海邊半地下地震臺(tái)站隔振槽防水設(shè)計(jì)解析

孫青峰，崔海峰，李 敏

（中國船舶重工集團(tuán)國際工程有限公司，北京 100121）

0 引言

地震臺(tái)站由于建筑規(guī)模小、土建投資少、工藝流程較簡單，工藝需求特殊，一般設(shè)計(jì)單位接觸較少，且長期處于無人值守狀態(tài)（信號(hào)傳遞到其他控制室），多數(shù)被歸類為“小微型項(xiàng)目”（一般指建筑面積小于200 平方米的建筑），設(shè)計(jì)中往往得不到足夠的重視。

地震臺(tái)站主要分為地上、半地下兩種，但地震計(jì)墩和地震觀測井位于地下。依據(jù)《地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范 測震臺(tái)站》[1]，土建主體與地震觀測井、地震計(jì)墩之間應(yīng)設(shè)置隔振槽，且防水技術(shù)措施不得破壞地震計(jì)墩結(jié)構(gòu)完整性，地震計(jì)墩內(nèi)部不允許設(shè)置有磁性的金屬（影響觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性），設(shè)計(jì)師需提出新的防水技術(shù)措施。

1 概述

《地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范 測震臺(tái)站》[1]、《中國數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出了隔振槽設(shè)計(jì)需求，但未對(duì)其做法提出具體要求；《地下工程防水設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]、《地下建筑防水構(gòu)造》[3]等專業(yè)規(guī)范及圖集對(duì)常規(guī)工程防水做法提出了要求及推薦做法，做法比較成熟，但未包括隔振槽等特殊工程防水做法；《廣州珠江新城地下工程空間句法解析》[4]、《觀測環(huán)境對(duì)強(qiáng)震記錄的影響研究》[5]等高校研究側(cè)重于地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)以及臺(tái)站設(shè)計(jì)對(duì)強(qiáng)震記錄的影響，未對(duì)隔振槽做法進(jìn)行分析；《城市地下鐵道工程防水技術(shù)探討》[6]、《城市地下綜合管廊全密封防水技術(shù)》[7]等研究地下專項(xiàng)工程的防水設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)為地下全封閉式防水，無隔振槽節(jié)點(diǎn)內(nèi)容。隔振槽作為地震臺(tái)站的重要組成部分，工藝要求嚴(yán)格，其工程做法對(duì)室內(nèi)防水設(shè)計(jì)以及傳遞震動(dòng)具有一定影響。本文針對(duì)地震觀測臺(tái)站技術(shù)要求，通過多種方案比選，對(duì)地下隔振槽位置防水做法進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，為類似地震臺(tái)站及有隔振要求部位的防水設(shè)計(jì)提供參考。

1.1 地震臺(tái)站

地震臺(tái)站是指利用地震儀器進(jìn)行地震觀測的觀測點(diǎn)，開展地震觀測和科學(xué)研究的基層機(jī)構(gòu)[2]。其主要土建工程包括：地震計(jì)墩（用于擺放地表式地震計(jì)），井下式地震計(jì)觀測井，井下式地震計(jì)吊裝設(shè)施（井口上方安裝）。要求儀器平時(shí)安裝到位，工作人員雖不需經(jīng)?，F(xiàn)場觀測，但應(yīng)滿足設(shè)備安裝以及日常檢修時(shí)人員的進(jìn)出需要。

1.2 防水設(shè)計(jì)

地下工程防水設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地表水、地下水、毛細(xì)管水等的作用，以及由于人為因素引起附近水文地質(zhì)改變的影響確定。單建式的地下工程，宜采用全封閉、部分封閉的防排水設(shè)計(jì)。地震觀測臺(tái)站工藝對(duì)防水設(shè)計(jì)無特殊要求，相關(guān)儀器甚至可在較為潮濕的環(huán)境中工作，如我國南方地區(qū)“回南天”環(huán)境中，地震臺(tái)站可正常工作，但工作空間中不允許出現(xiàn)積水。本文主要討論半地下地震觀測臺(tái)站中隔振槽位置的防水處理，此種防水技術(shù)措施同樣適用于全地下地震臺(tái)站隔振槽防水處理以及土建工程中其他隔振要求位置的隔振槽防水處理；地震臺(tái)站主體土建工程與常規(guī)建筑防水做法類似，地震計(jì)墩本身為混凝土結(jié)構(gòu)，無特殊防水要求，此位置防水做法比較成熟，本文不再展開論述。

