江道鐠

(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福建福州 350025)

0 引言

結(jié)構(gòu)縫系指為避免溫度脹縮、地基沉降和地震碰撞等而在相鄰兩建筑物或建筑物兩部分之間設(shè)置的伸縮縫、沉降縫和防震縫等總稱。在地鐵工程中設(shè)置較多的是變形縫、施工縫和誘導(dǎo)縫。長(zhǎng)期以來，地鐵工程結(jié)構(gòu)縫滲漏一直讓工程界的專家學(xué)者們困擾，成為當(dāng)前地鐵工程的主要病害之一。滲漏水不僅會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，而且還會(huì)加速地鐵設(shè)備、鋼軌和扣件的銹蝕，損害道床和基礎(chǔ)，縮短地鐵工程的使用壽命，給地鐵的安全及運(yùn)營(yíng)帶來極大隱患。地鐵工程滲漏主要出現(xiàn)在裂縫、施工縫、變形縫、誘導(dǎo)縫、孔洞、連續(xù)墻交接縫、凸出基層管道根部等這些部位，預(yù)制襯砌隧道主要在混凝土結(jié)構(gòu)盾構(gòu)法隧道的連接通道及內(nèi)襯、沉管法隧道管段和頂管法隧道管節(jié)等部位出現(xiàn)滲漏。

在實(shí)際的軌道交通工程混凝土施工中，由于原材料、配合比、外加劑、施工質(zhì)量等因素的影響，導(dǎo)致混凝土的微裂縫普遍存在，尤其是地鐵工程的混凝土結(jié)構(gòu)絕大部分是屬于地下隧道工程，均屬于大體積混凝土工程，多年來隧道混凝土開裂現(xiàn)象一直存在，如果裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，就會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象?；炷两Y(jié)構(gòu)由于內(nèi)外因素的作用而產(chǎn)生的物理結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性降低。這類因后期才產(chǎn)生的裂縫可以歸類未知裂縫，而因設(shè)計(jì)和施工工藝預(yù)留的結(jié)構(gòu)縫歸為已知裂縫。

地鐵工程結(jié)構(gòu)縫滲漏涉及到多個(gè)方面的原因，有設(shè)計(jì)、施工、材料、工藝及地質(zhì)環(huán)境等因素。結(jié)構(gòu)縫產(chǎn)生的滲漏中，有結(jié)構(gòu)設(shè)縫間的滲漏、不同結(jié)構(gòu)接縫處的滲漏及結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的滲漏。在地鐵工程進(jìn)行滲漏治理時(shí)，要分清不同的縫產(chǎn)生滲漏，對(duì)滲漏的原因進(jìn)行分析，區(qū)別對(duì)待，做到有的放矢，才能取得更好的治理效果。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)縫及接縫處滲漏的原因分析

1.1 既有防水設(shè)計(jì)合理性分析

地鐵工程防水遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。部分地鐵工程結(jié)構(gòu)縫防水構(gòu)造設(shè)計(jì)無法完全按照該原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在一些可商榷的地方,部分構(gòu)造未做好則可能導(dǎo)致滲漏。為了對(duì)地鐵工程結(jié)構(gòu)縫滲漏水產(chǎn)生的設(shè)計(jì)原因進(jìn)行分析，本文以福州市軌道交通1號(hào)線工程(一期)明挖結(jié)構(gòu)防水通用圖防水構(gòu)造做法為例進(jìn)行探討。

(1)施工縫

施工縫防水構(gòu)造圖中防水的做法為：橫向垂直施工縫在頂板、底板、側(cè)墻設(shè)置一道可全斷面出漿的注漿管和雙通道遇水膨脹止水膠。中樓板施工縫設(shè)置一道遇水膨脹橡膠止水條。側(cè)墻的縱向水平施工縫設(shè)置一道鍍鋅鋼板止水帶和一道遇水膨脹止水膠。施工縫構(gòu)造做法能夠滿足車站一級(jí)防水要求。

(2)變形縫

變形縫防水構(gòu)造圖中防水的做法為：采用三道防水構(gòu)造做法，頂板、側(cè)墻和底板中間均設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶；背水面為高模量聚氨酯密封膠和不銹鋼接水槽；在迎水面，底板和側(cè)墻采用外貼式橡膠止水帶，頂板上則預(yù)留嵌縫槽并以低模量聚氨酯密封膠嵌填如圖1～圖2所示。

