武漢地鐵車站結(jié)構(gòu)防水總結(jié)及展望

李 坤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

1 概述

截至目前，武漢市已開通運營1號線、2號線、3號線、4號線、6號線一期、8號線一期、21號線等線路，運營里程237 km，在建2號線南延線、5號線、7號線一期、8號線二、三期、11號線一期、二期、紙坊線、蔡甸線，第四輪建設規(guī)劃已上報國家發(fā)改委待批復。武漢軌道交通除1號線為全高架線路外，其余線路均為地下線路或以地下線路為主。作為地下工程，結(jié)構(gòu)防水是工程設計和施工的重點和難點。防水問題直接影響到軌道交通結(jié)構(gòu)及運營安全性、結(jié)構(gòu)耐久性、維護經(jīng)濟性、服務舒適度等，處理不好極易造成不良的社會影響。武漢軌道交通從建設之初至今，一直強調(diào)結(jié)構(gòu)防水的設計與施工，在結(jié)構(gòu)防水問題上積累了一定的經(jīng)驗，當然也存在一些值得反思和改進的問題。

2 武漢地鐵車站結(jié)構(gòu)防水設計與施工總結(jié)

2.1 地下車站結(jié)構(gòu)防水設計原則

同許多其他城市一樣，武漢地鐵車站結(jié)構(gòu)防水設計遵循：“以防為主、防排結(jié)合、剛?cè)嵯酀?、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則，強調(diào)以混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，采取材料、構(gòu)造、施工等綜合措施控制結(jié)構(gòu)混凝土在施工及使用過程中的干縮、徐變及裂縫的開展，提高混凝土的抗?jié)B性能和耐久性能；以施工縫、變形縫、后澆帶、穿墻管、樁頭等細部構(gòu)造的防水為重點；同時在結(jié)構(gòu)迎水面設置柔性全包防水層。地下車站、行人通道和機電設備集中區(qū)段的防水等級應為一級，不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬；明挖區(qū)間及連接通道等附屬結(jié)構(gòu)防水等級應為二級。

2.2 地下車站結(jié)構(gòu)防水設計具體細節(jié)

2.2.1關于混凝土結(jié)構(gòu)自防水

地下工程混凝土開裂滲漏的因素十分復雜，包括混凝土原材料、配合比、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)尺寸、施工方式等諸多因素，而上述因素又涉及到設計、材料、施工、檢測等多個環(huán)節(jié)。因此，明確各環(huán)節(jié)控制指標，進一步拉通各個環(huán)節(jié)形成閉環(huán)控制是實現(xiàn)地下工程混凝土裂縫控制及剛性自防水的關鍵。

1)嚴格控制原材料：明確水泥種類、強度等級、比表面積、總堿含量、游離氧化鈣含量、氯離子含量等控制指標，對混凝土粗細骨料、摻合料、添加劑、拌合水質(zhì)量均作明確的質(zhì)量要求。

2)嚴格控制配合比設計：根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別和作用等級及設計強度等級，對水泥、膠凝材料、摻合料、拌合水、外加劑用量做相應要求，并根據(jù)骨料級配情況及試驗結(jié)果進行合理調(diào)整。

3)加強結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施：通過合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，減少混凝土收縮、溫度變化及結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的應力，通常采用以下手段：合理設置施工縫、后澆帶或膨脹加強帶，并采用跳倉施工，適當增加分布筋配筋率及優(yōu)化鋼筋布置方式。

4)嚴格控制施工質(zhì)量：施工前必須根據(jù)設計對防水混凝土的質(zhì)量要求進行配合比設計與試配，同時完成混凝土坍落度機器損失、含氣量、泌水和凝結(jié)時間試驗，直至滿足要求為止；混凝土澆筑施工時，要求模板安裝牢固規(guī)范，螺栓防水處理到位，嚴格控制入模溫度，機械振搗均勻適度；混凝土養(yǎng)護時，要求養(yǎng)護方式得當，養(yǎng)護時間充分。

