深圳地铁科学馆站防水施工技术摘要:通过深圳地铁科学馆站的工程实例,介绍了地铁车站针对围护结构及结构主体内、外不同的防水要求,采取多种防水方式,并介绍了其施工技术。该工程取得了良好的防水效果,达到国家地下工程防水标准。为其他地铁车站成功防水提供了经验。关键词:地铁车站防水施工技术1工程概况 深圳地铁科学馆站位于上步路与松岭路之间,深南中路行车道下方,外包总长222.5m,外包宽度18.7m,埋深2.55~3.65m,最大开挖深度16.7m,车站主体为双层双跨(局部三跨)现浇钢筋混凝土框架结构,双线岛式站台,车站主体、出入口通道为一级防水,风道为二级防水。 科学馆站地层从上到下依次为人工堆积层(Q4ml),第四系残积层(Qel),燕山期花岗岩(r53),地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。深圳地区气候湿润,雨量充沛,地下水丰富、水量大、压力高,渗透快是影响科学馆站渗漏的主要因素。2地铁车站防水技术 深圳地铁科学馆站防水体系由围护结构防水、结构外防水、结构内防水组成。图1为车站主体结构防水横剖面图。
2.1围护结构防水 围护结构防水由挖孔咬合桩、桩间止水、桩基面防水和桩间渗漏水治理组成。 1)科学馆站采用φ1200mm密排人工挖孔桩咬合防水,咬合桩桩身相切,护壁咬合,桩身为C25S8防水钢筋混凝土,护壁为C20混凝土,厚15cm,车站主体与出入口通道及风道拐角处采用椭圆形人工挖孔咬合桩。 2)先施工I序桩(与III序桩相接处绑有泡沫),再施工II序桩(与III序桩相接处绑有泡沫),最后施工III序桩。III序桩开挖时,同时凿除相邻“I、II”序桩上绑扎的泡沫,且使凹槽顺直,并在凹槽内安设两条20mm×30mm的BW-96型缓膨型橡胶止水条,间距150mm,用钢钉固定。 3)桩基面首先人工凿除桩身护壁,然后模筑150mm厚C15细石混凝土,涂刷渗透结晶型防水涂料PQ-200进行防水处理。施工时,受中间钢支撑的限制,将模筑细石混凝土改为130mm厚同等级喷射混凝土和20mmEVA砂浆找平层。 4)由于桩身不咬合、桩间混凝土不密实、桩间止水条膨胀失效、钢筋接驳器安放位置不正确等诸多原因,站台层桩间渗漏水较为普遍,采用水不漏刚性速凝材料止水效果理想。2.2结构主体外防水 地铁科学馆站由PVC复合防水板半包防水、双组份聚氨酯涂料柔性防水、C15细石混凝土刚性防水组成结构主体外防水体系。 1)车站底板采取PVC复合防水板半包防水,复合防水板采用双焊缝无钉冷风热合技术,由2mm厚PVC板和双层400g/m2无纺布组成,PVC板起隔水作用,无纺布起缓冲和导水作用。 2)车站顶板采用双组份聚氨酯涂料作为外防水材料。该涂料由A、B两组份组成,按体积比A：B=1：2的比例将B组份掺入到A组份中。对顶板与围护桩之间1200mm范围内,在涂刷完第三遍聚氨酯涂料终凝前,铺设三油一丙自黏性防水卷材,用钢抹子刮平、压实、密贴,并用120砖墙压边,要求防水层表面平整,不得有漏涂、翘边、开口、空鼓等现象。双组份聚氨酯涂料终凝3d后,用高压风冲冼干净,灌注C20细石混凝土保护层,厚80mm,采用泵送商品混凝土,挂线摊铺,平板振捣器振捣密实,10mm铝合金直尺刮平,人工收光,蓄水养生14d。2.3结构主体内防水 地铁科学馆站以结构自防水为主,由防水钢筋混凝土、二衬壁后回填注浆、水平及竖向施工缝防水处理组成结构主体内防水体系。2.3.1防水钢筋混凝土施工技术 地铁科学馆站主体底板、侧墙采用C30S12防水钢筋混凝土,顶板、中板、出入口通道、风道采用C30S8防水钢筋混凝土。 