圖1 側(cè)墻變形縫防水構(gòu)造

圖2 底板變形縫防水構(gòu)造

圖紙構(gòu)造存在以下情況：①底板防水構(gòu)造中的中埋式鋼邊橡膠止水帶V字形方向朝上，這是考慮止水帶呈托盤形態(tài)，有效匯集漿液，但也與水流方向一致，起不到阻擋水流前進(jìn)作用，將V字形方向朝下是否對(duì)防滲漏更有利；②側(cè)墻和底板迎水面均采用外貼式橡膠止水帶加預(yù)鋪防水卷材或膨潤(rùn)土防水毯，在未考慮福州水文地質(zhì)的情況下，側(cè)墻和底板水壓力不同，底板水壓力較大，側(cè)墻水壓力較小，底板迎水面防水構(gòu)造設(shè)置應(yīng)比側(cè)墻強(qiáng)，兩處防水予以區(qū)別對(duì)待，其防水作用是否更好些；③變形縫所用密封材料及橡膠止水帶,必須經(jīng)受得起長(zhǎng)期的壓縮和拉伸,抗振動(dòng)疲勞等外力作用。根據(jù)福州已完成的幾條線路地質(zhì)環(huán)境調(diào)查分析情況，存在變形縫兩邊的土質(zhì)差異情況，極端時(shí)如一邊持力層為巖石，另一邊持力層為粘土層，這就導(dǎo)致變形縫的兩側(cè)的差異沉降往往較大，當(dāng)計(jì)算差異沉降大于地鐵工程防水規(guī)范[2]30mm限值要求時(shí)，此時(shí)的一些防水措施，如橡膠止水帶、密封膠等極易失效，應(yīng)采取專門的處理措施。圖紙中防水構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)福州的地質(zhì)差異情況進(jìn)行考慮，采取些增強(qiáng)措施。

(3)車站主體誘導(dǎo)縫

誘導(dǎo)縫防水構(gòu)造圖中防水的做法同變形縫，也采用三道防水防線，頂板、側(cè)墻和底板誘導(dǎo)縫內(nèi)均設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶。中樓板誘導(dǎo)縫中間設(shè)置遇水膨脹橡膠止水條，面層局部設(shè)置嵌縫槽嵌填低模量聚氨酯密封膠。側(cè)墻和底板誘導(dǎo)縫迎水面連續(xù)設(shè)置外貼式橡膠止水帶。頂板誘導(dǎo)縫迎水面設(shè)嵌縫槽，以低模量聚氨酯密封膠嵌填。頂板誘導(dǎo)縫背水面橫向設(shè)置排水槽。防水構(gòu)造設(shè)計(jì)存在的問題與變形縫類似。

(4)車站與出入口通道接縫

復(fù)合墻車站洞口防水層預(yù)留洞做法及通道口側(cè)墻和頂板防水層、底板防水層預(yù)留保護(hù)做法節(jié)點(diǎn)大樣中(圖3～圖4)存在以下情況：

圖3 復(fù)合墻車站洞口防水層預(yù)留做法

圖4 車站側(cè)墻與通道側(cè)墻接頭防水構(gòu)造

(1)接縫處預(yù)鋪防水卷材或膨潤(rùn)土防水毯，但膨潤(rùn)土防水毯在出現(xiàn)滲漏水為污水時(shí)，起不到防水效果；如果膨潤(rùn)土材料防水層兩側(cè)的密實(shí)度(一般85%以上)不夠,膨潤(rùn)土不能正常發(fā)揮止水功能。另外，因種種原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)外表面不密貼，也會(huì)在結(jié)構(gòu)物表面形不成膠體隔膜,達(dá)不到防水目的。

(2)通道頂板、底板、側(cè)墻與車站側(cè)墻連接處防水構(gòu)造，在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中按施工縫防水構(gòu)造來設(shè)置，設(shè)一道注漿管和雙通道遇水膨脹止水膠。因現(xiàn)場(chǎng)施工存在技術(shù)難度，在車站主體頂板、底板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相連處防水很難完全達(dá)到要求，導(dǎo)致按施工縫的防水構(gòu)造來做連接處的防水，防水效果存在一定的不足。先建的車站側(cè)墻與后建的通道頂板、底板、側(cè)墻連接處由于施工工藝等原因無法保證混凝土施工質(zhì)量，遇水膨脹止水膠與先建的車站側(cè)墻連接緊密等存在困難，造成接頭處的防水效果不好。

