地鐵地下車站結(jié)構(gòu)防水與圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王 劍

北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司上海分公司，上海 200233

1 地鐵地下車站結(jié)構(gòu)防水

1.1 結(jié)構(gòu)自防水

砼結(jié)構(gòu)自防水為地下車站實(shí)現(xiàn)防水處理的關(guān)鍵點(diǎn)，而實(shí)行接縫施工是達(dá)到防水目的的重點(diǎn)。

（1）砼材料的外加劑和各類原料使用管控。為了提高車站結(jié)構(gòu)的防水效果，可選擇適當(dāng)添加膨脹防水劑，在實(shí)際應(yīng)用中，需先細(xì)致檢查該試劑的質(zhì)量以及和其他原料的融合性。通過(guò)實(shí)踐嘗試，若要砼結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳的抗?jié)B透能力，應(yīng)添加補(bǔ)償收縮率在（1.5～3.0）×10-4的膨脹防水劑。在制作防水砼材料期間，可添加適當(dāng)顆粒較小的礦渣粉以及粉煤灰，其中后者品質(zhì)級(jí)別至少達(dá)到二級(jí)，實(shí)際添加量需控制在20%～30%，而前者需安排S95級(jí)，若在實(shí)際加工期間，只使用后者，對(duì)應(yīng)的水泥凝膠量應(yīng)處于30%～40%。以項(xiàng)目實(shí)踐探究，砼材料內(nèi)添入的外加劑必須通過(guò)試驗(yàn)配備，確保砼的實(shí)際性能滿足地下車站的防水需要。

（2）自防水的處理建造過(guò)程。為了提高此材料澆筑環(huán)節(jié)的實(shí)施質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)全面避免作業(yè)面出現(xiàn)明水，需在施工前實(shí)行全方位檢查處理。在模板處理工序期間，施工方需注重對(duì)各條接縫的處理效果，及時(shí)使用保護(hù)舉措，消除引發(fā)漏漿的各類因素；還需注重模板表層的平整度及材料本身的剛性、強(qiáng)度，運(yùn)用螺栓將各模板連接起來(lái)，并配備止水防護(hù)，如止水環(huán)等。在地鐵交通的地下車站結(jié)構(gòu)中，攪拌砼材料期間，應(yīng)保證拌和均勻，把材料的坍落度把控在（14±2）cm以下。此外，要強(qiáng)化對(duì)材料運(yùn)輸期間的管控，保證材料入場(chǎng)后具備使用價(jià)值，并且材料進(jìn)場(chǎng)后的坍落幅度需小于3cm。澆筑環(huán)節(jié)中，采取分層施工的模式，每層澆筑高度需控制在30cm以下。完成澆筑處理后，應(yīng)立即運(yùn)用專業(yè)機(jī)械開展振搗施工，將內(nèi)部空氣全部排出，確保結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。在實(shí)踐工程中，為了避免出現(xiàn)初期裂縫和溫差引起的縫隙等不良現(xiàn)象，適當(dāng)控制水泥的添加量，確保水膠比例不超過(guò)0.5；嚴(yán)禁在材料運(yùn)輸期間任意加水，導(dǎo)致砼材料應(yīng)用性能下降。此外，需注意精細(xì)把控材料在入模時(shí)的溫度。若室外氣溫偏高，可選擇在溫度較低的夜間進(jìn)行，保證澆筑后的砼結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃。在完成上述作業(yè)環(huán)節(jié)后，應(yīng)開啟養(yǎng)護(hù)模式，保水養(yǎng)護(hù)周期在10d左右，砼結(jié)構(gòu)總體的處理時(shí)長(zhǎng)至少需達(dá)到2周。結(jié)構(gòu)的自防水施工結(jié)束后，需采取有效的防水措施，避免施工縫區(qū)域超過(guò)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)外防水

假設(shè)在地下車站的頂板設(shè)置2.5mm厚的防水層，其為單組分的聚氨酯涂膜，為了增強(qiáng)實(shí)際的防水效果，還應(yīng)采取以下處理舉措。