2 研究分析

2.1 地震臺(tái)站特殊要求

地震計(jì)墩的尺寸根據(jù)所要放置地震計(jì)的大小和數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)定長寬均為1.5m 的正方形，高出地平面0.6m；四周需設(shè)置隔振槽，隔振槽寬度不超0.1m，深不超0.3m。地震計(jì)墩不與任何建筑體相連，四周留有設(shè)備安裝調(diào)試空間。地震計(jì)墩墩面的四邊，宜與地理東、南、西、北方向一致。采用一次性澆鑄，用人工搗實(shí)，出漿后一次抹平墩面（基本水平） 并壓光，不準(zhǔn)二次抹面，表面不應(yīng)有裂縫、蜂窩和麻面，四邊側(cè)板應(yīng)光滑。隔振槽底及四周應(yīng)采取防潮措施，應(yīng)采取抗?jié)B措施；隔振槽內(nèi)應(yīng)充填松散材料采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30 的素混凝土，有滲水現(xiàn)象的基巖，采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30 的防滲混凝土。在地震計(jì)墩墩面中心刻地理子午線（方位標(biāo)志）。

觀測井用于安放井下地震計(jì)。在井口周圍留有滿足定位儀正常使用的場地，井口留有安裝井口滑輪的底角螺釘及電纜引出管道，建設(shè)機(jī)房時(shí)留有可用于絞盤鋼纜進(jìn)出的孔道，井口外保留盡量多空地，以放置用于安裝井下儀器的絞盤和繩索等設(shè)備。成井采用金屬套管井的方式，井孔套管外徑為146mm，金屬套管壁厚≥4.5mm，水泥翻漿固井，井底部水泥筑底，成井為干井，井口高出儀器室地面50cm，井口采取罩蓋等防護(hù)措施，對(duì)于鹽水滲入?yún)^(qū)域，宜采用防鹽蝕管材，井傾斜度＜4°。測震井應(yīng)固井，套管與井壁間的固井材料應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)不低于M7.5 的水泥砂漿。干井型的測震井套管絲扣應(yīng)密封，井底應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)不低于M7.5的防滲水泥砂漿封堵，封堵厚度應(yīng)大于1m，抽干井水并清洗管壁及井底殘留物。成井后必須洗井，并將殘漿全部吸干，保證井壁內(nèi)側(cè)和井底清潔。

2.2 防水做法分析

地下工程防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可分為四級(jí)，如表1所示。依據(jù)地震臺(tái)站儀器使用的相關(guān)要求，地下工程防水等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。

3 設(shè)計(jì)研究

3.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

海邊建筑及材料需具備抗腐蝕性能，靠近測量設(shè)備附近材料應(yīng)無磁；隔振槽位置處于潮濕環(huán)境中，漏水可能性增大；由于地震觀測臺(tái)站放置的儀器均為靈敏度較高的測量儀器，放置儀器的地震計(jì)墩需獨(dú)立設(shè)置，不能有影響其獨(dú)立的其他措施，要求建筑周邊25m 范圍內(nèi)無振動(dòng)源，隔振槽內(nèi)應(yīng)填松散材料，地震計(jì)墩中不允許埋設(shè)止水條、止水帶等影響其整體性的措施；地震計(jì)墩為獨(dú)立的構(gòu)件，與大地連接為一個(gè)整體，通過安裝在其上的精密儀器測量大地傳來的震動(dòng)數(shù)據(jù)，工藝要求基礎(chǔ)直接落在較為堅(jiān)固的地基上，且與主體建筑脫開，避免建筑周邊其他震動(dòng)帶來的干擾，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，主體建筑與地震計(jì)墩之間留設(shè)50～100mm 的隔振槽，避免建筑周邊其他震動(dòng)波傳遞到測量儀器，一般情況地震計(jì)墩建設(shè)完成后建設(shè)主體建筑。由于基礎(chǔ)條件不同，施工時(shí)間也不同，故地震計(jì)墩與地震觀測井之間存在沉降的可能性，此沉降可能會(huì)把防水材料拉裂。