(3)在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)沉降較大時(shí)，因防水層防水構(gòu)造做法較簡(jiǎn)單，較易產(chǎn)生破壞，從而導(dǎo)致防水層失效。

1.2 施工質(zhì)量原因分析

1.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)縫處滲漏的原因分析

對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)縫處滲漏的原因，主要從施工縫、變形縫及誘導(dǎo)縫等方面進(jìn)行分析。

(1)施工縫：①施工縫的位置留設(shè)不當(dāng)；②施工縫處先澆混凝土表面鑿毛處理不到位或殘?jiān)辞謇?，造成新老混凝土的粘結(jié)性不佳，新老結(jié)合面在后期產(chǎn)生裂縫；③止水帶或止水條安裝不準(zhǔn)確、固定不牢靠，或后期施工時(shí)位置移動(dòng)，不能起到很好的止水作用；④施工縫處未做企口，或下料方法不當(dāng)，骨料集中在施工縫處；⑤遇水膨脹膠條與混凝土面粘貼不密實(shí)，或在澆筑混凝土前膠條受水侵蝕先行膨脹，后期無法起到作用等；⑥沒有采用補(bǔ)償收縮混凝土,接搓部位易產(chǎn)生收縮裂縫等原因。

(2)變形縫：地鐵工程結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)往往不是同時(shí)施工，在前期施工時(shí)埋入的橡膠止水帶易在后期施工過程中受到損壞或止水帶發(fā)生脫開現(xiàn)象；另，后期變形縫變形隨時(shí)間增大，若連接的鋼筋由于質(zhì)量或受力不均而斷開，導(dǎo)致止水帶移位變形等，在變形縫處易造成滲漏。

(3)誘導(dǎo)縫：相較于施工縫、誘導(dǎo)縫滲漏情況，誘導(dǎo)縫處更易開裂，加上設(shè)計(jì)施工不當(dāng)，更容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。另外，外包防水層由于防水卷材、防水涂料未能有效的形成密閉結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致出現(xiàn)竄水層，致使整體防水層失效滲漏。

此外，其它結(jié)構(gòu)縫也對(duì)滲漏產(chǎn)生不同程度的影響，并與施工工藝、施工方法、施工設(shè)備等均有很大的關(guān)系。主要有[3]：①止水部分周邊混凝土結(jié)構(gòu)有蜂窩、磨面、孔洞等缺陷形成的滲漏通道；止水部分或止水部分周邊混凝土在終凝前受到擾動(dòng)而形成滲漏通道等；②止水部分材料本身存在質(zhì)量缺陷,如型材出現(xiàn)破損、孔洞，加上施工時(shí)的脫焊、反轉(zhuǎn)的質(zhì)量問題。另外，管片接縫處同步注漿存在問題，未在外圍形成較好的防水層；管片封頂塊插入間隙過小，管片角部受損形成滲水通道等。

1.2.2不同結(jié)構(gòu)接縫處滲漏的原因分析

地鐵車站與區(qū)間隧道、區(qū)間隧道與始發(fā)井、吊出井接口，聯(lián)絡(luò)通道與區(qū)間隧道接口及地鐵車站與聯(lián)絡(luò)通道等接縫位置容易滲漏。由于其之間施工的先后順序不同，防水等級(jí)不同，施工方法及措施也存在不同，若在兩個(gè)建筑物的接縫處防水措施未做好則不可避免地會(huì)出現(xiàn)滲漏。