2.2.2關于細部節(jié)點防水

地鐵多為超長結(jié)構(gòu)，大體積混凝土澆筑易產(chǎn)生溫度應力，所以在施工過程中多通過變形縫、誘導縫、施工縫、后澆帶等措施防止混凝土開裂，此外為了滿足承載或抗拔的要求，底板下常見樁基，又或者是各種引入引出地鐵的管道，這些部位往往是防水薄弱環(huán)節(jié)，需要重點設防。

1)施工縫：結(jié)構(gòu)中部預先設置鋼邊橡膠止水帶，新老混凝土界面鑿毛并清理干凈，涂刷一道水泥滲透結(jié)晶型涂料，迎水面增設外貼式止水帶，防水層增設加強層。對于無法預先設置中置式止水帶部位的施工縫，中置式止水帶以全斷面注漿管+兩側(cè)各一道遇水膨脹止水膠代替。

2)變形縫：變形縫一般設于附屬結(jié)構(gòu)與車站主體結(jié)構(gòu)連接處，車站縱向范圍內(nèi)不設變形縫。變形縫處結(jié)構(gòu)中部預先設置鋼邊橡膠止水帶，中置式止水帶外迎水側(cè)設置全斷面注漿管，底板與側(cè)墻結(jié)構(gòu)迎水面設置外貼式止水帶，頂板結(jié)構(gòu)迎水面處設置泡沫棒嵌縫并用密封膠密封，防水層均設置加強層，頂板及側(cè)墻內(nèi)側(cè)設置不銹鋼接水盒。

3)離壁溝擋水坎：與結(jié)構(gòu)中板一次澆筑完成，并且連續(xù)封閉，將附屬變形縫位置可能滲漏的水引入離壁溝引排，離壁溝內(nèi)側(cè)涂刷10 mm厚聚合物水泥砂漿，溝底用聚合物水泥砂漿找出排水坡度，坡向橫截溝或地漏。中板孔洞周邊亦設置擋水坎，防止?jié)B漏水在裝修層中流竄至孔洞周邊向站臺層滴漏。

4)其余細部構(gòu)造防水均設置多道防線，重點加強設防，具體做法與其他城市大致相同。

2.2.3關于附加防水層

隨著地鐵結(jié)構(gòu)防水設計與施工實踐經(jīng)驗的不斷積累，材料科學的不斷進步，現(xiàn)在的地鐵結(jié)構(gòu)的附加防水層不再片面追求自身的高性能，而越來越重視與其相互依存的材料的相容性，附加防水層的選擇應著重于其與主體結(jié)構(gòu)混凝土的有效融合，以發(fā)揮工程結(jié)構(gòu)的整體防水能力。

武漢地鐵車站結(jié)構(gòu)附加防水層的選擇上，著重考慮以下幾點：

1)施工方便、成品保護簡單、對土建工法的適應性較好；2)適應本地的天氣、環(huán)境條件；3)優(yōu)先選用不易竄水的防水材料，減少竄水對后期堵漏維修工作的影響。

按以上原則，武漢軌道交通地下車站附加防水層主要有以下幾種：

1)2.5 mm厚單組分聚氨酯涂膜；2)4 mm厚自粘聚合物改性瀝青(PY類)防水卷材；3)1.5 mm厚高分子自粘膠膜防水卷材(P類)；4)膨潤土防水毯；5)4 mm厚彈性體(SBS)改性瀝青防水卷材；6)水泥基滲透結(jié)晶型涂料(1.5 kg/m2)。其中最常用的為1)，2)兩種，單組分聚氨酯涂膜用于結(jié)構(gòu)頂板及具備外防外貼條件的側(cè)墻結(jié)構(gòu)防水；自粘聚合物改性瀝青(PY類)防水卷材用于車站底板、側(cè)墻的外包防水；在少量車站進行了嘗試，尚未大規(guī)模推廣；膨潤土防水毯自重較大，用于側(cè)墻防水時安裝定位困難，對基面、天氣要求嚴，雨天施工或基面潮濕時容易提前膨脹或顆粒流失，達不到預期的防水效果，基于以上原因，武漢地鐵結(jié)構(gòu)防水已基本不考慮采用；彈性體(SBS)改性瀝青防水卷材在個別線路使用過，該材料的力學性能以及高、低溫性能較高分子防水卷材弱，施工工藝主要采用熱熔施工。彈性體改性瀝青防水卷材對基面含水率、施工條件都有較高的要求，同時在地下密閉空間采用熱熔法火烤施工會有嚴重的安全隱患，產(chǎn)品在生產(chǎn)及施工過程中會產(chǎn)生大量有毒害的煙氣，污染環(huán)境，武漢地鐵防水已不再使用；水泥基滲透結(jié)晶型涂料(1.5 kg/m2)主要用于個別疊合墻車站側(cè)墻防水。武漢地鐵車站典型結(jié)構(gòu)防水剖面詳如圖1所示。