1)防水混凝土施工配合比选定:防水钢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;为了防止混凝土干缩开裂,在防水混凝土内掺加优质高效VEA膨胀剂,具有含碱量低(不大于0.75%),早期膨胀大,强度高,干缩应力小,塌落度损失小,收缩落差小等优点。混凝土细骨料采用中粗砂,砂率为35%,粗骨料最大粒径不大于40mm,含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%。高性能粉煤灰或矿碴等其他活性物质,粉煤灰的级别不低于二级,掺入量不小于水泥用量的20%,其含碳量应低于3%。 2)防水混凝土运输:防水钢筋混凝土采用泵送混凝土。商品混凝土使用混凝土搅拌运输车运输,为防失水,在工地配备与混凝土同成分的水泥砂浆。泵送前,先用同成分水泥砂浆润滑输送管壁,要求输送管线顺直,转弯平缓,接头严实,以防堵管和漏浆。 3)防水钢筋混凝土浇注:采取分段、分层、对称灌注。施工时严格控制水灰比和塌落度,一般塌落度控制在100～120mm,不得超过140mm。人工摊铺,插入式捣固器振捣密实。严禁混凝土在运输和灌注过程中外加生水或添加剂。 4)防水钢筋混凝土养护:混凝土终凝后,开始喷水养护3d,每天不得少于8次,以后蓄水或覆盖养生14d。2.3.2二衬壁后回填注浆防水施工技术 科学馆站二衬壁后回填注浆,按照从低到高、先无水后有水、逐孔注浆的原则,采取纵向挤密式多序注浆技术。 1)二衬壁后回填注浆顺序确定:注浆孔的孔序为:I是奇数排的奇数孔;II是偶数排的偶数孔;III是奇数排的偶数孔;IV是偶数排的偶数孔。注浆时,按照I、II、III、IV注浆孔布置顺序(见图2),由低到高逐孔注浆。根据现场压浆试验,注第1排I号注浆孔时,打开后面30～35m第7排I号注浆孔,作为第1排注浆时的排气、排水孔,有利于水泥浆带压充填,注第3排I号孔时,打开第9排的注浆孔,依次类推。 2)清孔、压水、压气检查:逐孔检查二衬预埋注浆孔,清除注浆孔内充填物,确保注浆孔通畅。然后进行压水、压气,检查灌浆设备和管路运转情况,疏通裂缝,进一步选定灌浆参数。压水时可采用颜色水或肥皂水,以便于观察裂缝漏水和贯通情况,记录各渗漏点漏水情况,浆液凝胶时间可参照从开始压水到距注浆孔最后一个出现颜色水的间隔时间确定。压水或压气时压力维持在0.3~0.4MPa。 3)二衬壁后回填注浆浆液的选择:对无水区采用单液水泥浆,注浆浓度(0.8:1)~(0.6:1);对多水区采用水泥- 水玻璃双液浆,浓度一般控制在20~25Be(波美度)。 4)注浆压力的选择与控制:二衬壁后回填注浆采取分级升压法,先以1~1.5MPa进行试压。如吸浆量较大或出浆压力很小时,工作压力调至1.5~2.5MPa;当出浆压力为0.3~0.5MPa时,压力维持10min,即可终止注浆。5)凝结时间的确定:凝结时间与渗水量大小、水的流速、混凝土裂缝大小、深度、混凝土壁厚等因素有关。水泥-水玻璃浆液凝结时间,根据现场实际情况确定。一般在无外漏的细小裂缝中灌浆,浆液凝结时间要大于试水时间;在有外漏、混凝土壁厚较小的情况下,浆液凝结时间要小于试水时间。6)浆液注入量Q的确定:一般根据浆液扩散半径及混凝土裂隙率进行粗略估算。Q=3.14r2Hηβ(m3) 式中:r为浆液扩散半径,m;H为压浆段长度,m;η为混凝土裂隙率,一般取0.2%~1%;β为浆液在裂隙内的充填系数,取0.3~0.9。 二衬壁后回填注浆采用注浆压力控制注浆量,尽量一次性注满。 7)二衬壁后回填注浆结束标准:注浆压力达到设计终压,出浆压力达0.3~0.5MPa,对水泥-水玻璃双液浆的吸浆量为50L/min;对单液水泥浆为20L/min。稳定10min即结束注浆。 在正常的情况下,一般采用定压注浆。当注浆压力达到设计终压时结束注浆,而当压力接近终压或达到终压的80%时,如出现较大的跑浆,经间歇注浆后,达到或接近终压时结束注浆。