西安地鐵3號線地下車站防水效果分析及其改進技術(shù)研究

王軍琪，鄧國華

(西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安710018)

城市地鐵車站基本上以地下車站為主，而地下車站大多處于地下水位以下，防水等級要求高，相關規(guī)范對此作出了詳細的規(guī)定[1－6]，因此地下車站的防水設計就顯得尤為重要。西安地鐵自2006年開始建設，由于存在特殊的地層條件和地裂縫災害的影響，建設者們針對西安地鐵的防水也展開了大量的研究和總結(jié)[7－12]，同時在地鐵 1、2號線實踐中不斷摸索。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西安地鐵1、2號線的部分車站仍存在局部滲漏水的問題，而滲漏水主要出現(xiàn)在施工縫和變形縫處[8－9]。為此，本文以西安地鐵3號線為工程背景，選擇太白南路站、延興門站和魚化寨站作為試驗站點，對其施工縫、誘導縫、車站主體與隧道及附屬結(jié)合部位的變形縫等進行防水材料、防水方案的研究。通過觀察新的防水設計效果，提出了后續(xù)西安地鐵地下車站的防水材料和防水設計建議方案，也針對防水試驗中發(fā)現(xiàn)的問題，提出了相應的改進措施。

1 工程概況

西安地鐵3號線太白南路站位于太白路與科技路十字以西，車站東西向布置，全長227.5 m，平均最大開挖深度16.21 m，主體結(jié)構(gòu)為地下二層三跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用全外包防水。站址位于原皂河河床，其自上而下地層分布為:雜填土、新黃土、中砂、古土壤。車站主要位于中砂層，地下水位在地面以下8.5 m～10 m，地下水主要補給為大氣降水、地下徑流及園林灌溉。延興門站位于東二環(huán)與南二環(huán)交接處，車站東西向布置，全長190.4 m，平均開挖深度17.2 m，主體結(jié)構(gòu)為地下二層二跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，頂板平均覆土厚度3 m。延興門車站自上而下地層分布為新黃土、飽和軟黃土及古土壤層，車站主要位于飽和軟黃土及古土壤間。場地地下水位埋深介于3.30 m～5.50 m，地下水補給主要以興慶湖、地下徑流及大氣降水為主。魚化寨站位于魚化路以西，距西三環(huán)800 m處，車站東西走向。車站全長360.11 m，標準段寬20.7 m(擴大段寬度為28.9 m)，基坑開挖深度 18.5 m ～19.48 m，車站頂板覆土厚度約3.6 m。車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層三跨框架結(jié)構(gòu)(局部為單柱雙跨結(jié)構(gòu))，結(jié)構(gòu)頂板厚度800 mm。地下水潛水位埋深14.0m ～16.5 m，含水層主要為弱透水的黏性土夾中粗砂透鏡體，潛水含水層厚度大于50 m。潛水補給來源主要來自大氣降水入滲和灌溉水的入滲補給。

2 防水設計方案

2.1 外包防水設計

依托太白南路站和延興門站兩座明挖車站，進行外包防水設計試驗，太白南路站外包防水全部更換為聚乙烯高分子自粘防水卷材，延興門車站采取聚乙烯高分子自粘防水卷材和瀝青基聚酯胎防水卷材相結(jié)合進行外包防水試驗，主要研究其防水材料和效果。車站外包防水設計詳見圖1。

在施工過程中，重視基面處理，墊層表面確保無凹、凸現(xiàn)象，以及鋼筋、鐵釘?shù)韧怀鑫铩７浪聿匿佋O時，在轉(zhuǎn)角處設置防水加強層，并利用熱風機進行焊接。底板防水卷材鋪設完成后，在上部澆筑100 mm厚C20細石混凝土保護層進行保護。

2.2 施工縫防水設計

選擇魚化寨站作為試驗站點，根據(jù)車站設計分段原則和施工組織需要，車站設水平施工縫兩道，環(huán)向施工縫11道，設置在3/4～3/5跨范圍。墻體水平施工縫留在高出底板表面不小于300 mm的墻體上。

圖1 車站結(jié)構(gòu)外包防水剖面圖

環(huán)向施工縫中部設置鋼邊橡膠止水帶，水平施工縫中部設置鍍鋅鋼板止水帶[2]。施工縫止水帶外側(cè)均預埋一道注漿管。主要研究其防水效果，施工縫防水構(gòu)造詳見圖2。

2.3 誘導縫防水設計

選擇魚化寨站作為試驗站點。車站設環(huán)向誘導縫5道，誘導縫在兩柱中設置，間距24 m～36 m左右。

誘導縫設置三道各自成環(huán)的止水線:中部設置中孔鋼板止水帶，形成一道封閉的防水線;誘導縫頂板外側(cè)加設一道密封膠;分離式圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)墻外側(cè)加設一道密封膠，密貼式圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)墻和底板加設一道外貼式橡膠止水帶;誘導縫頂板內(nèi)側(cè)設置排水槽，將少量滲水有組織地引入車站中心水溝并排入車站廢水泵房。

