地下工程抗裂防水混凝土的質(zhì)量控制

王海冰

摘 要：結(jié)合北京地鐵五號線暗挖隧道的防水混凝土施工控制措施， 分析了地下施工的防水混凝土質(zhì)量控制措施，并針對混凝土施工中存在抗離析能力、坍落度等重點(diǎn)與難點(diǎn)問題提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；暗挖；抗裂防水混凝土；質(zhì)量控制

【文章編號】1627-6868（2016）05-0055-04

Abstract： Excavation Beijing Subway Line tunnel waterproof concrete construction control measures and analyzes the waterproof concrete underground construction quality control measures， and for the presence of resistance to segregation， and other key slump concrete construction problems and difficulties raised several suggestions.

Keywords： subway tunnel； Undercutting； cracking waterproofing concrete； Quality Control

1.概述

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，地下工程建設(shè)項(xiàng)目在各大城市日趨增多，但混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂防水問題一直是困擾地下工程的難題之一。近10年來，隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，城市地鐵先后在北京、上海、廣州、深圳等各大城市開始修建，地鐵工程對防水的要求越來越高。雖然近年來我們在地下工程的建設(shè)中不斷加大對混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防水的研究和投入，取得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但地下工程的滲漏水現(xiàn)象仍常有發(fā)生，尤其是在城市地鐵的暗挖隧道方面尤為嚴(yán)重，防水問題還未得到根本的解決。

2.以往工程二次襯砌結(jié)構(gòu)滲漏情況、原因分析和經(jīng)驗(yàn)

2.1滲漏情況

深圳地鐵當(dāng)二次襯砌施工完成到150m左右時(shí)，其結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，并隨著施工長度的加長，尤其是接口的封閉，隨著地下水位的增高，滲漏現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：二次襯砌結(jié)構(gòu)滲漏部位主要集中在三處：環(huán)向施工縫、邊墻混凝土灌注窗口下方、混凝土間隙灌注時(shí)發(fā)生的間隙縫。

2.2原因分析

2.2.1對防水的關(guān)鍵認(rèn)識不清

防水設(shè)計(jì)、防水材料和防水施工是地下工程防水緊密聯(lián)系的三個(gè)環(huán)節(jié)，只有三個(gè)環(huán)節(jié)都做好，才能取得滿意的防水效果。為什么在結(jié)構(gòu)施工完成后，防水卻很難滿足設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)來看，主要與目前的防水施工工藝有關(guān)，對于采用噴錨構(gòu)筑法施工的暗挖隧道，在現(xiàn)階段條件下的防水施工工藝的前提下，如何克服工藝上存在的問題，提高施工質(zhì)量是有效解決防水問題的關(guān)鍵。

2.2.2全包防水層未起到防水作用

設(shè)在初期支護(hù)與二次襯砌間的全包防水層采用的是無紡布加1.5mm厚的PVC防水板，鋪設(shè)方式為無釘鋪設(shè)，雙焊縫焊接。但二次襯砌結(jié)構(gòu)仍出現(xiàn)了滲漏現(xiàn)象，究其原因，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）防水板施工過程中，對不能采用雙焊縫焊接的部位（如拐角處、破損處等），采用的手工熱融焊接，實(shí)際上這種焊縫的質(zhì)量是滿足不了防水焊縫的密封要求。而且對于采用手工熱融焊接的防水板是不能夠檢測的，而該種焊接質(zhì)量又往往難以保證。

（2）防水層在施工過程中被損壞的幾率很大：在鋼筋綁扎焊接施工過程中，易被鋼筋端頭刺穿、易被焊碴燒穿；立模、拆模施工過程中，也易損壞防水板；混凝土灌注過程中，粗集料易刺穿防水板；基面的尖銳物、無紡布的射釘未處理平等均易損壞無紡布。

（3）防水板在高水頭的靜水壓作用下，只要防水板有一處破損，地下水就會(huì)通過破損處滲入到防水板與二次襯砌混凝土之間，使防水板失效，且對漏水處的混凝土造成一定的影響。另外，防水板在自身施工過程中破損之處較少能夠修補(bǔ)；在鋼筋施工過程中，發(fā)現(xiàn)的破損之處勉強(qiáng)能夠修補(bǔ)；在立模、拆模施工過程中發(fā)現(xiàn)的破損之處就很難修補(bǔ)；在灌注混凝土施工過程中發(fā)現(xiàn)的破損之處根本就不能修補(bǔ)。