2.3.3施工缝防水处理施工技术 1)车站横向施工缝采用钢边橡胶止水带止水。先将钢边止水带按设计要求安放在内衬墙厚度H的1/2处(见图3),利用钢边橡胶止水带两边的安装孔,用铁丝将钢边橡胶止水带与钢筋捆扎定位。钢边橡胶止水带定位应两边外侧高于中间橡胶止水带成U字形。定位水平段止水带两翼也可以用φ6mm短钢筋与安装孔绑扎牢固。施工时用人工将止水带侧翼上翘达到排除汽泡的目的。 钢边橡胶止水带采用对接接头施工方法。先用502胶水将钢边止水带橡胶部位黏结,在黏结后的上、下部位用宽30mm、厚1.5mm左右的橡胶薄片黏结。然后,预制两块钢板等距钻孔φ3.5mm,止水带两边两钢板按预制钢板钻孔φ3.5mm,用铆钉将两端钢板及预制钢板连接铆住。2)车站纵向施工缝防水构造图见图4,H为混凝土内衬墙厚度。采取在二衬混凝土厚度内埋入二道缓膨腻子型遇水膨胀止水条,其宽×高为30mm×20mm。二衬混凝土先浇段施工时,预埋35mm×25mmPVC腻子盒或方木条;后浇段二衬混凝土灌注前,先用钢刷清理接缝表面,并用高压水或风冲洗使混凝土易产生收缩裂纹、受力裂缝。为此,箱体侧墙混凝土的浇筑及养生采取如下措施:(1)在混凝土中掺入一定剂量的散热剂;(2)混凝土浇筑时间应选择在当天温度较低时进行,且底板和侧墙浇筑温度应力求一致;(3)适当减小侧墙分布钢筋直径,增大密度;(4)增加混凝土浇筑后的浇水养生频率。4质量标准 围护结构和主体结构施工质量标准遵照《市政工程施工及验收的技术规程》、《地基与基础工程施工及验收规范》及《上海市地基基础设计规范》中有关条文。5安全措施 1)围护桩强度达到设计值后方可进行基坑开挖。 2)土方开挖应自上而下逐层放坡开挖,及时支护,做到随挖随撑。 3)做好施工监控,布置垂直观测点和侧向变形观测点,定期监测,及时分析并指导施工,确保周边建筑物、地下管线安全和工程质量。6施工效益分析 新华路改建工程采用SMW围护体作为外模的施工工艺,实践证明是可行的,尽管该工艺增加了部分施工工序难度,但提高了社会、经济效益。1)该工艺缩小了基坑开挖宽度,施工占地面积缩小近一半,减少拆迁近1/3。2)基坑开挖宽度的减小,增强了围护体的可靠性。减少对周边建筑及地下管线的不良影响,节省了保护、保修的费用。3)减少土方的开挖及回填数量,降低工程造价。4)用围护结构代替主体结构施工外模,大大降低了工程的材料成本。5)缩短工期,尽早恢复路面交通,减少对周边的环境影响,提高了社会效益。
2.1围护结构防水 围护结构防水由挖孔咬合桩、桩间止水、桩基面防水和桩间渗漏水治理组成。 1)科学馆站采用φ1200mm密排人工挖孔桩咬合防水,咬合桩桩身相切,护壁咬合,桩身为C25S8防水钢筋混凝土,护壁为C20混凝土,厚15cm,车站主体与出入口通道及风道拐角处采用椭圆形人工挖孔咬合桩。 2)先施工I序桩(与III序桩相接处绑有泡沫),再施工II序桩(与III序桩相接处绑有泡沫),最后施工III序桩。III序桩开挖时,同时凿除相邻“I、II”序桩上绑扎的泡沫,且使凹槽顺直,并在凹槽内安设两条20mm×30mm的BW-96型缓膨型橡胶止水条,间距150mm,用钢钉固定。 3)桩基面首先人工凿除桩身护壁,然后模筑150mm厚C15细石混凝土,涂刷渗透结晶型防水涂料PQ-200进行防水处理。施工时,受中间钢支撑的限制,将模筑细石混凝土改为130mm厚同等级喷射混凝土和20mmEVA砂浆找平层。 4)由于桩身不咬合、桩间混凝土不密实、桩间止水条膨胀失效、钢筋接驳器安放位置不正确等诸多原因,站台层桩间渗漏水较为普遍,采用水不漏刚性速凝材料止水效果理想。2.2结构主体外防水 地铁科学馆站由PVC复合防水板半包防水、双组份聚氨酯涂料柔性防水、C15细石混凝土刚性防水组成结构主体外防水体系。 