SMW工法樁丙烯酸鹽噴膜防水材料的應用

張斌，張裔偉，馬丹

（上海無憂樹新材料科技有限公司，上海 201615）

0 引言

丙烯酸鹽噴膜防水材料在我國的研究和應用始于20世紀末，從株六復線大竹林鐵路隧道平導中的試驗開始（1999年），已經在國內的諸多工程項目中進行了應用[1-3]。項目研發(fā)之初主要針對礦山法山嶺隧道進行應用，在雪山梁隧道、磨嶺溝隧道、牟尼溝隧道、深圳LNG工藝隧道等進行了大量的應用實踐，并已經形成了完整的技術體系。

隨著丙烯酸鹽噴膜防水材料技術的成熟和性能優(yōu)勢的體現(xiàn)以及行業(yè)標準、相關規(guī)范的出臺[4-7]，應用的項目已不再局限于礦山法隧道，還包括了綜合管廊、城市下穿隧道、地鐵車站等明挖法工程。其中，SMW工法是明挖法地下工程基坑支護工程中應用比較廣泛的一種方式[8]，由于丙烯酸鹽噴膜防水材料具備整體無縫、智能響應、施工便捷、遇水自愈、高強反粘等特點，在SMW工法中應用時具備獨特的優(yōu)勢。

本文基于杭州市下沙路與12號路提升改造及附屬配套的綜合管廊工程，對采用SMW工法的地下結構防水的施工技術進行介紹，希望對丙烯酸鹽噴膜防水技術在同類工程中的應用提供參考和借鑒。

1 工程概況

杭州市下沙路與12號路提升改造及附屬配套工程項目西起月雅路，東至23號大街，全長約7.65 km。建設內容包括隧道、綜合管廊、橋涵（含過街通道）、地面道路、道路附屬工程、管理及工勤用房等，是杭州市建設的重點工程。

本工程綜合管廊起點聚首路順接艮山路（彭埠立交-東湖路立交）地下綜合管廊（自來水供水管道維修改造）工程，沿下沙路、海達南路、12號路布置，終于23號路東側，與擬建艮山東路過江隧道工程相銜接，全長約7 km，包含兩艙和三艙結構，采用SMW工法樁圍護結構，結構設計使用壽命為100年。管廊主體結構橫剖面示意見圖1。

圖1 管廊主體結構橫剖面示意

2 工程項目防水優(yōu)化設計

2.1 防水體系設計與優(yōu)化

本工程綜合管廊防水等級為二級，防水設計遵循“以防為主，防排結合，多道設防，因地制宜，綜合治理”的原則，采取了多種措施進行綜合處理。原主體結構防水側墻、底板均采用高分子（P類）預鋪防水卷材防水，頂板采用單組分聚氨脂防水涂料防水。預鋪反粘高分子卷材在外防內貼法防水施工中因具有與后澆混凝土反粘功能而得到了廣泛的應用，但在本項目實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，片狀的預鋪反粘高分子防水材料搭接縫過多，側墻鋪貼時防水層隨基面形狀變化而起鼓，搭接縫粘接不牢，且側墻施工縫部位的加強層與防水層之間的結合度不高等情況。在經過市場調研和試驗段驗證后，決定將主體結構防水層優(yōu)化為更容易施工、形成整體外包防水層的丙烯酸鹽噴膜防水材料，設計厚度為2 mm，防水設計如圖2所示。

圖2 主體結構外包柔性防水示意

因本項目采用SMW工法樁結構，側墻防水直接在維護結構上施工，丙烯酸鹽噴膜防水材料采用外防內噴方式進行施工。由于側墻找平層施工難度較高，且后期存在拔除工字鋼時破壞防水層的風險，因此在側墻表面設置1層復合土工膜對噴膜防水層進行保護，同時也起到找平層的作用。采用的復合土工膜膜厚0.3 mm，單位面積質量450 g/m2，尺寸為4 m×6 m。土工膜的搭接邊采用熱熔焊接方式，以使側墻土工膜銜接成整體。同時，為了防止拔除工字鋼對防水層的破壞，在有工字鋼的土工膜背后設置聚乙烯泡沫板。

2.2 細部節(jié)點防水設計

防水設計中，重點環(huán)節(jié)為底板與側墻交接處的加強層、側墻與頂板交接處的加強層、施工縫、變形縫等部位。第1步，側墻采用外防內噴，圍護結構內側找平層后鋪設1.2 mm復合土工布，然后噴2 mm丙烯酸鹽噴膜防水層，施工頂板噴膜防水層，防水設計構造如圖3～圖7所示。

