基于工程案例的隧道防水優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬玉輝

(中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽合肥 230000)

1 工程概況

合肥濱湖新區(qū)方興大道(包河大道—福建路)工程位于合肥市濱湖新區(qū)，在規(guī)劃建設(shè)的“包河大道—方興大道立交”與規(guī)劃建設(shè)的“福建路”之間。工程穿越規(guī)劃的“方興湖”與“上海路”，止于“福建路”，全長(zhǎng)1 800 m。隧道工程設(shè)計(jì)范圍起止樁號(hào):K1+000～K2+680。道路起止樁號(hào):K2+680～K2+800。隧道工程設(shè)計(jì)范圍內(nèi)包含3段U型槽和2段隧道，全長(zhǎng)1 680 m。依次為:第1段U型槽(K1+000～K1+170)長(zhǎng)170 m;方興湖下穿隧道(K1+170～K1+990)長(zhǎng) 820 m;第 2段 U型槽(K1+990～K2+334.082)長(zhǎng)344.082 m;上海路下穿隧道(K2+334.082 ～ K2+444.082)長(zhǎng)110 m;第 3 段 U 型槽(K2+444.082 ～ K2+680)長(zhǎng)235.918 m，合計(jì)U型槽段總長(zhǎng)750 m，隧道段總長(zhǎng)930 m。

方興湖下穿隧道為三跨單層結(jié)構(gòu)，上海路下穿隧道為兩跨單層結(jié)構(gòu)，均采用明挖法施工。

方興湖下穿隧道結(jié)構(gòu)頂最大水深約為5.0 m，結(jié)構(gòu)頂板上覆蓋層厚度大約為1 m(包括保護(hù)層和沖刷層)?；娱_挖深度為6.5 m ～12.5 m。隧道左、右跨凈寬16.45 m，中跨凈寬 2.2 m，凈高5.15 m(含頂部預(yù)留設(shè)備安裝、裝修空間)，風(fēng)機(jī)安裝段凈高為6.1 m(含頂部預(yù)留設(shè)備安裝、裝修空間)。

上海路下穿隧道橫斷面為兩跨單層結(jié)構(gòu)，雙向6車道斷面，隧道左、右跨斷面凈寬12.95 m，斷面凈高5.0 m。隧道內(nèi)輪廓尺寸考慮結(jié)構(gòu)施工誤差、預(yù)留變形、運(yùn)營(yíng)期間的部分設(shè)備安裝及裝修所需空間。

該隧道工程防水等級(jí)為二級(jí)，設(shè)備房防水等級(jí)為一級(jí)。

2 原防水設(shè)計(jì)方案

結(jié)合工程環(huán)境、地質(zhì)水文、土壤腐蝕性等條件，本著使用安全、經(jīng)濟(jì)合理的精神，隧道防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合，多道防線，因地制宜，綜合治理”的原則。

采取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系，即以結(jié)構(gòu)自防水為根本，采取措施控制結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的開展，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能。結(jié)構(gòu)自防水的要求如下:

1)防水混凝土抗?jié)B等級(jí)不小于P10。2)迎水面裂縫不得大于0.15 mm，背水面裂縫不得大于0.3 mm，且不得有貫穿裂縫。3)混凝土摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰及防水外加劑，防水外加劑不得采用膨脹劑，應(yīng)采用減水率高、坍落度損失小、能明顯改善混凝土工作性能、提高混凝土自防水性能、降低混凝土體積收縮及提高混凝土耐久性的聚羧酸系高性能外加劑。4)由于混凝土有抗凍性要求，必須摻入引氣劑，其摻量應(yīng)根據(jù)混凝土的含氣量要求通過試驗(yàn)確定。5)混凝土結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計(jì)應(yīng)保證混凝土有良好的抗侵入性、體積穩(wěn)定性和抗裂性。6)為改善混凝土的體積穩(wěn)定性和抗裂性能，水泥細(xì)度(比表面積)不超過3 500 cm2/g，游離氧化鈣不超過1.56%。7)選用低水化熱水泥，嚴(yán)格控制水泥用量，水膠比不得大于0.45。8)選用堅(jiān)固耐久、級(jí)配合格、粒形良好的潔凈骨料。9)混凝土的氯離子含量不應(yīng)超過膠凝材料重量的0.02%。輔助防水材料:頂板、底板外防水采用4 mm厚APF優(yōu)質(zhì)自粘卷材，50 mm(底板)或70 mm(頂板)厚細(xì)石混凝土作保護(hù)層。

防水設(shè)計(jì)示意圖見圖1。

圖1 防水設(shè)計(jì)示意圖

3 防水設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

一般來(lái)講，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系是整個(gè)防水過程中的最重要環(huán)節(jié)(第一防水體系)，其質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)直接影響整個(gè)工程防水的成敗。在保證施工質(zhì)量的前提下，原設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系安全可靠，故該部分設(shè)計(jì)不需要優(yōu)化。