1)车站底板采取PVC复合防水板半包防水,复合防水板采用双焊缝无钉冷风热合技术,由2mm厚PVC板和双层400g/m2无纺布组成,PVC板起隔水作用,无纺布起缓冲和导水作用。 2)车站顶板采用双组份聚氨酯涂料作为外防水材料。该涂料由A、B两组份组成,按体积比A：B=1：2的比例将B组份掺入到A组份中。对顶板与围护桩之间1200mm范围内,在涂刷完第三遍聚氨酯涂料终凝前,铺设三油一丙自黏性防水卷材,用钢抹子刮平、压实、密贴,并用120砖墙压边,要求防水层表面平整,不得有漏涂、翘边、开口、空鼓等现象。双组份聚氨酯涂料终凝3d后,用高压风冲冼干净,灌注C20细石混凝土保护层,厚80mm,采用泵送商品混凝土,挂线摊铺,平板振捣器振捣密实,10mm铝合金直尺刮平,人工收光,蓄水养生14d。2.3结构主体内防水 地铁科学馆站以结构自防水为主,由防水钢筋混凝土、二衬壁后回填注浆、水平及竖向施工缝防水处理组成结构主体内防水体系。2.3.1防水钢筋混凝土施工技术 地铁科学馆站主体底板、侧墙采用C30S12防水钢筋混凝土,顶板、中板、出入口通道、风道采用C30S8防水钢筋混凝土。 1)防水混凝土施工配合比选定:防水钢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;为了防止混凝土干缩开裂,在防水混凝土内掺加优质高效VEA膨胀剂,具有含碱量低(不大于0.75%),早期膨胀大,强度高,干缩应力小,塌落度损失小,收缩落差小等优点。混凝土细骨料采用中粗砂,砂率为35%,粗骨料最大粒径不大于40mm,含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%。高性能粉煤灰或矿碴等其他活性物质,粉煤灰的级别不低于二级,掺入量不小于水泥用量的20%,其含碳量应低于3%。 2)防水混凝土运输:防水钢筋混凝土采用泵送混凝土。商品混凝土使用混凝土搅拌运输车运输,为防失水,在工地配备与混凝土同成分的水泥砂浆。泵送前,先用同成分水泥砂浆润滑输送管壁,要求输送管线顺直,转弯平缓,接头严实,以防堵管和漏浆。 3)防水钢筋混凝土浇注:采取分段、分层、对称灌注。施工时严格控制水灰比和塌落度,一般塌落度控制在100～120mm,不得超过140mm。人工摊铺,插入式捣固器振捣密实。严禁混凝土在运输和灌注过程中外加生水或添加剂。 4)防水钢筋混凝土养护:混凝土终凝后,开始喷水养护3d,每天不得少于8次,以后蓄水或覆盖养生14d。2.3.2二衬壁后回填注浆防水施工技术 科学馆站二衬壁后回填注浆,按照从低到高、先无水后有水、逐孔注浆的原则,采取纵向挤密式多序注浆技术。 1)二衬壁后回填注浆顺序确定:注浆孔的孔序为:I是奇数排的奇数孔;II是偶数排的偶数孔;III是奇数排的偶数孔;IV是偶数排的偶数孔。注浆时,按照I、II、III、IV注浆孔布置顺序(见图2),由低到高逐孔注浆。根据现场压浆试验,注第1排I号注浆孔时,打开后面30～35m第7排I号注浆孔,作为第1排注浆时的排气、排水孔,有利于水泥浆带压充填,注第3排I号孔时,打开第9排的注浆孔,依次类推。 2)清孔、压水、压气检查:逐孔检查二衬预埋注浆孔,清除注浆孔内充填物,确保注浆孔通畅。然后进行压水、压气,检查灌浆设备和管路运转情况,疏通裂缝,进一步选定灌浆参数。压水时可采用颜色水或肥皂水,以便于观察裂缝漏水和贯通情况,记录各渗漏点漏水情况,浆液凝胶时间可参照从开始压水到距注浆孔最后一个出现颜色水的间隔时间确定。压水或压气时压力维持在0.3~0.4MPa。 3)二衬壁后回填注浆浆液的选择:对无水区采用单液水泥浆,注浆浓度(0.8:1)~(0.6:1);对多水区采用水泥- 水玻璃双液浆,浓度一般控制在20~25Be(波美度)。 