圖3 底板與側墻轉角處節(jié)點構造

圖4 頂板與側墻轉角處節(jié)點構造

圖5 頂板變形縫部位防水構造

圖7 抗浮樁防水構造

圖6 側墻施工縫防水加強層防水構造

3 丙烯酸鹽噴膜防水材料施工

3.1 基本要求及基層處理

丙烯酸鹽噴膜防水材料施工作業(yè)溫度宜為5～35℃，在低于5℃條件下施工時應做好防寒措施；不宜在4級風及以上的露天環(huán)境下作業(yè)；嚴禁在雨天、雪天實施露天噴膜作業(yè)?；鎽蓛簟⑵秸?，無浮漿、孔洞、裂縫，無尖銳毛刺、基層表面無明水；對于墊層、頂板等平面結構，應先沖洗干凈，然后掃除表面明水，并保持2 h后進行防水施工。因丙烯酸鹽噴膜防水材料屬于水性材料體系，基面含水率要求遠高于溶劑型的防水涂料，反而潮濕基面的水分有助于噴涂時霧狀材料的滲透，增強噴膜防水層與混凝土基面的粘接。

3.2 墊層防水層施工

墊層采用200 mm厚C20細石混凝土澆筑，待墊層混凝土具備強度后，將2mm厚丙烯酸鹽噴膜防水層直接噴涂在墊層上。側墻復合土工膜固定時有500mm延伸到墊層上，且在陰角處形成圓弧形。防水施工時，先施工墊層與圍護樁交接位置的陰角部位防水加強層，加強層厚度為5mm，加強層的范圍應向墊層和側墻2個方向分別延伸300mm，并將復合土工膜與混凝土搭接部位縫隙滿噴進行密封，該部位防水施工如圖8～圖10所示。此處加強層可形成無縫整體防水，避免了澆筑結構主體時混凝土掉落及自重將防水卷材搭接縫拉裂的情況。

圖8 側墻土工膜固定及墊層基面清洗

圖9 陰角加強層防水施工

圖10 墊層防水施工情況

加強層施工結束后方可進行底板大面積的防水施工，丙烯酸鹽噴膜防水層厚度為2 mm。底板防水施工時，應從防水加強層部位開始。施工者采取后退的步伐，每一次噴涂應確保噴涂的面積厚度達到設計厚度。由于墊層基面局部存在蜂窩、麻面或混凝土未完全抹平的部位，施工者應仔細觀察，避免局部存在針眼，產生滲水點。針對這種基面，從不同方位將不平整部位包覆。

施工完畢后，避免人員踩踏防水層，以免污染和破壞防水膜，應盡快驗收并澆筑防水保護層。保護層抹平時，應避免使用存在尖銳部位的工具，如掀鏟等，宜采用木制的長臂刮施工。

3.3 側墻防水施工

側墻防水施工時采用自下而上的施工順序，以保證防水施工的連貫性。由于本項目為深基坑，防水采取分段施工的方法。側墻高度2 m位置，有第1層鋼支撐結構，復合土工膜固定時無法一次到位，此時將未完全攤開固定的土工膜臨時固定在鋼支撐下，如圖11所示。

圖11 側墻防水施工

鋼支撐以下的防水施工結束，先拆除第1層鋼支撐，然后綁扎主體結構鋼筋，并澆筑底板結構混凝土，側墻澆至施工縫處。將臨時固定的土工膜向上鋪設，整體高度需高于主體結構200 mm，以便于側墻與頂板交接部位的防水搭接，如圖12所示。

圖12 側墻土工膜固定到設計高度

側墻第2階段防水施工時，應采用土工布將側墻鋼筋進行遮蓋，以免噴涂時下落的涂料污染鋼筋。綁扎鋼筋時，難免有局部的防水層被破壞，應用專用手持式小型噴槍進行修補。由于前后2次噴涂時噴膜防水層之間具備完美的相容性和粘接性，仍然能夠保證防水層的整體性。

側墻噴涂形成的整體防水層，與防水卷材相比杜絕了搭接縫。特別是卷材施工部位，由于膠粘劑的局限性，易導致卷材防水層與加強層之前無法完美結合，而噴膜防水層較好地解決了這一問題。

經過測試，由于丙烯酸鹽噴膜防水層與后澆混凝土（結構主體）的粘接性能更高，即具備反粘性能（如圖13所示），因此能夠保證防水層與結構主體密貼，杜絕了竄水層，從而起到較好的防水效果。其原理為：丙烯酸鹽噴膜防水材料中含有的羧酸和羥基基團與后澆混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學反應，形成—COOCa離子鍵，所生產的丙烯酸鈣鹽與混凝土中的鈣離子絡合形成化學鍵；此外，極性較大的基團與混凝土中的鈣離子、硅離子等形成大量的氫鍵，這些離子鍵與氫鍵的綜合作用下，使得丙烯酸鹽噴膜防水材料與后澆混凝土之間具有良好的粘接性能，剝離強度可達到3.0 N/mm，遠高于標準的要求。

圖13 丙烯酸鹽防水層反粘效果

在明挖法地下工程中應用時，廣泛關注的一點就是水性體系的丙烯酸鹽噴膜防水材料養(yǎng)護問題。經過近幾年的技術革新與進步，在經過高分子柔性鏈段成分以及保水劑復配的材料改性之后，在夏季高溫條件下，以及成型的防水層在白天會逐步硬化，但因高分子柔性鏈段的存在，收縮應力小于防水層的內部分子間作用力，不至于產生裂紋；且在復配的保水劑作用下，夜間會吸收空氣中的濕氣，從而恢復柔性，保障了噴膜防水層在明挖法地下工程中的良好應用。

