磁器口水下明挖隧道防水技術(shù)研討

Brief Introduction to Waterproofing Technology for Open-cut Underwater Tunnel at Ciqikou

張敬天（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶　400015）

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磁器口水下明挖隧道防水技術(shù)研討

Brief Introduction to Waterproofing Technology for Open-cut Underwater Tunnel at Ciqikou

張敬天
（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015）

摘要：該文通過參考國內(nèi)先進(jìn)的水下隧道防水經(jīng)驗(yàn)，以磁器口水下隧道防水設(shè)計(jì)為工程背景，從混凝土自防水、接縫防水、柔性防水層及后澆帶防水等環(huán)節(jié)介紹了該隧道防水技術(shù)。并結(jié)合《公路水下隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D71-2014），對(duì)規(guī)范提出的一些新材料及防水工藝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討，隧道工作人員遇到類似工程設(shè)計(jì)時(shí)可作參考。

關(guān)鍵詞：水下隧道；混凝土自防水；伸縮縫防水；柔性防水層

Abstract:With reference to the advanced waterproofing experience of underwater tunnel in China and, based on the waterproofing design for underwater tunnel at Ciqikou, the waterproofing technology adopted is introduced from the aspects of concrete self-waterproofing, joint waterproofing, flexible waterproof layer and later poured band and others. Combined with specifications for Design of Highway Underwater Tunnel（D71-2014 JTG）, some new materials and waterproof technologies presented in the practical application are discussed for reference.

Keywords：underwater tunnel；concrete self-waterproofing；expansive joint waterproofing；flexible waterproofing layer

0　引言

重慶市嘉陵江磁井段市政道路工程項(xiàng)目起點(diǎn)位于沙坪壩區(qū)高家花園大橋橋頭，終點(diǎn)向北延伸至沙坪壩區(qū)的區(qū)界處，它的建設(shè)能將井口、雙碑和磁器口串聯(lián)起來。作為該工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程磁器口主線隧道，設(shè)計(jì)速度40km/h，按雙孔2車道城市次干道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，起點(diǎn)為K0+018，終點(diǎn)為K0+626，該段隧道全長為608m，采用明挖施工。

隧道位于斜坡中上部嘉陵江的右岸，距嘉陵江約20～50m。隧道防洪水位均按照50年一遇洪水位進(jìn)行設(shè)計(jì)。隧道底標(biāo)高為163.60～186.676m，該段50年一遇的洪水位高程為193.820m，洪水期最大水頭高度為30m。由于該工程大部分區(qū)域是在洪水位以下，且距離堤防較近，若隧道防水處理不當(dāng)，很有可能在施工或以后運(yùn)營中發(fā)生涌水、突水、造成隧道損壞或嚴(yán)重進(jìn)水，對(duì)施工人員和設(shè)備造成極大的威脅，甚至導(dǎo)致工程報(bào)廢，造成無可挽回的損失。因此必須重視防水設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)和設(shè)備的正常使用和行車安全（圖1）。

圖1　磁器口隧道典型橫斷面

1　磁器口隧道防水主要技術(shù)

按照《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，一般城市道路隧道的防水等級(jí)均按Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并遵循“剛?cè)岵?jì)”的原則，即采用柔性外包防水材料與抗?jié)B等級(jí)較高的混凝土自防水相結(jié)合[1]。水下隧道接縫處防水處理是防水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，很多已建隧道滲漏都在接縫處發(fā)生，施工縫防水一般采用中埋式鋼邊橡膠止水帶，伸縮縫采用采用遇水膨脹橡膠止水帶。磁器口水下隧道主要防水技術(shù)如下：

1.1混凝土自防水

采用高性能混凝土，即選用強(qiáng)度等級(jí)≥42.5MPa的PⅠ或PⅡ型水泥及堅(jiān)固耐久、級(jí)配合格、粒形良好的潔凈骨料為原料，添加優(yōu)質(zhì)粉煤灰（≥Ⅱ級(jí)灰）、礦渣微粉（≥S95）等復(fù)合超細(xì)礦物摻和料配制成以耐久性為重點(diǎn)的C40高性能混凝土。同時(shí)通過添加高效減水劑（減水率≥18%）、具有控制裂縫展開功效的纖維抗裂膨脹防水劑，限制膠凝材料用量（混凝土膠凝材料用量340～450kg/m3）、水膠比（≤0.40）、混凝土原材料（水泥、礦物摻合料、集料、外加劑、拌和水等）中引入的水溶氯離子總量不超過膠凝材料重的0.1%。嚴(yán)格規(guī)定混凝土中的含堿量（總堿量≤3kg/m3），防止堿集料反應(yīng)；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)（頂板蓄水、側(cè)墻保濕）等措施，來控制混凝土初期開裂與收縮裂縫，以確保結(jié)構(gòu)混凝土自防水性能。磁器口明挖隧道采用了矩形斷面設(shè)計(jì)，隧道全段均采用C40防水鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防水等級(jí)為P12。