4)注浆压力的选择与控制:二衬壁后回填注浆采取分级升压法,先以1~1.5MPa进行试压。如吸浆量较大或出浆压力很小时,工作压力调至1.5~2.5MPa;当出浆压力为0.3~0.5MPa时,压力维持10min,即可终止注浆。5)凝结时间的确定:凝结时间与渗水量大小、水的流速、混凝土裂缝大小、深度、混凝土壁厚等因素有关。水泥-水玻璃浆液凝结时间,根据现场实际情况确定。一般在无外漏的细小裂缝中灌浆,浆液凝结时间要大于试水时间;在有外漏、混凝土壁厚较小的情况下,浆液凝结时间要小于试水时间。6)浆液注入量Q的确定:一般根据浆液扩散半径及混凝土裂隙率进行粗略估算。Q=3.14r2Hηβ(m3) 式中:r为浆液扩散半径,m;H为压浆段长度,m;η为混凝土裂隙率,一般取0.2%~1%;β为浆液在裂隙内的充填系数,取0.3~0.9。 二衬壁后回填注浆采用注浆压力控制注浆量,尽量一次性注满。 7)二衬壁后回填注浆结束标准:注浆压力达到设计终压,出浆压力达0.3~0.5MPa,对水泥-水玻璃双液浆的吸浆量为50L/min;对单液水泥浆为20L/min。稳定10min即结束注浆。 在正常的情况下,一般采用定压注浆。当注浆压力达到设计终压时结束注浆,而当压力接近终压或达到终压的80%时,如出现较大的跑浆,经间歇注浆后,达到或接近终压时结束注浆。2.3.3施工缝防水处理施工技术 1)车站横向施工缝采用钢边橡胶止水带止水。先将钢边止水带按设计要求安放在内衬墙厚度H的1/2处(见图3),利用钢边橡胶止水带两边的安装孔,用铁丝将钢边橡胶止水带与钢筋捆扎定位。钢边橡胶止水带定位应两边外侧高于中间橡胶止水带成U字形。定位水平段止水带两翼也可以用φ6mm短钢筋与安装孔绑扎牢固。施工时用人工将止水带侧翼上翘达到排除汽泡的目的。 钢边橡胶止水带采用对接接头施工方法。先用502胶水将钢边止水带橡胶部位黏结,在黏结后的上、下部位用宽30mm、厚1.5mm左右的橡胶薄片黏结。然后,预制两块钢板等距钻孔φ3.5mm,止水带两边两钢板按预制钢板钻孔φ3.5mm,用铆钉将两端钢板及预制钢板连接铆住。2)车站纵向施工缝防水构造图见图4,H为混凝土内衬墙厚度。采取在二衬混凝土厚度内埋入二道缓膨腻子型遇水膨胀止水条,其宽×高为30mm×20mm。二衬混凝土先浇段施工时,预埋35mm×25mmPVC腻子盒或方木条;后浇段二衬混凝土灌注前,先用钢刷清理接缝表面,并用高压水或风冲洗使混凝土易产生收缩裂纹、受力裂缝。为此,箱体侧墙混凝土的浇筑及养生采取如下措施:(1)在混凝土中掺入一定剂量的散热剂;(2)混凝土浇筑时间应选择在当天温度较低时进行,且底板和侧墙浇筑温度应力求一致;(3)适当减小侧墙分布钢筋直径,增大密度;(4)增加混凝土浇筑后的浇水养生频率。4质量标准 围护结构和主体结构施工质量标准遵照《市政工程施工及验收的技术规程》、《地基与基础工程施工及验收规范》及《上海市地基基础设计规范》中有关条文。5安全措施 1)围护桩强度达到设计值后方可进行基坑开挖。 2)土方开挖应自上而下逐层放坡开挖,及时支护,做到随挖随撑。 3)做好施工监控,布置垂直观测点和侧向变形观测点,定期监测,及时分析并指导施工,确保周边建筑物、地下管线安全和工程质量。6施工效益分析 新华路改建工程采用SMW围护体作为外模的施工工艺,实践证明是可行的,尽管该工艺增加了部分施工工序难度,但提高了社会、经济效益。1)该工艺缩小了基坑开挖宽度,施工占地面积缩小近一半,减少拆迁近1/3。2)基坑开挖宽度的减小,增强了围护体的可靠性。减少对周边建筑及地下管线的不良影响,节省了保护、保修的费用。3)减少土方的开挖及回填数量,降低工程造价。4)用围护结构代替主体结构施工外模,大大降低了工程的材料成本。5)缩短工期,尽早恢复路面交通,减少对周边的环境影响,提高了社会效益。