3.4 頂板防水層及隔離層鋪設

主體結構養(yǎng)護到期后，對頂板雜物進行清理。在施工頂板防水前，應先施工頂板與側墻交接部位的防水加強層。

施工前，應將側墻預留的防水搭接部位表面污染物清理干凈，可用高壓水槍進行沖洗。局部無法徹底清理干凈的部位應用美工刀切除，做修補后進行下一步施工。由于前后施工時仍可實現(xiàn)無縫搭接，從而實現(xiàn)防水層的無縫過渡。該部位加強層的厚度為4 mm，如圖14所示。搭接部位加強層施工結束后即可大面積作業(yè)。采用20 MPa壓力的大功率高壓無氣噴涂機，每天可作業(yè)1000～1200 m2，大大提高了施工效率。

圖14 頂板與側墻交接處加強層

在頂板噴膜防水層施工結束之后，及時進行外觀及厚度的自檢。確認頂板防水層外觀完好，并達到設計要求后，需馬上將土工膜覆蓋到頂板防水層表面。采用熱風槍或熱焊機將土工膜接縫焊接固定。

3.5 其他細部節(jié)點防水處理

變形縫是外包防水的重中之重，面臨著混凝土結構的熱脹冷縮以及結構沉降等極端情況的嚴峻考驗。在變形縫處，應對防水進行加強層設計，加強層厚度為4 mm，寬度達到1000 mm。同時，為了使變形縫處的防水層具備更高的強度，在防水層中間添加寬度為1000 mm的纖維網(wǎng)格布。由于丙烯酸鹽噴膜防水材料在前后噴涂時具備良好的結合力，上下2層防水層將纖維網(wǎng)格布包裹在內，增強了變形縫防水層的力學性能。

在側墻施工縫部位，應先施工防水加強層，再施工側墻防水。采用直接加厚施工，避免了防水卷材在側墻施工縫部位粘接力不強，易被后澆混凝土自重拉脫、破壞的情況。丙烯酸鹽噴膜防水材料具備B1級的阻燃等級，在側墻防水施工結束后，切割鋼支撐、焊接鋼筋等火花、高溫等因素也不會破壞防水層。

為減輕地下水的浮力，本項目在底板設置了抗浮樁，需要在抗浮樁周邊先采用水泥基滲透結晶防水涂料進行抹平，然后再噴涂丙烯酸鹽噴膜防水層。在抗浮樁頂部僅刷涂水泥基滲透結晶防水涂料即可，抗浮樁周邊噴膜防水層的接頭部位采用聚合物水泥砂漿做收頭處理。

4 SMW樁拔樁施工

SMW工法樁外包柔性防水層所受到的最大的挑戰(zhàn)是回填之后的拔樁過程對側墻防水層的破壞。特別是第1層鋼支撐的橫梁切割以后，殘留的尖銳部位很容易在拔樁過程中對側墻防水造成破壞。本項目側墻使用丙烯酸鹽噴膜防水材料時，采取了2種方式避免拔樁過程的破壞：（1）將鋪設在側墻的土工膜膜厚提高到0.3 mm，使其本身強度提高。由于丙烯酸鹽噴膜防水層與后澆混凝土具有3.0 N/mm的剝離強度，牢牢的與主體結構結合在一起，且噴膜防水層與土工膜上的非織造布粘接強度很高，因此拔樁過程不會將防水層脫開；（2）在鋼支撐梁切割后，在切割部位先用射釘固定1塊500 mm×500 mm×1.2 mmr的PVC塑料板，再將土工膜固定在側墻上施工防水層，相當于在切割部位做了雙層防護，保護該部位的防水層不被破壞。

5 結語

丙烯酸鹽噴膜防水材料是近年來地下工程外包防水應用越來越廣、具備良好綜合性能的防水材料，具有整體無縫、快速聚合、遇水自愈、環(huán)保阻燃、智能響應等特點。通過杭州市下沙路與12號路提升改造及附屬配套工程項目中綜合管廊中的應用，該材料在SMW工法結構中應用具備獨特的優(yōu)勢。自項目施工以來，對已拔樁回填部位組織了多次的防水質量檢查，結果表明防水效果良好，滿足防水設計要求。丙烯酸鹽噴膜防水材料施工工藝簡單，在變形縫、施工縫、樁頭等節(jié)點部位進行噴涂加厚即可，且保證防水層的整體性。材料本身與后澆混凝土具備良好的粘接性能，保證防水層與結構主體密貼。同時采用復合土工膜作為隔離層避免了拔樁時對防水層的破壞。實際應用情況表明，丙烯酸鹽噴膜防水材料在SMW工法中的應用良好。