1.2伸縮縫防水

磁器口隧道伸縮縫的設(shè)置為20～40m不等，伸縮縫處接縫防水采用多道防水設(shè)計(jì)，設(shè)置中埋式止水帶、外貼式止水帶、嵌縫密封膠以及備用Omega橡膠止水帶構(gòu)成封閉體系。如圖2、圖3。

圖2　底板伸縮縫構(gòu)造圖

圖3　側(cè)墻伸縮縫構(gòu)造圖

中埋式止水帶于頂板、底板、側(cè)墻中兜繞形成封閉圈，外貼式止水帶設(shè)置于底板素混凝土墊層上，并沿側(cè)墻模板上翻至頂板，與頂板面嵌縫密封膠相接，從而構(gòu)成又一封閉圈。在外貼式止水帶和中埋式止水帶之間采用遇水膨脹止水條和嵌縫膏進(jìn)行填塞。使其增設(shè)伸縮縫的防水性。伸縮縫設(shè)置技術(shù)要求：

（1）首先安設(shè)止水帶，安設(shè)位置要準(zhǔn)確，其中間空心圓環(huán)與伸縮縫中心線重合并安設(shè)到防水鋼筋混凝土墻、板厚度的二分之一處。做到平、直、順。止水帶的接縫宜為一處，應(yīng)放在邊墻較高位置上，不得設(shè)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處，接頭宜采用熱壓焊。要求連接縫嚴(yán)密，不允許出現(xiàn)漏縫。轉(zhuǎn)角處做成圓弧形，半徑不應(yīng)小于200mm。

（2）一側(cè)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆模，拆模時(shí)防止破壞止水帶，在伸縮縫的內(nèi)外側(cè)填設(shè)聚苯板，填縫要求緊密、平直，應(yīng)與設(shè)計(jì)縫寬相同。

（3）拆模后，清除槽體內(nèi)（25mm深）預(yù)埋泡沫板。要求槽體和槽口的泡沫浮石等清除干凈，混凝土面平順、干凈、干燥，進(jìn)行嵌縫膏的填筑。

Omega橡膠止水帶一般作為沉管隧道管接接頭防水的重要環(huán)節(jié)。如國內(nèi)正在修建的珠港澳大橋工程沉管隧道就采用Omega止水帶，安裝在接頭內(nèi)側(cè)，通常在接頭內(nèi)側(cè)布置剪力健。允許管節(jié)接頭發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或位移。為降低剪力健所受荷載，可在接頭不均勻沉降完成后再進(jìn)行剪力健澆筑或安裝[2]。

該工程在結(jié)構(gòu)伸縮縫板內(nèi)側(cè)預(yù)留備用Omega橡膠止水帶槽口（620×300），若以后橡膠止水帶因老化達(dá)到使用壽命后，可鑿開槽口混凝土，及時(shí)更換伸縮縫中橡膠止水帶，再安裝備用Omega橡膠止水帶，然后用無收縮混凝土密閉。采用Omega止水帶后，為伸縮縫處防水又增設(shè)一道防線，提高了防水效率。

1.3施工縫防水

明挖段隧道施工縫分為水平施工縫和縱向施工縫，施工縫采用多道防水設(shè)計(jì)，設(shè)置中埋式鋼邊止水帶及單組份聚氨酯膨脹密封膠，外側(cè)設(shè)置柔性防水層加強(qiáng)層進(jìn)行連接及防水。如圖4。

圖4　底板施工縫構(gòu)造圖

1.4全包防水層防水

該工程全包防水層材料主要選用柔性自粘防水材料全斷面包裹。根據(jù)《規(guī)范》的有關(guān)要求，底板防水層應(yīng)首選柔性外包防水卷材。

除過柔性防水層外，國內(nèi)部分早期已建水下隧道采用防水涂料作為隧道結(jié)構(gòu)防水層。如南京玄武湖隧道采用2mm厚的聚氨酯防水涂料作為側(cè)墻與頂板的防水層，底板則采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料（簡稱cccw）。杭州西湖水下隧道頂板采用2mm厚的聚氨酯防水涂料作為防水層，側(cè)墻則采用噴涂2cm厚聚合物水泥砂漿（氯丁膠乳水泥砂漿）作為防水層，底板則完全靠混凝土自防水[3]。

