裝配式地下共構(gòu)體防水方案探討*

王寶泉，上官士青，王斌斌

中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100088

近年來，隨著建筑工業(yè)化的不斷深化，在地下結(jié)構(gòu)中采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)成為重要的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有施工速度快、構(gòu)件質(zhì)量好、環(huán)境污染小、大幅節(jié)省現(xiàn)場模板與支撐、減少現(xiàn)場勞動力等優(yōu)點，社會經(jīng)濟效益顯著。但地下結(jié)構(gòu)面臨著防水問題，特別是采用裝配式結(jié)構(gòu)后，接縫較多，做好結(jié)構(gòu)防水成為一項重要工作。

國內(nèi)一些新區(qū)在規(guī)劃研究的過程中提出了采用隧道—管廊共構(gòu)模式，即在市政道路上開發(fā)全部的地下空間，并將兩側(cè)地塊的地下空間與市政道路上的地下空間連成一個整體，形成市政工程地下空間共構(gòu)體，如圖1所示。對于這種新型的多層地下結(jié)構(gòu)物，如果采用裝配式施工，其構(gòu)件連接構(gòu)造、接縫接頭防水方案等方面尚有較多關(guān)鍵技術(shù)難題亟待開展研究。

圖1 地下共構(gòu)體示意圖

目前國內(nèi)外大型地下結(jié)構(gòu)采用裝配式的施工案例主要有盾構(gòu)隧道、管廊、沉管隧道及地鐵等，如綜合管廊發(fā)展了整節(jié)段拼裝[1]、疊合板拼裝[2]等多種形式，分別采取不同的防水工藝。國內(nèi)沉管隧道也是由大型預(yù)制節(jié)段裝配，通常采用水壓力對接，對接壓力大，采用大尺寸GINA止水帶等防水措施[3]。國內(nèi)裝配式地鐵站也開展了較多嘗試，如長春地鐵2號線部分站點[4]、北京金安橋站裝配式試驗段等，這些地鐵站點多采用大型PC構(gòu)件進行裝配，配合現(xiàn)澆和外包防水等措施，保證結(jié)構(gòu)的防水性能。

1 混凝土剛性自防水

1.1 混凝土剛性自防水的必要性

地下結(jié)構(gòu)采用裝配式施工，主要是為了提高施工效率，采用傳統(tǒng)的外包柔性防水增加了外包防水膜的工序，施工流程復(fù)雜，效率低，故全面采用混凝土剛性防水是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

在規(guī)范支持方面，2009年《補償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T178—2009）指出：“當采用補償收縮混凝土的地下結(jié)構(gòu)或水工結(jié)構(gòu)做結(jié)構(gòu)自防水時，在施工保證措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水”。該規(guī)程肯定了剛性防水系統(tǒng)作為結(jié)構(gòu)防水的主要系統(tǒng)的性能和效果。部分地區(qū)近幾年也推出了剛性防水的地方標準，如《剛性復(fù)合防水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[DB13（J）/T259—2018]和《混凝土剛性防水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DBJ 61/T 159—2019）。

1.2 混凝土自防水出現(xiàn)裂縫的原因

普通的外加防水劑可以提升混凝土初次防水的能力，但是在混凝土出現(xiàn)裂縫后，其抗?jié)B性能大打折扣，因此混凝土的多次防水能力也是評價其性能的重要指標?；炷猎谑褂眠^程中常常出現(xiàn)裂縫，原因主要包括混凝土本身的抗裂性不符合具體工程的實際要求，混凝土在施工及其后期養(yǎng)護過程中未能嚴格控制質(zhì)量致使后期形成裂縫，地下結(jié)構(gòu)受不均勻沉降、振動荷載、外部腐蝕等不良影響而發(fā)生開裂，在較大溫差作用下由溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫。

1.3 抗裂縫措施

近年來以水泥基滲透結(jié)晶材料為代表的混凝土裂縫自修復(fù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)工程中。通過在混凝土中添加有效組分，在混凝土出現(xiàn)裂縫時實現(xiàn)材料的內(nèi)部修復(fù)，可以實現(xiàn)混凝土的多次防水，提高混凝土耐久性以及抗?jié)B性。該方法由于具有永久性防水、抗化學(xué)腐蝕、易于施工、對人體無害等特點，在歐美、日本等地已經(jīng)得到了一定的認可，已應(yīng)用于地下建筑工程、市政管道工程、橋面防水工程等領(lǐng)域。

在采用剛性自防水材料的同時，應(yīng)配合結(jié)構(gòu)抗裂縫措施。針對地下裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的裂縫，通常采用優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計、控制混凝土塑性收縮、控制混凝土干燥收縮、避免應(yīng)力集中、控制分層澆筑產(chǎn)生的約束應(yīng)力、控制結(jié)構(gòu)的不均勻沉降等措施來避免裂縫對地下裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。

