地鐵車站滲漏水防治設(shè)計優(yōu)化研究

牛江威

摘 要：在總結(jié)地鐵車站滲漏危害及特點基礎(chǔ)上，分析設(shè)計、施工、結(jié)構(gòu)形變、侵蝕環(huán)境對滲漏的影響以及現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范的適用局限，提出“反濾+引排”防水設(shè)計新思路及小微構(gòu)件的自防水措施等優(yōu)化方案，解決車站施工縫、離壁溝等部位滲漏問題，在應(yīng)用中取得良好效果，同時可豐富防水技術(shù)規(guī)范適用性的研究。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;滲漏水;施工縫;離壁溝; 反濾層;引排

中圖分類號：TU761.1+1∶U239.4

0 引言

滲漏水是地鐵工程常見質(zhì)量問題，對地鐵結(jié)構(gòu)、設(shè)備運行產(chǎn)生極大安全隱患，且影響乘客。此外，在運營期間治理滲漏水不僅費用較高，而且難以解決根本問題。本文以地鐵車站施工縫、離壁溝等滲漏多發(fā)部位為研究對象，以某城市地鐵1號線及2號線為例，從土建階段入手，對設(shè)計、施工、結(jié)構(gòu)形變、侵蝕環(huán)境等滲漏因素進行分析研究，指出現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范存在施工縫防水設(shè)計適用性局限問題，并根據(jù)反濾層設(shè)計在地鐵防水設(shè)計中比較鮮見的情況，靈活運用“防、排、堵、截”原則提出了“反濾+引排”施工縫防水設(shè)計新思路，以及混凝土自防水在離壁溝等小微構(gòu)件的運用等設(shè)計優(yōu)化措施，在地鐵工程實踐中收到了良好效果，對地鐵防水設(shè)計提升、滲漏水防治及其防水技術(shù)規(guī)范適用性研究具有一定參考價值。

1 滲漏及危害

1.1 滲漏特點

某城市地鐵1號線開通運營以后，車站出現(xiàn)了較為嚴重的滲漏水問題。滲漏集中出現(xiàn)在主體結(jié)構(gòu)與外掛區(qū)銜接的施工縫（圖1）及車站離壁溝（圖2）等部位，具有滲流不確定、影響范圍廣、涉及專業(yè)多、治理費用高、技術(shù)難度大等特點。雖然車站防水設(shè)計在2號線做了改進，但是設(shè)計人員不重視、設(shè)計不合理、施工質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)形變對策欠缺、材料防蝕功能不全等問題仍然存在。

1.2 滲漏危害

1號線車站因為滲漏造成多次設(shè)施損壞和設(shè)備故障及多起乘客投訴，車站裝飾裝修材料多處出現(xiàn)腐蝕霉變。例如：滲漏造成屏蔽門光電感應(yīng)模塊失效無法正常開關(guān)門（圖3），以及滲漏造成吊頂腐蝕、墻體涂料剝落、地板石材浸漬等（圖4）。據(jù)相關(guān)部門了解，1號線24個車站開通10個月累計滲漏故障多達2 000多個，質(zhì)保期滲漏治理費用超過千萬元。

2 滲漏分析

2.1 施工縫滲漏分析

2.1.1 設(shè)計因素

1號、2號線施工縫防水設(shè)計如圖5所示，迎水面鋪設(shè)高分子自粘性防水卷材（厚度1.5 mm，高密度聚乙烯HDPE，防竄水性0.6 MPa不竄水，浸水剝離強度≥1.5 N/mm，靜態(tài)極限荷載20 kg），延伸至施工縫

1000mm以外，側(cè)墻及頂板設(shè)置土工布緩沖層，防水卷材在轉(zhuǎn)角處搭接250 mm，在施工縫中預(yù)埋注漿管，注漿管上下分別設(shè)置制品型遇水膨脹止水條（邵爾A硬度45±7，體積膨脹倍率≥400%，扯斷伸長率≥350%）。

防水設(shè)計依據(jù)GB50108-2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》中4.1.25（止水條、注漿）、4.3.5（防水卷材），本身并不違反規(guī)范規(guī)定。據(jù)相關(guān)部門了解，1號線24個車站在施工縫位置均出現(xiàn)程度不一的滲漏水。2號線依然沿用了該設(shè)計，施工結(jié)束即出現(xiàn)滲漏（圖6）。造成防水失效的設(shè)計的原因主要有以下2個方面。