但原設(shè)計(jì)中的輔助防水體系(第二防水體系)采用自粘卷材，其存在下列局限性［1-4］:1)卷材在施工過程中，需根據(jù)基層的形狀量體裁衣，如外形復(fù)雜需多塊拼接，相互搭接處的粘結(jié)難度較大。2)卷材的完全絕對(duì)密封將成為主要難題，卷材的搭接部位漏水隱患最大。3)卷材若出現(xiàn)滲水，難以準(zhǔn)確找到破損位置，更難以修復(fù)。4)卷材必須附著在干燥的基層上。潮濕的基層、排水不暢或常年結(jié)水的部位、基層不平整和很多凸出埋件基層等區(qū)域不太適合使用卷材防水。5)防水卷材的粘結(jié)劑，由于環(huán)境和粘結(jié)材料自身等因素往往提前失去粘結(jié)功能(或粘結(jié)劑的壽命小于卷材的壽命)，由此而導(dǎo)致防水失敗。6)不管任何部位的貫穿性破損，脫膠、漏膠(哪怕是只有一處)，與其相連貫層面的局部防水功能將喪失。因此，有必要對(duì)卷材的設(shè)計(jì)與使用進(jìn)行更改與優(yōu)化。

該工程勘察深度范圍內(nèi)，主要地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，上部地層部分為人工填筑土層，具體如下:①1層填筑土:均為人工形成，灰黃色、青灰色，分布于上海路路基和方興大道路基及人工湖兩側(cè)，以黏性土為主，厚度不均，狀態(tài)除路基土中密以外其余均為松散、潮濕。①2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:青灰色～灰色，飽和狀態(tài)，呈軟塑～流塑狀態(tài)。分布于湖底及池塘淺部。大部分淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土由人工填湖經(jīng)長(zhǎng)期浸泡形成。厚度不等，在松散堆積的人工湖兩側(cè)填土下部較厚。①3層粉質(zhì)粘土:黃灰色，軟塑～流塑狀態(tài)，濕～飽和，多分布于①2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以下。②1層粉質(zhì)粘土:灰黃色，可塑偏硬狀態(tài)，含粉土夾層多分布于粘土上部或中間。②層粘土:黃褐色，硬塑狀態(tài)，含鐵錳結(jié)合、灰白色高嶺土條帶，具油脂光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，分布于整個(gè)場(chǎng)地。未揭穿，根據(jù)附件的地質(zhì)資料，該層土厚度在30 m左右，其下為紅砂巖層，厚度巨大。各土層的滲透系數(shù)值見表1，土層揭露情況見圖2。

表1 土層滲透系數(shù)值

圖2 土層開挖揭露情況

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，我公司在該區(qū)域的其他工程經(jīng)驗(yàn)及先期局部開挖揭露的地層情況，可以得到下列判斷:1)所在場(chǎng)地土是天然的防滲墻;2)地表以下25 m內(nèi)無(wú)有效地下水位;3)隧道四周的自由水體積有限。

因此，在保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系質(zhì)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合其工程地質(zhì)條件，可將輔助防水材料——卷材更換為防水涂料。

防水涂料(膠粘劑)是以高分子合成材料、瀝青等為主體，在常溫下呈流態(tài)或半流態(tài)物質(zhì)，涂布于基材表面后，經(jīng)溶劑或水分揮發(fā)或各組分間的化學(xué)反應(yīng)，能形成具有一定厚度的彈性連續(xù)薄膜，使基材與水隔絕，起到防水、防潮的作用。其具有下列優(yōu)點(diǎn)［5-8］:1)涂料防水施工技術(shù)容易掌握，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，不受基層任何復(fù)雜形狀的限制都可做成連續(xù)整體的防水層。2)大部分防水涂料還有滲入基層封閉孔隙對(duì)建筑物具有補(bǔ)強(qiáng)作用。3)可以根據(jù)基層不同部位的設(shè)防要求和結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況進(jìn)行不同厚度的施工，該厚的地方厚，不需厚的地方可薄，做到防水材料的經(jīng)濟(jì)利用。4)涂料防水層由于與基層具有100%的粘結(jié)面，大多不怕銳物穿刺，有的還有自愈功能。5)漏水部位與漏水原因極易發(fā)現(xiàn)，保修方便，只要少量防水材料修補(bǔ)裂縫和損傷部位即可，不必重做防水層。6)部分防水涂料可在潮濕基層施工并形成防水層，這對(duì)工期緊迫和不可能做到干燥的防水基層來(lái)說非常適用。

防水涂料種類繁多，生產(chǎn)廠家眾多，施工技術(shù)成熟，防水效果可靠。

基于隧道的底板防水已經(jīng)按照原設(shè)計(jì)全部施工完畢，建議將隧道兩側(cè)和頂部的卷材優(yōu)化替換成JS復(fù)合防水涂料。

4 結(jié)語(yǔ)

基于工程案例，在對(duì)比分析防水卷材與防水涂料優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程地質(zhì)條件，建議將原防水設(shè)計(jì)中的卷材替換為防水涂料。采用該優(yōu)化后，不僅縮短了工期，還提高了施工質(zhì)量，為該類工程的設(shè)計(jì)施工積累了工程經(jīng)驗(yàn)。

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