2.2.3防水混凝土的密實(shí)度

防水混凝土是混凝土結(jié)構(gòu)防水中最關(guān)鍵的一步?；炷潦且环N非均質(zhì)材料，其內(nèi)部存在著許多大小不同的孔隙，水的滲透就是通過這些孔隙進(jìn)行的。防水混凝土就是通過調(diào)整混凝土配合比及外加劑來提高自身密實(shí)度，從而達(dá)到抗?jié)B性能，滿足防水的要求。

防水混凝土的防水質(zhì)量受配合比、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等施工因素影響很大。

2.3獲得的經(jīng)驗(yàn)

通過以上對采用噴錨構(gòu)筑法施工的隧道防水的實(shí)際分析，結(jié)合深圳地鐵隧道的漏水情況及治水效果，認(rèn)為地下工程中防水的關(guān)鍵是如何提高混凝土的密實(shí)度，使混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到自防水的目的。要達(dá)到這個(gè)目的，一方面，設(shè)計(jì)上應(yīng)對砼板體進(jìn)行合理分段、分塊設(shè)置誘導(dǎo)縫，以使砼板體能通過誘導(dǎo)縫釋放變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力；另一方面，采用補(bǔ)償收縮防水混凝土代替普通防水混凝土，不但可以減少砼在各齡期的收縮值，更主要的是，它使砼在硬化過程中推遲了收縮的產(chǎn)生時(shí)間，提高了砼抵抗收縮應(yīng)力的能力，從而減少了收縮裂縫的數(shù)量。補(bǔ)償收縮混凝土還能提高混凝土的密實(shí)度、抗拉強(qiáng)度和耐久性。

3.地鐵五號線概況

3.1工程概況

北京地鐵5號線于2004年初全線開始修建，預(yù)計(jì)2006年建成通車。該線呈南北走向，區(qū)間隧道為雙洞雙線橢圓形結(jié)構(gòu)，除大部分車站為明挖外，其余均采用噴錨構(gòu)筑法暗挖施工。地鐵五號線結(jié)構(gòu)防水是根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工方法和使用要求等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，遵循“以防為主、防排結(jié)合、剛?cè)嵯酀?jì)、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，車站主體、風(fēng)道、出入口框架結(jié)構(gòu)底板、頂板、側(cè)墻采用C30P10補(bǔ)償收縮防水混凝土。在地鐵工程施工中，由于施工環(huán)境較差以及施工順序的關(guān)系，使防水效果難以達(dá)到設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，因此結(jié)構(gòu)自防水是地鐵工程防水成敗的關(guān)鍵。

3.2施工概況

地鐵五號線暗挖標(biāo)段于2003年6月開挖，暗挖標(biāo)段的頂拱、邊墻、仰拱或二次襯砌均是在開挖及初支結(jié)束后才開始施工。施工中二襯澆筑一般使用隧道模即襯砌臺(tái)車來施工。頂（仰）拱混凝土澆筑施工時(shí)，采取的工藝是：從罐車卸料后首先是2m左右長的溜槽，然后是30m左右高度的串筒，接著是通過2m左右的溜槽入地泵，經(jīng)過100～400m左右泵管泵送至相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部位。二次襯砌分仰拱和墻拱兩次灌注，分段長度：仰拱12m，墻拱正線大斷面為6m。墻拱采用液壓式襯砌臺(tái)車整體灌注，泵送混凝土，震動(dòng)器搗固。

從目前施工水平來看，地鐵防水混凝土的設(shè)計(jì)配合比與養(yǎng)護(hù)方式是能夠滿足混凝土的抗?jié)B要求的，但實(shí)際上混凝土的施工工藝對混凝土的抗?jié)B指標(biāo)影響較大，主要是以下兩個(gè)方面。

（1）混凝土進(jìn)料上的問題。二次襯砌墻拱采用液壓襯砌臺(tái)車施工，這也是近年來地鐵暗挖隧道通常采用的施工方式。采用臺(tái)車施工混凝土的進(jìn)料方式分為邊墻和拱部兩次進(jìn)料：邊墻進(jìn)料為兩側(cè)對稱進(jìn)料，但進(jìn)料部位在臺(tái)車中部，距墻底2.5m左右（如圖1）；拱圈進(jìn)料在拱部中央，距拱底3m左右（如圖2）。