由于水泥基滲透結(jié)晶型防水劑已經(jīng)是一款成熟的商品化防水劑，文章不再對具體的品牌和配比進行贅述。

2 預(yù)制構(gòu)件拼縫防水

文章研究的地下裝配式多層結(jié)構(gòu)是一種管廊、隧道相結(jié)合的地下共構(gòu)體，這種裝配式共構(gòu)體沿道路修建，裝配接縫、預(yù)留接口等節(jié)點部位較多，加大了防水的難度。并且其內(nèi)部和上部都會受長期動荷載的作用，加之周邊建筑物施工等可能存在的外部影響，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，要求在接口部位的防水措施對變形具有一定的適應(yīng)性。作為地下裝配式多層結(jié)構(gòu)的防水薄弱位置，接縫處防水措施的可靠性決定了整個預(yù)制結(jié)構(gòu)的防水能否起到良好效果。

2.1 各類型地下結(jié)構(gòu)拼縫防水方法

當前裝配式的地下結(jié)構(gòu)主要有管廊、隧道、地鐵站等，其中以裝配式綜合管廊應(yīng)用較多，防水技術(shù)也較為全面。對于地下多層的復(fù)雜共構(gòu)體，可供參考的資料較少。在此，筆者將地下裝配式結(jié)構(gòu)的接縫防水進行分類，如表1所示，便于后續(xù)討論。

表1 常見地下結(jié)構(gòu)防水方案

根據(jù)表1，可以將地下結(jié)構(gòu)接縫的防水分為兩大類：第一種是剛性接縫處的防水，這種剛性接縫通常使用后澆或螺栓等其他機械固定措施將形成接縫的兩個預(yù)制構(gòu)件完全固定，在使用階段該接縫不產(chǎn)生較大的變形，因此可以采用尺寸較小的防水橡膠條或者采用噴涂速凝瀝青等防水措施；第二種是柔性或者半剛性的地下接縫防水，此類接縫常見于綜合管廊和沉管隧道等地下結(jié)構(gòu)中，對防水有較高的要求。在防水措施上，除了采用尺寸較大的GINA止水帶或雙道防水橡膠條，還需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取相應(yīng)的措施，對止水帶施加正面壓應(yīng)力，如裝配式綜合管廊需要張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，沉管隧道管節(jié)之間需要采用水壓力對接。此類柔性接縫通常對防水要求較高，尚需要配置第二道防水措施，如外包防水或OMEGA止水帶。

2.2 共構(gòu)體縱向縫防水措施

縱向縫為沿道路方向的接縫，通常連接側(cè)墻—底板或側(cè)墻—頂板，是一種剛性接縫。這種接縫的處理方法可借鑒地上裝配式建筑的做法，采用座漿+灌漿套筒或者局部后澆等方式，結(jié)構(gòu)連接形式簡單成熟，且在使用階段不會產(chǎn)生較大的接縫變形，因此可采用（多道）小型止水帶壓條，也可采取外包防水（如外側(cè)噴涂速凝瀝青）作為防水加強層，如圖2所示。

圖2 側(cè)墻—底板接縫處理方案

2.3 共構(gòu)體橫向縫防水措施

橫向縫為側(cè)墻垂直縫、頂?shù)装逅娇p等沿道路橫向的接縫。橫向縫的防水設(shè)計應(yīng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計相適應(yīng)，如整體結(jié)構(gòu)為剛性，在使用階段不會產(chǎn)生較大的變形，則防水可采用小型橡膠條。但是當前綜合管廊和沉管隧道大多采用一種半剛性的整體結(jié)構(gòu)，采用鋼絞線張拉提供正截面壓緊力，使橫向接縫在長期使用過程中不產(chǎn)生較大的變形，確保止水帶在有效應(yīng)力下正常工作。為了適應(yīng)這種鋼絞線拉緊的半剛性結(jié)構(gòu)體系，建議采用擠壓式止水帶和內(nèi)固定式止水帶共同組成的雙道止水措施，如圖3所示，與沉管隧道的防水做法類似。擠壓式止水帶主要有GINA止水帶、三元乙丙止水橡膠條和遇水膨脹止水橡膠條三種。內(nèi)固定式止水帶主要有OMEGA止水帶或粘貼式的新式U形止水帶。綜合考慮工程成本，建議擠壓式止水帶選取三元乙丙止水帶和遇水膨脹橡膠止水帶組合設(shè)置，并合理設(shè)置結(jié)構(gòu)開槽。當防水壓力較大時，擠壓式止水帶也可選用小型化后的GINA止水帶，內(nèi)固定式止水帶則建議采用OMEGA止水帶。

圖3 頂板水平縫、側(cè)墻垂直縫處理方案

3 結(jié)束語

隨著裝配式建筑的大力推廣，市政工程中的部分大型地下結(jié)構(gòu)開展了一些裝配式施工的研究和嘗試。文章針對地下裝配式多層結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計，在不適用外包防水的情況下，探討并提出了一套防水方案。該方案主體結(jié)構(gòu)采用混凝土剛性自防水，接縫防水融合借鑒了裝配式綜合管廊、沉管隧道等地下結(jié)構(gòu)防水方法，針對不同接縫的受力特性，提出了采用遇水膨脹橡膠條（或小型化的GINA止水帶），配合OMEGA止水帶的防水方案，供工程技術(shù)人員參考。