備與混凝土同成分的水泥砂漿。泵送前,先用同成分水泥砂漿潤滑輸送管壁,要求輸送管線順直,轉彎平緩,接頭嚴實,以防堵管和漏漿。 3)防水鋼筋混凝土澆注:采取分段、分層、對稱灌注。施工時嚴格控制水灰比和塌落度,一般塌落度控制在100～120mm,不得超過140mm。人工攤鋪,插入式搗固器振搗密實。嚴禁混凝土在運輸和灌注過程中外加生水或添加劑。 4)防水鋼筋混凝土養護:混凝土終凝后,開始噴水養護3d,每天不得少于8次,以后蓄水或覆蓋養生14d。2.3.2二襯壁后回填注漿防水施工技術 科學館站二襯壁后回填注漿,按照從低到高、先無水后有水、逐孔注漿的原則,采取縱向擠密式多序注漿技術。 1)二襯壁后回填注漿順序確定:注漿孔的孔序為:I是奇數排的奇數孔;II是偶數排的偶數孔;III是奇數排的偶數孔;IV是偶數排的偶數孔。注漿時,按照I、II、III、IV注漿孔布置順序(見圖2),由低到高逐孔注漿。根據現場壓漿試驗,注第1排I號注漿孔時,打開后面30～35m第7排I號注漿孔,作為第1排注漿時的排氣、排水孔,有利于水泥漿帶壓充填,注第3排I號孔時,打開第9排的注漿孔,依次類推。 2)清孔、壓水、壓氣檢查:逐孔檢查二襯預埋注漿孔,清除注漿孔內充填物,確保注漿孔通暢。然后進行壓水、壓氣,檢查灌漿設備和管路運轉情況,疏通裂縫,進一步選定灌漿參數。壓水時可采用顏色水或肥皂水,以便于觀察裂縫漏水和貫通情況,記錄各滲漏點漏水情況,漿液凝膠時間可參照從開始壓水到距注漿孔最后一個出現顏色水的間隔時間確定。壓水或壓氣時壓力維持在0.3~0.4MPa。 3)二襯壁后回填注漿漿液的選擇:對無水區采用單液水泥漿,注漿濃度(0.8:1)~(0.6:1);對多水區采用水泥- 水玻璃雙液漿,濃度一般控制在20~25Be(波美度)。 4)注漿壓力的選擇與控制:二襯壁后回填注漿采取分級升壓法,先以1~1.5MPa進行試壓。如吸漿量較大或出漿壓力很小時,工作壓力調至1.5~2.5MPa;當出漿壓力為0.3~0.5MPa時,壓力維持10min,即可終止注漿。5)凝結時間的確定:凝結時間與滲水量大小、水的流速、混凝土裂縫大小、深度、混凝土壁厚等因素有關。水泥-水玻璃漿液凝結時間,根據現場實際情況確定。一般在無外漏的細小裂縫中灌漿,漿液凝結時間要大于試水時間;在有外漏、混凝土壁厚較小的情況下,漿液凝結時間要小于試水時間。6)漿液注入量Q的確定:一般根據漿液擴散半徑及混凝土裂隙率進行粗略估算。Q=3.14r2Hηβ(m3) 式中:r為漿液擴散半徑,m;H為壓漿段長度,m;η為混凝土裂隙率,一般取0.2%~1%;β為漿液在裂隙內的充填系數,取0.3~0.9。 二襯壁后回填注漿采用注漿壓力控制注漿量,盡量一次性注滿。 7)二襯壁后回填注漿結束標準:注漿壓力達到設計終壓,出漿壓力達0.3~0.5MPa,對水泥-水玻璃雙液漿的吸漿量為50L/min;對單液水泥漿為20L/min。穩定10min即結束注漿。 在正常的情況下,一般采用定壓注漿。當注漿壓力達到設計終壓時結束注漿,而當壓力接近終壓或達到終壓的80%時,如出現較大的跑漿,經間歇注漿后,達到或接近終壓時結束注漿。2.3.3施工縫防水處理施工技術 1)車站橫向施工縫采用鋼邊橡膠止水帶止水。先將鋼邊止水帶按設計要求安放在內襯墻厚度H的1/2處(見圖3),利用鋼邊橡膠止水帶兩邊的安裝孔,用鐵絲將鋼邊橡膠止水帶與鋼筋捆扎定位。鋼邊橡膠止水帶定位應兩邊外側高于中間橡膠止水帶成U字形。定位水平段止水帶兩翼也可以用φ6mm短鋼筋與安裝孔綁扎牢固。施工時用人工將止水帶側翼上翹達到排除汽泡的目的。 鋼邊橡膠止水帶采用對接接頭施工方法。先用502膠水將鋼邊止水帶橡膠部位黏結,在黏結后的上、下部位用寬30mm、厚1.5mm左右的橡膠薄片黏結。然后,預制兩塊鋼板等距鉆孔φ3.5mm,止水帶兩邊兩鋼板按預制鋼板鉆孔φ3.5mm,用鉚釘將兩端鋼板及預制鋼板連接鉚住。2)車站縱向施工縫防水構造圖見圖4,H為混凝土內襯墻厚度。采取在二襯混凝土厚度內埋入二道緩膨膩子型遇水膨脹止水條,其寬×高為30mm×20mm。二襯混凝土先澆段施工時,預埋35mm×25mmPVC膩子盒或方木條;后澆段二襯混凝土灌注前,先用鋼刷清理接縫表面,并用高壓水或風沖洗使混凝土易產生收縮裂紋、受力裂縫。為此,箱體側墻混凝土的澆筑及養生采取如下措施:(1)在混凝土中摻入一定劑量的散熱劑;(2)混凝土澆筑時間應選擇在當天溫度較低時進行,且底板和側墻澆筑溫度應力求一致;(3)適當減小側墻分布鋼筋直徑,增大密度;(4)增加混凝土澆筑后的澆水養生頻率。4質量標準 圍護結構和主體結構施工質量標準遵照《市政工程施工及驗收的技術規程》、《地基與基礎工程施工及驗收規范》及《上海市地基基礎設計規范》中有關條文。5安全措施 1)圍護樁強度達到設計值后方可進行基坑開挖。 2)土方開挖應自上而下逐層放坡開挖,及時支護,做到隨挖隨撐。 3)做好施工監控,布置垂直觀測點和側向變形觀測點,定期監測,及時分析并指導施工,確保周邊建筑物、地下管線安全和工程質量。6施工效益分析 新華路改建工程采用SMW圍護體作為外模的施工工藝,實踐證明是可行的,盡管該工藝增加了部分施工工序難度,但提高了社會、經濟效益。1)該工藝縮小了基坑開挖寬度,施工占地面積縮小近一半,減少拆遷近1/3。2)基坑開挖寬度的減小,增強了圍護體的可靠性。減少對周邊建筑及地下管線的不良影響,節省了保護、保修的費用。3)減少土方的開挖及回填數量,降低工程造價。4)用圍護結構代替主體結構施工外模,大大降低了工程的材料成本。5)縮短工期,盡早恢復路面交通,減少對周邊的環境影響,提高了社會效益。