誘導縫防水構(gòu)造詳見圖3。

2.4 變形縫防水設計

選擇魚化寨站作為試驗站點，該站采用明挖順作法施工;附屬結(jié)構(gòu)Ⅰ～Ⅲ號入口采用明挖順做法施工;Ⅳ～Ⅵ號出入口段采用明挖順作法施工;過街段采用暗挖法施工。

該站及附屬結(jié)構(gòu)一共設變形縫12道，設置部位為車站主體與出入口接口處和出入口明暗挖接口處，現(xiàn)選Ⅳ號出入口進行試驗。變形縫部位使用的主要材料為瀝青基聚酯胎預鋪防水卷材、背貼式止水帶、中埋式中孔鋼邊止水帶、變形縫襯墊板、密封膠。出入口變形縫防水施工構(gòu)造如圖4所示。

圖3 誘導縫防水構(gòu)造圖

圖4 出入口變形縫施工防水構(gòu)造圖

2.5 車站頂板防水設計

選擇魚化寨站作為試驗站點。魚化寨車站頂板采用單組份聚氨酯防水涂料進行涂刷，涂刷厚度為1.5 mm厚，防水涂刷完畢后待自然風干，在涂刷區(qū)域兩側(cè)砌筑100 mm高擋水坎，將自來水注入蓄水7 d，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部觀測頂板是否存在滲漏。頂板防水設計如圖5所示。

圖5 車站結(jié)構(gòu)頂板防水構(gòu)造圖

3 防水效果分析及改進技術(shù)研究

3.1 外包防水效果分析及方案優(yōu)化

按照既定的防水設計進行施工，后期滲水點統(tǒng)計見表1。

表1 后期滲水點統(tǒng)計

本次試驗的滲漏點數(shù)明顯少于地鐵1、2號線，試驗工藝能夠滿足地鐵防水要求。結(jié)果表明，聚乙烯高分子自粘膠膜防水卷材剝離強度高(防串水效果顯著)，只要嚴格按照工藝要點施工，聚乙烯高分子防水卷材防水性能更加顯著。

本次外包防水設計方案雖然能夠滿足地鐵防水要求，但通過本次試驗發(fā)現(xiàn)設計及施工中有以下幾點可以優(yōu)化:

(1)車站圍護結(jié)構(gòu)網(wǎng)噴混凝土施工時，可直接收面滿足平整度要求，可省掉后續(xù)1∶2.5水泥砂漿找平層;

(2)底板防水保護層50 mm厚容易破裂，建議改為100 mm厚;

(3)鑒于目前作業(yè)人員素質(zhì)及現(xiàn)場保護難度，車站外包防水采用瀝青基聚酯胎自粘卷材;

(4)在施工縫混凝土鑿毛時，必須將上部浮漿及松散的石子全部剔除，并用清水沖洗;

(5)混凝土在振搗期間，嚴格控制搗固時間和搗固間距，使其均勻，避免混凝土出現(xiàn)漏振或夾雜汽包等現(xiàn)象;

(6)建議在地下水位豐富且地層復雜地段采用聚乙烯高分子自粘防水卷材。

3.2 施工縫防水效果分析及建議

按照魚化寨站施工縫防水設計方案進行施工，主體結(jié)構(gòu)完成后于2014年1月水位恢復到原水位(埋深14.0 m～16.5 m)。根據(jù)滲漏水監(jiān)測情況來看，施工縫無滲漏。

根據(jù)現(xiàn)場施工后反映的結(jié)果，垂直施工縫中部設置鋼邊橡膠止水帶，水平施工縫中部設置鍍鋅鋼板止水帶的方案合理可行，工藝簡單，防水效果很好。

總結(jié)本次施工縫防水設計的經(jīng)驗，建議在施工縫防水管理中重點把控對垂直施工縫中部設置鋼邊橡膠止水帶，水平施工縫中部設置鍍鋅鋼板止水帶的接頭處理工作。只要嚴格按照施工工藝進行止水帶安裝和施工縫處理，防水效果將十分良好。

3.3 誘導縫防水效果分析及建議

按照魚化寨站誘導縫防水設計方案，嚴格按照施工工藝施工，主體結(jié)構(gòu)完成后將水位恢復到原水位。根據(jù)滲漏水監(jiān)測情況來看，誘導縫無滲漏。

本次誘導縫防水效果表明，以外貼式止水帶和中置式橡膠止水帶為主的誘導縫防水設計方案合理可行，防水效果很好。

同時，總結(jié)本次試驗設計、施工過程中的相關經(jīng)驗，建議在誘導縫防水管理中重點把控對誘導縫中部設置橡膠止水帶的接頭處理工作。嚴格按照流程施工，誘導縫防水設計方案是合理有效的。