（1）基層施工。在頂板部分澆筑完成后，施工人員可應(yīng)用木抹子開展收水壓實(shí)施工，若應(yīng)用鋼抹子，會(huì)造成基層的光滑度過(guò)大，影響涂膜和基面的黏結(jié)效果。對(duì)于基面的平整效果處理，需應(yīng)用長(zhǎng)度在2m的尺子完成整體檢查，關(guān)鍵直尺和表層的空隙不可大于5mm。此外，要確保表面不能出現(xiàn)積水及雜物等，如果發(fā)現(xiàn)不平整的問(wèn)題，應(yīng)先治理表面問(wèn)題，而后運(yùn)用高壓水槍實(shí)施整體沖洗。通過(guò)觀察檢測(cè)，保障內(nèi)部干燥效果滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，使用封膠實(shí)行填充及壓實(shí)作業(yè)。在基層區(qū)域若出現(xiàn)裂縫，并達(dá)到0.3mm，應(yīng)在其兩側(cè)增添聚氨酯涂層，作業(yè)范圍為騎縫外的10cm，涂層的厚度設(shè)定為1mm，繼而提高砼結(jié)構(gòu)實(shí)際強(qiáng)度。之后，在此之上布置加強(qiáng)層防水結(jié)構(gòu)層。另外，在整體框架中的所有陰角區(qū)域均需采用1∶25水泥砂漿，制成鈍角或圓角，前者的規(guī)格是5cm×5cm，后者的半徑至少達(dá)到5cm。

（2）防水層的處理。在確定基層施工品質(zhì)達(dá)到設(shè)定要求后，應(yīng)在表層涂刷聚氨酯，待完全干透凝固后，需針對(duì)陰陽(yáng)角以施工縫等區(qū)域涂上加強(qiáng)層，厚度設(shè)定為1mm。完成此上述步驟后，應(yīng)在結(jié)構(gòu)整體的表面上涂刷黏結(jié)層，至此所有的防水涂刷工序均已完成。在變形縫的處理上，應(yīng)基于設(shè)計(jì)圖參數(shù)貼上防水卷材，而后涂刷施工縫區(qū)域。在大范圍的涂刷作業(yè)環(huán)節(jié)，應(yīng)采取多種涂刷處理手段，但要確保上下兩條施工方向處于垂直狀態(tài)，所有涂層必須在干燥后組織涂膜操作。防水層作業(yè)完工后，需通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)，并及時(shí)開展保護(hù)層的建設(shè)。在該環(huán)節(jié)中，應(yīng)先鋪設(shè)細(xì)石砼材料，厚度保持在7cm，并在鋪設(shè)澆筑前，先在基層上設(shè)置隔離層，確保下一步施工的質(zhì)量，達(dá)到防水的目的。

2 地鐵地下車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

某地鐵的地下車站項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)的外包長(zhǎng)度達(dá)到了125.2m，底板區(qū)域的埋設(shè)深度最大值是16m，擬使用明挖法建設(shè)，地基條件為軟土，防震等級(jí)設(shè)置在6度。該車站為鋼筋砼單柱雙跨結(jié)構(gòu)，維護(hù)部分設(shè)置成連續(xù)墻。在標(biāo)準(zhǔn)段的挖掘深度是16.6m，工程端頭區(qū)域的挖掘深度是18.6m。該車站位于平原地區(qū)，且水系發(fā)達(dá)，地表形態(tài)起伏不大，潛水含水層以填土層為主，且通過(guò)勘察可知基本實(shí)現(xiàn)均勻分布。根據(jù)歷年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，潛水位的浮動(dòng)范圍在0.21～2.63m，車站防水位設(shè)在地表下0.5m的位置[2]。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用壽命是100年，在正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，各框結(jié)構(gòu)件均不用實(shí)行大規(guī)模的加固修繕處理，并能保證安全的使用性能；對(duì)于非關(guān)鍵構(gòu)件，可通過(guò)日常維護(hù)維持基本功能。其中，關(guān)鍵構(gòu)件有頂?shù)装寮皹前宓?，?yīng)用年限與設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)相同；非關(guān)鍵構(gòu)件是指自成體系的站臺(tái)板與樓梯等，應(yīng)用周期是50年。工程整體環(huán)境類別根據(jù)普通條件考量即可，若地下水無(wú)侵蝕問(wèn)題，則在地下結(jié)構(gòu)內(nèi)，砼材料構(gòu)件需對(duì)應(yīng)I-C類別，而設(shè)置環(huán)控系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)中，此類構(gòu)件需對(duì)應(yīng)I-B類別。除臨時(shí)構(gòu)件外，鋼筋砼構(gòu)件的縫隙管控級(jí)別通常是三級(jí)，換言之是可以出現(xiàn)輕微裂縫，實(shí)際允許范圍在0.3mm寬及其以下。如果存在干濕交替及鋼筋材料會(huì)受到腐蝕的情況下，裂縫可允許的寬度不能超過(guò)0.2mm。若結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度大于30mm，在確定裂縫寬度時(shí)，最大取值是30mm。對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗浮方面的設(shè)計(jì)，忽略側(cè)壁摩擦阻力的情況下，抗浮系數(shù)至少達(dá)到1.05，如果在計(jì)算時(shí)加入阻力問(wèn)題，該指標(biāo)也需達(dá)到1.15。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