上述混凝土灌筑方式造成了下列后果：

1）混凝土灌注過程中結(jié)構(gòu)鋼筋對粗集料的影響，造成灌注窗口部位下方的混凝土其粗細(xì)集料的配合比發(fā)生了變化，滿足不了防水混凝土的抗?jié)B要求，故一旦防水層損壞漏水，該部位就會(huì)發(fā)生滲漏。

2）混凝土在由中部向兩端移動(dòng)的過程中，其配合比會(huì)產(chǎn)生較大的變化，通過對兩端的混凝土取樣對比，端頭施工縫處的混凝土的含砂率比設(shè)計(jì)配合比的含砂率大15%左右，配合比發(fā)生了大的變化，使防水混凝土滿足不了抗?jié)B要求。

3）施工縫處的混凝土含砂率增大，極易發(fā)生收縮裂縫，施工縫本身又是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，這是施工縫出現(xiàn)滲漏水的主要原因。

（2）混凝土振搗方面的問題。地鐵施工時(shí)墻拱采用襯砌臺(tái)車施工，仰拱混凝土的坍落度為18～20cm，拱部混凝土的坍落度為21～23cm，越到拱部其坍落度越大。主要采用外部振動(dòng)器振搗混凝土，采用該種搗固方式，只能確?；炷猎谀Ｐ蛢?nèi)的流動(dòng)，而對混凝土的密實(shí)度不利，這是工藝上自身存在的缺陷。

4.混凝土施工質(zhì)量控制重點(diǎn)與難點(diǎn)

受施工工藝本身的影響，防水混凝土部分指標(biāo)要做調(diào)整，施工中要想保證二襯防水能力，就須很好地解決以下幾個(gè)問題：

4.1選擇合理的混凝土坍落度

規(guī)范規(guī)定用于防水的商品混凝土入模坍落度應(yīng)控制在120±20mm，而施工中為保證可泵性又不得不提高，特別是隧道拱部，因此施工中要結(jié)合實(shí)際盡可能地選擇合適坍落度的商品混凝土。

4.2控制好商品混凝土抗離析能力

二襯澆筑分層高度一般均會(huì)超過規(guī)定值，并且在二襯鋼筋較為密集的情況下，如果混凝土抗離析能力不強(qiáng)將會(huì)嚴(yán)重影響澆筑質(zhì)量，這里面有一個(gè)矛盾是：為提高混凝土抗離析能力而增加的水泥、粉煤灰等成分又會(huì)對混凝土抗裂性能產(chǎn)生不利影響。

4.3把好混凝土振搗關(guān)

隧道二襯澆筑與一般的板、梁、墻混凝土澆筑在工藝上有很大區(qū)別，一個(gè)是敞開式澆筑，一個(gè)是全封閉式澆筑。工藝上的差別也正是二襯混凝土澆筑的難點(diǎn)所在———操作空間小與振搗火候不易把握。工藝上一般采用插入式振搗與附著式聯(lián)合振搗。為把好混凝土振搗關(guān)，在襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)上就應(yīng)須合理地布置窗口和附著式振搗器的位置。

5.混凝土施工質(zhì)量控制措施

5.1混凝土生產(chǎn)質(zhì)量

結(jié)構(gòu)自防水混凝土必須具備密實(shí)度高、收縮率小、強(qiáng)度高、可灌性好等多種性能，混凝土一般均摻加經(jīng)選擇的外加劑來達(dá)到自防水目的。工程經(jīng)驗(yàn)表明，外加劑的穩(wěn)定性影響到結(jié)構(gòu)體是否產(chǎn)生裂縫，甚至影響到結(jié)構(gòu)的受力，因此高性能混凝土要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，為此，地鐵管理公司委托專門的組織對原材料進(jìn)行選擇、研究，并制定專門的質(zhì)量控制文件《北京軌道交通工程現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫控制技術(shù)要求》統(tǒng)一地鐵所用的原材料和混凝土配合比。混凝土攪拌時(shí)計(jì)量要準(zhǔn)確，攪拌時(shí)間≮30s。摻加外加劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)外加劑的技術(shù)要求確定攪拌時(shí)間。混凝土在運(yùn)輸過程中，要防止發(fā)生離析現(xiàn)象及減少坍落度損失，要按自密實(shí)混凝土的要求控制混凝土的流動(dòng)度和粘聚性，混凝土的坍落度損失1h應(yīng)控制在30mm以內(nèi)，以確保混凝土的入模質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)按泵送混凝土規(guī)程控制泌水率和壓力泌水率，這是控制泵送施工是否順利的一個(gè)重要參數(shù)。生產(chǎn)防水混凝土?xí)r選擇合理的工藝參數(shù)，其主要依據(jù)是耐久性、流動(dòng)性和強(qiáng)度，以此確定原材料的數(shù)量與質(zhì)量。同時(shí)，增加溫度控制措施，如夏季氣溫較高，為降低入模溫度，混凝土生產(chǎn)時(shí)應(yīng)在攪拌站砂石料場上加蓋風(fēng)雨篷，其作用一是對太陽的暴曬起降溫作用，二是遇雨天可控制含水量。