表1 地下工程防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 解決方法

選用耐腐蝕性的材料，如鍍鋅鋼絲改為鈦合金絲，不銹鋼止水環(huán)更改為鈦合金止水環(huán)，防水卷材選用耐腐蝕SBS 防水卷材等措施，在滿足防水要求的前提下，綜合考慮材料的耐海水腐蝕性能。

在隔振槽中加HDPE 膜。HDPE 膜以U 形的方式設(shè)置在槽內(nèi)，其空的地方設(shè)置非固化瀝青防水涂料，柔性材料可減少震動(dòng)的傳遞。

地震計(jì)墩本身為混凝土材質(zhì)，但由于工藝技術(shù)要求，其中未配置鋼筋，故地震計(jì)墩本身存在裂縫的可能性，設(shè)計(jì)方案中考慮在室內(nèi)部分及深入地下1 米的范圍內(nèi)涂防水砂漿，阻斷因素混凝土自身裂縫引起的滲水。

止水條、止水帶等不能用于地震計(jì)墩的位置，采用其他材料對(duì)隔振槽下部、上部進(jìn)行防水處理，綁扎處采用鈦合金絲。

3.2.1 初選方案

考慮隔振要求及一般的防水做法，主體建筑采用經(jīng)濟(jì)型的基礎(chǔ)做法。主體建筑可能存在一定的沉降量，地震計(jì)墩基礎(chǔ)深入到基巖層，基本無沉降量，應(yīng)防止前者沉降拉裂防水層。初選方案隔振槽防水做法設(shè)置如下：隔振槽套管外圍300mm 范圍內(nèi)留設(shè)后澆帶，建筑主體工程迎水面外防水先做，隔振槽位置防水后做。土建主體采用4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材，地震計(jì)墩中設(shè)中埋式橡膠止水帶，待主體建筑沉降完成后澆注后澆帶，后澆帶與地震計(jì)墩之間的隔振槽用橡膠止水帶防水，可防止沉降破壞防水層。

因橡膠止水帶需埋入地震計(jì)墩100mm 深，影響地震計(jì)墩結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而影響測震儀器的觀測結(jié)果。振槽防水做法如圖1 所示。

3.2.2 演進(jìn)分析

因地下防水主要考慮室外水向室內(nèi)滲透，在初選方案基礎(chǔ)上去掉中埋式止水帶，室內(nèi)地面部分選用鋁合金蓋板，鋁合金蓋板與地震計(jì)墩采用焊接（地震計(jì)墩旁邊預(yù)埋鋼板），鋁合金蓋板與地面采用膨脹螺栓連接，隔振槽內(nèi)選用發(fā)泡聚氨酯填實(shí)，以抵抗地下水上滲。隔振槽防水做法如圖2 和圖3 所示。

圖1 隔振槽防水做法方案一Fig.1 A scheme of waterproof method of vibration isolation tank

圖2 隔振槽防水做法方案二Fig.2 Another scheme of waterproof method of vibration isolation tank

圖3 隔振槽室內(nèi)地面部分防水方案Fig.3 Waterproof method scheme of the indoor floors of vibration isolation tank

此種做法建筑主體主要承受地下水產(chǎn)生的浮力，會(huì)產(chǎn)生沉降；地震計(jì)墩位于基巖上，基本無沉降，鋁合金蓋板屬于剛性連接，存在被拉裂的可能性，且設(shè)置在地震計(jì)墩上的預(yù)埋件，往往都有磁性，與地震計(jì)墩中避免出現(xiàn)磁性材料的要求相違背，可能影響儀器的觀測結(jié)果，從工藝條件角度出發(fā)，不建議采用此種做法。