如今，在地下車站項(xiàng)目中有多重圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，在選型期間，需確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以承受開挖施工中形成的各類壓力，并能發(fā)揮出支撐作用。常見的圍護(hù)類型有以下三大類。

（1）板樁結(jié)構(gòu)，其可分進(jìn)一步細(xì)分成兩種形式。①鋼板樁。該結(jié)構(gòu)下，使用的樁體均是批量加工成品，在強(qiáng)度及質(zhì)量等方面都有保障。此外，耐久能力較好，能進(jìn)行回?fù)苄拚?，可和鋼支撐搭配?yīng)用，大多用在軟土環(huán)境的深基坑處理中，操作難度低，建設(shè)周期短。若應(yīng)用此種圍護(hù)結(jié)構(gòu)，需強(qiáng)調(diào)對(duì)街頭位置的處理，避免形成縫隙導(dǎo)致水土流失，繼而出現(xiàn)塌陷等現(xiàn)象。同時(shí)，鋼板樁的剛度不能超過(guò)排樁及連續(xù)墻，以規(guī)避變形問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)期間，會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)噪聲，導(dǎo)致相鄰?fù)馏w被影響出現(xiàn)松動(dòng)，降低地基的穩(wěn)定性。②預(yù)制砼。該結(jié)構(gòu)建設(shè)便利，成本投入少，建設(shè)周期短，能和車站主體結(jié)構(gòu)有效結(jié)合，但鋼板樁有同樣的問(wèn)題，施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的振動(dòng)，容易對(duì)附近原有情況造成干擾，不能應(yīng)用在地表建筑較多的項(xiàng)目中。此外，接頭處的防水效果不好，無(wú)法在硬土項(xiàng)目中展現(xiàn)出較好的建設(shè)效果。

（2）柱列結(jié)構(gòu)，主要是鉆孔灌注樁。該結(jié)構(gòu)的噪聲及振動(dòng)程度降低，且剛度指標(biāo)較高，能實(shí)現(xiàn)就地制作建設(shè)，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成較大的干擾，適用于軟弱土層環(huán)境，但接頭處防水效果不好，需結(jié)合工程的地質(zhì)情況采取適當(dāng)?shù)姆浪e措，如注漿及旋噴樁等。如果地層內(nèi)存有沙礫層及卵石，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選擇。若結(jié)構(gòu)總體剛度存在偏差，則不能用在主體結(jié)構(gòu)中。另外，樁體質(zhì)量受建設(shè)工藝水平的影響，且在建設(shè)期間要落實(shí)排污措施[3]。

（3）排樁及地下連續(xù)墻，具體包括兩種形式。①地下連續(xù)墻。該結(jié)構(gòu)的噪聲及振動(dòng)均較小，可實(shí)現(xiàn)就地澆制，接頭處的止水能力較強(qiáng)，總體剛度偏高，不會(huì)因建設(shè)行為給周邊環(huán)境造成明顯干擾，在軟弱土層條件及地表建筑密集的項(xiàng)目中能有較好的發(fā)揮。接頭處有兩類形式可供選擇，即柔性與剛性，高品質(zhì)剛性接頭能建成永久性結(jié)構(gòu)。建設(shè)活動(dòng)占地少，且可以用作主體結(jié)構(gòu)。在泥漿使用及水下鋼筋砼的制作技術(shù)較為復(fù)雜，成本投入較多。②灌注樁搭配攪拌樁。前者是受力部分，后者主要負(fù)責(zé)止水，比較適合在軟土條件下且基坑深度在12m及其以下的項(xiàng)目中；如果深度大于12m，并且土層容易出現(xiàn)流砂，需謹(jǐn)慎考慮。建設(shè)噪聲小，作業(yè)振動(dòng)幅度小，施工難度低，總體經(jīng)濟(jì)效果較好，有一定的止水能力。

綜合考量下，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)被損壞、土層失穩(wěn)等，會(huì)引起基坑附近環(huán)境和地下作業(yè)的不良反應(yīng)，加之基坑挖掘深度在16.6～18.6m，最終確定采用地下連續(xù)墻的建設(shè)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在地鐵建設(shè)項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)滲透預(yù)防是極為關(guān)鍵的步驟，容易給地鐵運(yùn)營(yíng)埋下不安全隱患，對(duì)此，可通過(guò)加固結(jié)構(gòu)自身并搭配外部防護(hù)，提高結(jié)構(gòu)的防水效果。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，則需注意基坑深度及土體條件，并考量建造行為對(duì)周邊環(huán)境的干擾程度等，繼而選擇最適宜的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。