5.2防水混凝土澆筑

5.2.1模板

模板要架立牢固，尤其是擋頭板，不能出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象，混凝土擋頭板保證做到?？p嚴(yán)密，避免出現(xiàn)水泥漿漏失現(xiàn)象，且達(dá)到表面規(guī)則平整；地模、墻模施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

5.2.2混凝土澆筑

防水混凝土采用泵送入模時(shí)，宜將潤濕砂漿取走，確保不改變?nèi)肽；炷恋脑匈|(zhì)量?；炷翍?yīng)分層澆筑、分層振搗，每層厚度不宜超過300～400mm，相鄰兩層澆筑時(shí)間間隔不超過2h，以確保上、下層混凝土在初凝之前的牢固結(jié)合?；炷帘盟腿肽r(shí)，應(yīng)使其水平均勻入模，并控制其自由傾落的高度。當(dāng)自由傾落高度超過2m時(shí)，應(yīng)使用串筒、溜槽或在澆筑面接一段水平導(dǎo)管。當(dāng)澆筑暗挖結(jié)構(gòu)拱部襯砌時(shí)應(yīng)按澆筑孔先下后上有序地進(jìn)行。

5.2.3混凝土振搗

混凝土振搗一般采用附著式和插入式兩種振搗器。附著式振搗器用于暗挖結(jié)構(gòu)防水混凝土澆筑，插入式振搗器使用較廣?；炷琳駬v前應(yīng)先根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)振搗點(diǎn)，振搗時(shí)間一般為10～30s，以混凝土開始出漿和不冒氣泡為準(zhǔn)，避免漏振、欠振和超振。對新舊混凝土結(jié)合面、沉降縫、施工縫止水帶位置需要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的振搗點(diǎn)和時(shí)間進(jìn)行有控制的振搗。

5.2.4施工縫與變形縫的設(shè)置和處理

混凝土應(yīng)盡量做到連續(xù)澆筑，不留或少留施工縫。施工縫的設(shè)置，主要考慮一次混凝土澆筑強(qiáng)度和有效控制混凝土的收縮裂紋。在施工縫處繼續(xù)澆筑混凝土前，無論何種情況，對接縫表面都應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，清除浮粒，粘貼止水條。混凝土結(jié)構(gòu)變形縫的止水條構(gòu)造形式、位置、尺寸，以及止水條使用的材料、變形縫填料的物理力學(xué)性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。并應(yīng)加強(qiáng)變形縫處混凝土的振搗。

5.2.5混凝土保護(hù)層

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的各種鋼筋或綁扎鐵絲，不得接觸模板。在迎土面的鋼筋保護(hù)層厚度≮35mm。鋼筋保護(hù)層厚度是決定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要因素。針對不同的結(jié)構(gòu)造型，保護(hù)層墊塊制成方塊形、長條形、L形等形狀，牢固地綁在鋼筋網(wǎng)的外側(cè)，并確保網(wǎng)片不移位。底板和頂板鋼筋的馬凳筋應(yīng)嚴(yán)格控制在保護(hù)層內(nèi)，不得直接支撐在模板或防水層上，并應(yīng)焊牢，以免施工時(shí)被踩踏變形。

5.2.6混凝土坍落度控制

當(dāng)混凝土采用泵送時(shí)，混凝土配合比的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整，混凝土坍落度應(yīng)控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)?；炷恋墓?yīng)必須保證泵送連續(xù)施工，預(yù)計(jì)泵送間歇時(shí)間超過45min或當(dāng)混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即用壓力水或其它方法沖洗管內(nèi)留存的混凝土，嚴(yán)禁使用不合格混凝土澆筑。