3.2.3 最終方案

在前面兩種方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)單位人員同防水材料廠家專家共同討論，為確保地震計(jì)墩的獨(dú)立性，提出隔振槽位置的構(gòu)件采用獨(dú)立防水處理的方案，采用部分封閉的防排水設(shè)計(jì)，隔振槽內(nèi)部單獨(dú)處理，減少主體建筑震動(dòng)對(duì)地震計(jì)墩的影響。增強(qiáng)防水的措施主要考慮增加防水路徑長度和增強(qiáng)材料的密實(shí)性兩種思路。地下工程主體結(jié)構(gòu)采用4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材進(jìn)行防水處理，隔振槽位置依據(jù)規(guī)范要求增設(shè)附加層，防水卷材沿地震計(jì)墩向地下延伸1m，卷材的收頭位置采用鈦合金絲進(jìn)行綁扎處理，此構(gòu)造做法主要抵抗地下水上滲的壓力；隔振槽位置設(shè)置兩根圓50 聚乙烯棒包裹在附加防水層中，此構(gòu)造做法主要抵抗兩者沉降產(chǎn)生的變形；地震計(jì)墩混凝土振搗密實(shí)，增加自身的防水性能，同時(shí)在地震計(jì)墩外圍涂刷水泥基滲透防水涂料，涂料沿地震計(jì)墩向地下延伸1.5m，此種構(gòu)造做法主要避免地震計(jì)墩自身裂縫或毛細(xì)作用滲入的水；混凝土底板在隔振槽位置處設(shè)置鈦合金止水環(huán)，止水環(huán)深入混凝土0.1m，此種構(gòu)造做法增強(qiáng)隔振槽邊緣位置的密實(shí)性；隔振槽內(nèi)部設(shè)置HDPE 膜，要求HDPE 膜做成U 字形，在凹槽部位填非固化橡膠瀝青防水涂料，此種構(gòu)造做法主要增強(qiáng)隔振槽內(nèi)部的防水性，同時(shí)減弱主體建筑震動(dòng)對(duì)地震計(jì)墩的影響；在SBS 防水卷材外側(cè)設(shè)置聚乙烯泡沫塑料片和50 厚聚苯板作為防水層保護(hù)層。此種做法將地震觀測井底板、地震計(jì)墩完全獨(dú)立開，各自進(jìn)行防水處理，隔振槽的位置采用柔性連接來抵御沉降帶來的變形，同時(shí)保證防水效果。終選方案隔振槽防水做法如圖4 所示。

圖4 隔振槽防水做法方案三Fig.4 Scheme three of waterproof method of vibration isolation tank

4 結(jié)論

地震臺(tái)站為一種相對(duì)特殊的建筑工程，以工藝技術(shù)要求為主導(dǎo)，土建工程配合完成，由此引發(fā)特殊的地下防水要求。半地下地震臺(tái)站的土建做法較為成熟，但其防水做法已經(jīng)超出常規(guī)做法，國標(biāo)圖集亦無此特殊做法，需設(shè)計(jì)師單獨(dú)出節(jié)點(diǎn)詳圖。為保證防水質(zhì)量，以分析比選的方法，結(jié)合材料無磁、預(yù)埋件不破壞結(jié)構(gòu)完整性、耐腐蝕等客觀需求，提出半地下地震臺(tái)站隔振槽防水采用常規(guī)的4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材、水泥基滲透結(jié)晶防水涂料之外，配合使用HDPE 膜、非固化瀝青防水涂料，形成特殊的防水工程做法。防水做法宜采用全封閉的防排水設(shè)計(jì)，但部分節(jié)點(diǎn)可適當(dāng)考慮部分封閉的防排水設(shè)計(jì)。

地下建筑工程防水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)、因地制宜”的原則，考慮地表水、地下水和毛細(xì)管水等的作用，不同的防水材料具有不同的防水特性，依據(jù)不同部位設(shè)置不同材料達(dá)到防水的目的，做到方案可靠、耐久適用、經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)于特殊工藝要求及特殊節(jié)點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)師可通過多方案比選的方式，提出最優(yōu)方案。