（1）設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)防水重要性、材料選用和設(shè)計方式認識不夠，認為地下工程滲漏水不影響結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計方案結(jié)合結(jié)構(gòu)特征研究不充分，設(shè)計時完全局限于規(guī)范要求而不考慮區(qū)域差異，這是不合理的，應(yīng)該結(jié)合規(guī)范要求根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和所處的具體部位有針對性地進行合理設(shè)計。

（2）遇水膨脹止水條作為止水防線，在地下工程變形縫的維修中作為已經(jīng)失效的中埋式止水帶的彌補更為合適，在新建工程中則稍為勉強[1]。由于車站主體結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)之間無法施作中埋式止水帶，采用“注漿管+止水條”的設(shè)計方式雖然滿足防水技術(shù)規(guī)范要求，但是無法滿足結(jié)構(gòu)變形要求。防水技術(shù)規(guī)范中“防水卷材+注漿管+止水條”防水模式注重于“防”，但在防水卷材失效的前提下，單獨依靠止水條與注漿顯然無法達到防水效果，所以，現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范在指導(dǎo)設(shè)計活動方面存在適用局限問題。

2.1.2 結(jié)構(gòu)形變因素

車站主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為樁基，外掛區(qū)與主體結(jié)構(gòu)采用后澆帶連接，后澆帶基礎(chǔ)為圍護結(jié)構(gòu)未拆除部分、天然地基，外掛區(qū)基礎(chǔ)為天然地基。結(jié)構(gòu)體主要承受以下2類外力作用，從而發(fā)生形變。

（1）地下結(jié)構(gòu)環(huán)境不均勻變形對防水體系失效起較大作用，這是眾所周知的事實，其原因比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在地下環(huán)境特殊的外力（塑性地壓、圍巖松弛地壓、偏壓、承載力不足、地震等）施加，造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻變形甚至開裂，致使防水層局部承受較大壓力、剪力和拉伸力的作用而破壞。防水層由于地下結(jié)構(gòu)環(huán)境不均勻變形所產(chǎn)生的破壞主要體現(xiàn)在防水層的物理性質(zhì)上，一旦某項力學指標超過允許值，防水層的完整性將發(fā)生破壞，其耐久性也將發(fā)生變化，即在力的作用下加速了材料本身老化失效的速率[2]。

（2）施工過程中一般都需要降水，根據(jù)地下水動力學及一維固結(jié)理論，在疏干排水過程中含水層中的泥砂等固體物質(zhì)大量被帶出，水位下降使得地層孔隙中的凈水壓力減少會導(dǎo)致地面沉降。施工完畢，水位在恢復(fù)的過程中地鐵結(jié)構(gòu)迎水面水位壅高，根據(jù)太沙基極限理論地下水會產(chǎn)生一定的浮力作用，使得土體有效重力減小，承載力降低[3]。

由此可見，不同基礎(chǔ)形式的結(jié)構(gòu)在外力作用下發(fā)生差異沉降，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，從而導(dǎo)致施工縫“防水卷材+漿體+止水條”防水結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞失效。

2.1.3 侵蝕環(huán)境因素

1號、2號線所處的侵蝕環(huán)境根據(jù)GB50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版）按Ⅰ類環(huán)境及B類條件進行判定，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕。根據(jù)GB50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》，綜合判定場區(qū)地下水一般環(huán)境作用等級為Ⅰ-C;由于與海域連通，海洋氯化物環(huán)境作用等級按Ⅲ-C考慮;化學腐蝕環(huán)境作用等級為Ⅴ-C。有研究表明，地鐵沿線地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性以微腐蝕和中腐蝕為主，弱腐蝕為次要[4]。防水結(jié)構(gòu)在侵蝕環(huán)境中主要發(fā)生以下2類侵蝕作用。

（1）有研究指出，高分子防水材料與腐蝕性介質(zhì)在長期作用下，高分子材料內(nèi)部的低分子物質(zhì)發(fā)生溶出和提抽作用，材料發(fā)生膨脹、軟化或溶解，導(dǎo)致功能失效。