5.2.7暗挖結(jié)構(gòu)拱頂混凝土灌注的特殊要求

對于采用暗挖法施工的洞室結(jié)構(gòu)的拱頂混凝土灌筑，往往會(huì)產(chǎn)生拱頂混凝土不密實(shí)、不滿灌、漏振搗、易收縮的現(xiàn)象，故對此部位的混凝土施工除在混凝土性能上設(shè)法減少其收縮率以外，還需對其灌注工藝提出特殊要求。灌筑混凝土?xí)r先從新舊混凝土接觸面處開始均勻分布灌筑，最后在單元體中間位置進(jìn)行泵送灌注，待混凝土自擋頭板擠出漿來時(shí)，穩(wěn)壓持續(xù)幾分鐘，檢查混凝土是否灌滿。如穩(wěn)定壓力后不能再灌入時(shí)，說明拱頂已灌滿。若穩(wěn)定壓力后仍能灌入，則應(yīng)穩(wěn)壓持續(xù)到不能灌入為止。另外，可在拱頂最高位置貼近初期支護(hù)面布設(shè)伸向二次襯砌混凝土后面的補(bǔ)償注漿管，一則可以通過注漿管檢查混凝土的灌滿程度，二則待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后利用注漿管注漿，以補(bǔ)償混凝土因收縮或未灌滿造成的拱頂空隙。

5.2.8混凝土拆模及養(yǎng)護(hù)

抗裂防水混凝土由于摻加了大量礦物摻合料，早期強(qiáng)度增長一般較為緩慢，后期強(qiáng)度有較高的持續(xù)增長，因此拆模時(shí)間和養(yǎng)護(hù)制度與普通混凝土不同。只有嚴(yán)格施工和養(yǎng)護(hù)，才能保證耐久性?；炷羵?cè)模的拆除時(shí)間一般比普通混凝土晚2d，在制訂模板施工方案時(shí)應(yīng)著重考慮，嚴(yán)禁過早拆模。拆模過早易引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫?；炷两K凝后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d，以防止在硬化期間產(chǎn)生干裂。養(yǎng)護(hù)采用噴灑水養(yǎng)護(hù)方法，保持混凝土表面濕潤。拆模時(shí)混凝土表面溫度與周圍環(huán)境溫度差不得超過15℃，以防止混凝土表面產(chǎn)生裂縫。對于大體積混凝土，施工中要有溫度控制措施，防止水化熱過高使混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫差裂縫，混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)低于25℃。底板混凝土澆筑后立即覆蓋塑料薄膜，初凝后拆開塑料薄膜，用木抹子搓表面至少兩遍后，在表面噴涂養(yǎng)護(hù)劑，再覆蓋塑料薄膜和保溫材料，以控制混凝土的降溫速率。墻柱模板拆除時(shí)應(yīng)保證混凝土表面及棱角不受損壞（混凝土強(qiáng)度大于1MPa），拆模后可用濕麻袋和牛皮紙袋包裹墻、柱面（注意必須緊貼混凝土面），每隔2～4h澆水一次。

5.2.9質(zhì)量檢查

混凝土的原材料必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、施工及驗(yàn)收規(guī)范和設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。原材料如有變化應(yīng)及時(shí)調(diào)整混凝土的配合比，并取得監(jiān)理的認(rèn)可；檢查原材料的稱量不少于二次；在混凝土拌制和澆筑地測定其坍落度，每工作班不少于二次；檢查配筋、鋼筋保護(hù)層、預(yù)埋鐵件等細(xì)部構(gòu)造是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后填寫隱蔽工程驗(yàn)收單，報(bào)監(jiān)理檢驗(yàn)認(rèn)可。

6.結(jié)語與建議

地鐵防水是一個(gè)系統(tǒng)工程，系統(tǒng)優(yōu)越?jīng)Q定于個(gè)體品質(zhì)及其相互間的協(xié)同性。從管理上講，系統(tǒng)包含業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工和攪拌站五方，這五方的追求應(yīng)該是：高層次的防水理念、暢通的信息反饋渠道、嚴(yán)肅的監(jiān)督機(jī)制。從設(shè)計(jì)和施工上講，系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)和施工由總體到細(xì)部的各個(gè)環(huán)節(jié)。防水施工中要把握好每個(gè)防水環(huán)節(jié)及其相互關(guān)系，避免矛盾的轉(zhuǎn)移和升級而影響整個(gè)系統(tǒng)。防水施工大原則要堅(jiān)持（如全包防水），細(xì)部環(huán)節(jié)要靈活，在不變中尋求變，在變中尋求不變，要堅(jiān)持因地制宜、綜合治理的原則。

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