柔性防水卷材施工方便、工期短、成形后不須養(yǎng)護(hù)不受氣溫影響、環(huán)境污染小,層厚容易按設(shè)防計(jì)要求撐握,用材計(jì)算準(zhǔn)確、施工的現(xiàn)場(chǎng)管理方便,不易被偷工減料。而防水涂料層厚均勻，達(dá)到一定厚度一直是防水效果和耐久年限的關(guān)鍵,涂料防水層厚度不象卷材那樣直觀，均勻和可控性,施工比較繁瑣，要涂刷多遍，施工質(zhì)量也不易保證?？紤]到防水效果、施工工期和質(zhì)量等因素綜合考慮，該工程外包柔性防水層。

表1　柔性防水層性能指標(biāo)

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，卷材與結(jié)構(gòu)底板混凝土問要施做＞50 cm厚的混凝土保護(hù)層，從而人為地制造了卷材與結(jié)構(gòu)底板問的隔離層，容易引起竄水[4]，基于以上原因，柔性防水層與結(jié)構(gòu)混凝土及保護(hù)層粘結(jié)牢固是柔性防水材料防水的關(guān)鍵。除此之外，還要保證其材料強(qiáng)度、不透水性、耐化學(xué)腐蝕等指標(biāo)。柔性防水材料推薦采用合成高分子類防水卷材，宜選用寬幅（大于2.5m）耐低溫材料。具體應(yīng)由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位及設(shè)計(jì)單位共同協(xié)商確定，選取目前國內(nèi)材料優(yōu)良、穩(wěn)定、耐久、知名的柔性防水層。

1.5設(shè)置后澆帶控制混凝土收縮徐變開裂

考慮到隧道伸縮縫的距離較長，在每一段隧道中段設(shè)置一寬度為1m的后澆帶，后澆帶貫通整個(gè)隧道，后澆帶鋼筋設(shè)置和施工縫止水帶設(shè)置與普通施工縫相同。目的是減少第一次澆筑的混凝土的收縮。后澆帶設(shè)置如圖5。

后澆帶施工說明：

（1）后澆縫應(yīng)在其兩側(cè)混凝土令期達(dá)到6星期后再施工，施工前應(yīng)將接縫處混凝土鑿毛，清洗干凈、保持濕潤，并刷水泥凈槳。

圖5　后澆帶防水構(gòu)造

（2）后澆帶應(yīng)采取補(bǔ)償收縮混凝土澆筑，強(qiáng)度等級(jí)C40防水混凝土，后澆筑混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于28天。

（3）后澆帶在相鄰伸縮縫中間設(shè)置。

2　結(jié)語

（1）地下工程防水遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的總體原則。

（2）水下隧道采用抗?jié)B等級(jí)高的防水混凝土，水泥、骨料、減水劑等嚴(yán)格按配合比要求，加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)，以確保結(jié)構(gòu)混凝土自防水性能。

（3）柔性全包裹防水層雙面可靠的粘結(jié)性，強(qiáng)度、不透水性和耐老化等滿足要求，施工中要采取可靠保護(hù)措施，防止防水層損壞。

（4）伸縮縫防水除采用其他常規(guī)防水措施外，該工程采用備用Omega橡膠止水帶，為以后可能滲漏處理多一道防護(hù)措施。

（5）該工程通過設(shè)置后澆帶，控制混凝土收縮徐變開裂的同時(shí)也減少了伸縮縫個(gè)數(shù)，減少了因設(shè)置較多接縫產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50108-2008地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

[2] JTG D71-2014公路水下隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（報(bào)批稿）[S].北京：人民交通出版社，2004．

[3]邵臻.九華山隧道工程防水設(shè)計(jì)簡介[J].地下工程與隧道，2005（增刊）：39-41.

[4]趙張勇.水下明挖隧道防水層的選擇[J].中國建筑防水，2007（2）：23-26．

[5]楊軍禮.防水卷材和防水涂料的適用性比較[J].四川建材，2003（Z1）：20-21.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

作者簡介：張敬天（1984-），男，甘肅平?jīng)鋈耍芯可?，工程師，主要從事城市橋梁及隧道工程設(shè)計(jì)。

收稿日期：2015-12-18

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.02.046

中圖分類號(hào)：U655.58

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9107（2016）02-0046-03