（2）在類似的環(huán)境試驗中指出，水泥漿液在結(jié)晶性腐蝕的作用下，地下水中的硫酸鹽類與混凝土中的固態(tài)游離石灰質(zhì)或水泥石結(jié)合作用，產(chǎn)生含水結(jié)晶體，由于結(jié)晶體的形成使?jié){液體積增大，產(chǎn)生膨脹壓力，導(dǎo)致注漿體脹裂破壞[5]。

綜上所述，施工縫采用常規(guī)“防水卷材+注漿+止水條”形成的復(fù)合防水設(shè)計在物理化學力作用下，防水長期效果并不理想。

2.1.4 施工因素

（1）施工中注漿管經(jīng)常發(fā)生設(shè)置位置不當、堵塞、位移、變形，導(dǎo)致后期無法注漿到位，外包防水卷材由于施工開挖破壞無法與新建結(jié)構(gòu)有效連接，基面平整度不滿足要求，有尖銳突起刺破防水材料造成防水卷材破裂失效[6]。

還有其他人為原因，諸如搶工期質(zhì)量下降，現(xiàn)場施工人員責任心不強、質(zhì)量意識淡薄、技術(shù)不過關(guān)、不按照圖紙施工[7]，監(jiān)理人員把關(guān)不嚴等，造成防水卷材處于斷開狀態(tài)，止水條和注漿管形同虛設(shè)，從而形成滲漏隱患。

2.2 離壁溝及孔洞口滲漏分析

2.2.1 設(shè)計因素

離壁溝、孔洞口擋水坎屬于小微構(gòu)件，經(jīng)常在設(shè)計時被忽視，設(shè)計措施較為簡單，如未合理配筋及設(shè)置合理的施工接縫（圖7），造成擋水坎混凝土凝固后在溫度應(yīng)力的作用下發(fā)生收縮[8]，產(chǎn)生開裂，形成滲水通道，無法達到混凝土自防水效果。未設(shè)置陰角防水，未有效切斷滲水通道，沒有采取有效措施進行二次被動防水。

2.2.2 施工因素

離壁溝、孔洞口（電梯井、樓梯口、電纜井等）等部位水溝擋水坎混凝土采用二次澆筑，設(shè)計高度×寬度為100 mm×200 mm，由于截面尺寸較小，所以，施工時無法使用機械振動器振搗，只能采用人工振搗，由于振搗頻次、振搗力無法達到要求導(dǎo)致混凝土疏松不密實，形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)性滲漏通道，無法達到混凝土自防水的密實度要求。擋水坎基面未清理干凈、毛化處理不到位[9]以及模板加固不牢固，造成根部漏漿形成“爛根”，在擋水坎底部形成滲漏通道，從而形成滲漏水（圖8）。

3 優(yōu)化方案

3.1 施工縫防水設(shè)計優(yōu)化措施

地下工程防水的設(shè)計和施工應(yīng)遵循“防、排、截、堵”相結(jié)合、剛?cè)嵯酀?、因地制宜、綜合治理的原則[10]。在設(shè)計階段，充分考慮防水的設(shè)防高度和設(shè)防形式，結(jié)合后澆帶統(tǒng)籌考慮，設(shè)置卷材防水，預(yù)埋注漿管、中埋式止水帶以及嵌縫止水填縫材料，形成超前止水的多道防線構(gòu)造，充分發(fā)揮剛?cè)嵯酀姆浪尚?yīng)[11]。從“排”的角度來說，要從“反濾+引排”兩個方面進行考慮。