3.4 變形縫防水效果分析及改進措施

按照上文變形縫防水設計方案施工，完工后統(tǒng)計結(jié)果顯示，Ⅳ號出入口沒有出現(xiàn)滲、漏水現(xiàn)象。防水效果證明，在車站出入口變形縫使用埋式中孔鋼邊止水帶、背貼式止水帶、密封膠等防水材料，嚴格按相關工藝要求進行施工能滿足防水要求，防水方案行之有效。

總結(jié)本次試驗，對變形縫材料選用及構(gòu)造形式上提出如下建議，供后期施工參考。

(1)車站及附屬結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻、頂板變形縫背水側(cè)變形縫襯板改為泡沫板，待變形縫兩側(cè)混凝土澆筑施工完成后將泡沫板清理干凈，填入全縫密封膠，這樣既避免了三向受力，也能達到變形縫兩側(cè)出現(xiàn)較大變形時仍能起到防水目的。

(2)車站及附屬結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻、頂板變形縫迎水側(cè)變形縫襯板改為遇水膨脹橡膠止水板，這樣既防水也避免了三向受力對結(jié)構(gòu)的破壞，尤其適合地下水位較淺的地區(qū)。建議前后防水設計示意圖見圖6。

圖6 建議前后變形縫防水設計示意圖

3.5 車站頂板防水效果分析及建議

魚化寨車站共計13塊頂板，對其中3塊頂板進行了7 d蓄水試驗，結(jié)果均無滲漏水，其余頂板在防水施工及土方回填后均無滲漏現(xiàn)象?，F(xiàn)場效果見圖7。

圖7 蓄水后車站頂板

車站頂板結(jié)構(gòu)設計采用800 mm，C40、P10的防水混凝土，配合防水涂料加強結(jié)構(gòu)防水性能，防水效果表明，目前采用的混凝土自防水+聚氨酯防水涂層相結(jié)合方式能夠滿足防水要求。嚴格按照工藝指南的要求施做，施工后的防水效果顯著。

同時，通過車站頂板現(xiàn)場原材料的攪拌及蓄水試驗后，發(fā)現(xiàn)采用二甲苯與聚氨酯配合使用時溶解性更好，并且在涂刷過程中不易出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。故建議在后期施工時，采用該種方法涂刷防水材料。

4 結(jié)論

本文對西安地鐵3號線個別地下車站的外包防水、接縫防水和頂板防水等幾個方面在新的防水材料和防水設計方案上進行了試驗研究，確定了西安地鐵的防水設計方案，并針對具體的防水效果，施工工藝等方面提出了一些改進建議。主要有以下幾點結(jié)論和建議:

(1)延興門站和太白南路站進行了外包防水設計試驗，試驗所采用的聚乙烯高分子自粘防水卷材，具有與混凝土剝離強度高、接頭連接牢固、施工簡便等優(yōu)點，建議在后續(xù)線路中推廣使用;

(2)通過研究分析，垂直施工縫中部設置鋼邊橡膠止水帶，水平施工縫中部設置鍍鋅鋼板止水帶的設計方案合理可行，防水效果很好;

(3)車站頂板結(jié)構(gòu)設計采用混凝土自防水+聚氨酯防水涂層相結(jié)合的方式能夠滿足防水要求。并且采用二甲苯與聚氨酯配合使用時溶解性更好，同時在涂刷過程中不易出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。

通過地下車站的防水設計試驗，防水效果表明新的防水材料和設計方案是切實可行的。本文所提到的防水設計方案和改進建議，能夠為以后西安地鐵防水工程的施工及設計提供指導和幫助。

此項目受西安市地下鐵道有限責任公司科研項目“西安地鐵防水技術(shù)研究”的資助!

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50157－2013地鐵設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50108－2008地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，2008.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50208－2002地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，2002.

[4]朱馥林.地下防水工程施工與驗收手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]建筑節(jié)點構(gòu)造圖集編委會.地下防水工程(建筑節(jié)點構(gòu)造圖集)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[6]魏東華.地下防水工程施工細節(jié)詳解[M].北京:機械工業(yè)出版社，2009.

[7]孫大石，孫佃升.西安地鐵車站防水施工措施初探[J].建筑安全，2011(5):21-24.

[8]王軍琪，張 堅，鄧國華.西安地鐵滲漏水原因及應對措施[J].都市快軌交通，2012，25(4):89-93.

[9]雷永生，鄧國華.城市地下鐵道工程防水技術(shù)探討——以西安地鐵為例[J].地下空間與工程學報，2012，8(3):637-644.

[10]樊紅衛(wèi).西安地鐵2號線穿越地裂縫的技術(shù)措施[J].都市快軌交通，2008，21(4):19-22.

[11]王啟耀，彭建兵，黃強兵.西安地鐵二號線地裂縫段防水設計探討[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46(1):71-76.

[12]王 超.西安地鐵地裂縫隧道新型防滲技術(shù)的模型試驗研究[D].西安:西安理工大學，2010.