3 武漢地鐵車站結(jié)構(gòu)防水展望

3.1 加強貫徹混凝土結(jié)構(gòu)自防水的根本地位

首先從設計入手，雖然武漢地鐵結(jié)構(gòu)防水設計一貫注重結(jié)構(gòu)自防水作用，并進行混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性、耐久性的設計，但相關設計參數(shù)尚未具體量化。應加大結(jié)構(gòu)混凝土自防水、耐久性的試驗研究，設立專項科研課題，引入多因素，制定具體的混凝土配合目標，通過試驗，結(jié)合對以往施工前試配的相關數(shù)據(jù)研究，得到適合武漢地區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)常用設計強度和抗?jié)B等級混凝土的配合方案，通過試點應用后進行推廣。通過科研課題得到的配合方案，可大大避免試驗的離散性帶來的不利影響，施工前只需進行試配驗證即可。如此可大大節(jié)省配合試驗的周期，減少離散性帶來的不利影響，便于防水混凝土的質(zhì)量控制，方便工程檢測和檢驗。在施工方面，大力加強防水混凝土施工質(zhì)量的控制。嚴格按照設計的強度等級和抗?jié)B等級進行混凝土配置，嚴格執(zhí)行設計及相關規(guī)范對施工的要求。

3.2 加強新型防水材料的調(diào)研和應用推廣

當下，科技發(fā)展日新月異，防水材料和施工工藝也在不斷更新。武漢地鐵車站防水常用的自粘聚合物改性瀝青(PY類)防水卷材較之前常用的防水板材料有一定進步，可一定程度上解決竄水問題，但由于其粘性一般，與主體混凝土結(jié)構(gòu)間屬于弱粘結(jié)，尤其底板施工時，現(xiàn)場為方便施工，常在防水層上設置細石混凝土保護層，無法達到“皮膚式防水”的效果。而高分子自粘膠膜卷材、三元乙丙丁基橡膠卷材等材料，既可以方便的預鋪施工，又可以與后澆混凝土發(fā)生一系列物理或化學反應，在外防內(nèi)貼的底板及側(cè)墻部位實現(xiàn)防水層與結(jié)構(gòu)混凝土的滿粘，形成完美的“皮膚式防水”，建議適度進行推廣應用。另外，個別線路車站試點的頂板防水層采用非固化橡膠瀝青防水涂料+聚乙烯丙綸復合防水卷材的組合形式，也取得了不錯的效果，可以在適當改進的基礎上加以推廣應用。

3.3 加強防水施工質(zhì)量的控制

地下車站結(jié)構(gòu)工程防水施工是一項要求較高的專業(yè)技術(shù)，施工專業(yè)化是保證防水工程質(zhì)量的關鍵，由于各種原因，在以往防水工程施工過程中，不按要求配制、澆筑和養(yǎng)護自防水混凝土、過早拆?；蜻`規(guī)摻加早強劑、不按設計要求處理防水層基面、卷材搭接質(zhì)量不過關、涂膜涂刷工藝不合要求等現(xiàn)象均有發(fā)生，直接影響了結(jié)構(gòu)防水效果，給工程驗收和后期運營均帶來麻煩。為此，應全過程加強防水施工質(zhì)量的控制，提供分包單位防水施工資質(zhì)要求，加強各道施工工序的檢測與驗收，建立嚴格的管理機制，確保設計意圖得以實現(xiàn)。

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