首先是“引排”。由于結(jié)構(gòu)體在施工過程中，拆除圍護結(jié)構(gòu)難以避免會對主體結(jié)構(gòu)外包防水卷材造成破壞，使防水卷材無法有效銜接，從而產(chǎn)生卷材防水失效。這個問題可以采用 “引排”的思路進行解決?！耙拧笔窃诮Y(jié)構(gòu)表面沿垂直施工縫環(huán)向設(shè)置排水系統(tǒng)，端頭采取防堵措施，將結(jié)構(gòu)滲水由內(nèi)向外引排至結(jié)構(gòu)表面，沿頂板、側(cè)墻設(shè)置引水槽，將滲漏水引排至側(cè)墻底部縱向排水溝，在底板上距離施工縫兩側(cè)50 mm處設(shè)置200 mm×100 mm混凝土擋水坎，形成橫向截水溝，溝寬100 mm，沿截水溝預(yù)埋3根50塑料引流管并適當調(diào)整角度，端頭采用防堵措施，將底板施工縫滲水經(jīng)截水溝引排至縱向排水溝，端頭采取防堵地漏，與車站排水系統(tǒng)銜接，可及時排除施工縫滲漏水。采用該優(yōu)化措施，在2號線2個車站8個出入口施工縫施作排水系統(tǒng)，并經(jīng)過排水試驗，底板滲漏水沿引流管引流至橫向截水溝，頂板及側(cè)墻滲水通過引水槽向下引排，最終匯排至縱向排水溝，及時排除，避免了滲漏水下滲，排水范圍內(nèi)無明顯積水，排水效果較為理想（圖9）。

其次是“反濾”。反濾是在結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)置過濾系統(tǒng)，目的是防止因引排造成被保護土體發(fā)生失水流變。有研究表明，地鐵車站位于典型的花崗巖風化殘積土地區(qū)[12]，土體滲透系數(shù)在3×10-6～9×10-5 m/s之間，滲透穩(wěn)定性較差，應(yīng)注意防止?jié)B透變形，尤其是管涌和流土[13]。所以，為防止結(jié)構(gòu)外土體因引排失水發(fā)生流變，需要在結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)置反濾層。反濾層的設(shè)計應(yīng)根據(jù)太沙基理論[14]，按結(jié)構(gòu)所在地層被保護土體的性質(zhì)和顆粒組成確定控制粒徑、等效粒徑、不均勻系數(shù)，根據(jù)濾料的不同選定濾層和層厚，從而實現(xiàn)反濾層濾土、排水減壓的反濾設(shè)計功能[15]。需要指出的是，反濾層設(shè)計在地鐵結(jié)構(gòu)防水設(shè)計中還比較鮮見，希望以后有更多工程實踐活動來豐富設(shè)計理論，提升工程防水質(zhì)量。

3.2 離壁溝、孔洞防水設(shè)計優(yōu)化措施

措施1：離壁溝擋水坎采用上翻梁做法，與中板整體設(shè)計、配筋，并與中板同步澆筑和合理設(shè)置接續(xù)，以結(jié)構(gòu)自防水為根本，充分利用混凝土自防水功能進行主動防水，溝內(nèi)敷設(shè)防水材料，增設(shè)地漏，根據(jù)地漏分布分段找坡，在施工中嚴格把關(guān)施工質(zhì)量，加強過程驗收管理，提高施工質(zhì)量，減少離壁溝滲漏。

措施2：孔洞口部位采用中埋式止水帶，距離孔口100 mm埋入中板混凝土，止水帶沿孔口周圍封閉設(shè)置，攔截滲水，阻斷滲水通道，并在陰角涂刷防水材料，進行二次被動防水，施作完畢與鋪裝墊層整體敷設(shè)。

4 小結(jié)

地鐵車站滲漏問題原因復(fù)雜，因此，需要根據(jù)具體情況綜合分析，對癥下藥。針對施工縫及離壁溝滲漏問題，本文提出：

（1）主體結(jié)構(gòu)與外掛結(jié)構(gòu)銜接的垂直施工縫防水設(shè)計，在防水技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，補充反濾層以及引排系統(tǒng);

（2）離壁溝擋水坎與中板整體設(shè)計，同步澆筑，合理接續(xù)，增設(shè)地漏，分段找坡;孔洞口采用中埋式止水帶，并與鋪裝層整體敷設(shè)，進行滲漏水攔截。

上述優(yōu)化措施在地鐵2號線試驗后取得了良好效果，車站施工縫、離壁溝滲漏水大幅減少，降低了滲漏水治理費用，并在后續(xù)線網(wǎng)進行了推廣。本文率先指出了防水技術(shù)規(guī)范存在的適用性局限問題，并提出了對應(yīng)解決措施，拓寬了地鐵防水設(shè)計思路，在地鐵車站滲漏水防治方面具有一定參考價值，并為豐富防水技術(shù)規(guī)范的設(shè)計適用性研究提供參考。

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收稿日期 2019-04-10

責任編輯 冒一平