接縫處滲漏原因主要有：①接縫處止水帶老化、埋設(shè)位置不準(zhǔn)確或未妥善保護(hù)產(chǎn)生局部破損，止水帶接頭處理不到位等質(zhì)量問題；②現(xiàn)場(chǎng)因條件限制或鋼筋過密砼振搗不密實(shí)導(dǎo)致止水帶與砼接觸面處氣泡或縫隙；③變形縫處用止水條安裝跑位、后期施工時(shí)止水條已受水侵蝕先行膨脹，后期無法起到作用；④外包防水預(yù)留的搭接長(zhǎng)度不夠或其它因素，導(dǎo)致防水材料無法很好的連接；⑤側(cè)墻防水板在區(qū)間隧道斷開處，未在隧道輪廓外設(shè)置止水帶收口止水；⑥在主體結(jié)構(gòu)與后澆洞口環(huán)梁間及盾構(gòu)管片與后澆洞口環(huán)梁間未設(shè)置相應(yīng)的排水措施等；⑦洞口環(huán)梁采用的鋼筋混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)達(dá)不到要求等；⑧未按設(shè)計(jì)方案施工或者防水方案的多道設(shè)防未做好，存在防水涂料涂刷厚度、次數(shù)不夠，止水條粘貼不牢固等問題。

1.3 水文地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)滲漏影響分析

地鐵工程結(jié)構(gòu)縫滲漏產(chǎn)生的原因除了設(shè)計(jì)、施工外，水文地質(zhì)環(huán)境條件也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的影響，如地質(zhì)差異沉降較大、地下水埋深等情況，都會(huì)不同程度地影響著地鐵工程結(jié)構(gòu)縫的滲漏，以福州地鐵線路為例進(jìn)行分析。

(1)地質(zhì)差異沉降對(duì)結(jié)構(gòu)縫滲漏影響

福州地鐵路線[4]自北向南穿越的地層北段和南段為硬巖(花崗巖、花崗斑巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖等)，分布廣泛的風(fēng)化巖層、孤石發(fā)育的花崗巖殘積層；中部主要為沖淤積平原，其間夾雜著山前剝蝕丘陵。區(qū)間隧道自北向南要多次穿越雜填土(素填土、填土與砂礫或混凝土等混合)，淤泥或淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土或粘土、含泥細(xì)砂或粉砂、淤泥夾粉細(xì)砂、粉砂、細(xì)砂、中砂、卵石、殘積土、殘積砂質(zhì)、礫質(zhì)土、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化至微風(fēng)化花崗巖、花崗斑巖、凝灰熔巖等軟硬不均，上軟下硬的復(fù)雜地層。

地鐵路線下既有巨厚淤泥層，又有遇水后力學(xué)性質(zhì)顯著降低的花崗巖殘積土層。淤泥層具有含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、靈敏度高、易擾動(dòng)等特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，坑底易產(chǎn)生隆起?；◢弾r殘積土兼具粘性土和砂土的工程特性，在天然狀態(tài)下具有較低的壓縮性、較高的承載力和較大的抗剪強(qiáng)度，但遇水后力學(xué)性質(zhì)顯著降低。福州地下水豐富且埋藏淺，易導(dǎo)致花崗巖殘積土層遇水發(fā)生軟化崩解。

這些復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件，將導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)接縫處的地質(zhì)沉降差異較大，而根據(jù)地下工程防水技術(shù)規(guī)范，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)沉降變形縫的最大允許差異沉降不應(yīng)大于30mm，防水構(gòu)造設(shè)計(jì)中往往很難考慮到福州的地質(zhì)差異情況進(jìn)行有針對(duì)的構(gòu)造方案設(shè)計(jì)，而此時(shí)的一些常規(guī)防水措施，如橡膠止水帶、密封膠等極易失效，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)縫處滲漏。

(2)地下水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)縫滲漏影響

福州地鐵規(guī)劃場(chǎng)區(qū)主要位于平原區(qū)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水類型主要以第四系松散層孔隙潛水和承壓水為主，少量涉及風(fēng)化殘積孔隙裂隙水和基巖裂隙水。

福州地區(qū)水位埋深淺(1m～4m)，地鐵隧道一般埋深于地表以下15m～21m的深度范圍，越江段埋深為20m～26m，隧道結(jié)構(gòu)體處于地下水位以下。區(qū)內(nèi)富水含水層主要分布于沿江、沿海一帶的砂層及砂礫卵石層中，大部分路段的地鐵隧道需穿越該層，這就直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)縫內(nèi)承受較大的地下水壓力，結(jié)構(gòu)縫防水構(gòu)造措施要考慮這種大水壓力的作用。

(3)地下熱水對(duì)結(jié)構(gòu)縫滲漏影響

福州多條地鐵規(guī)劃路線經(jīng)過地?zé)崽飬^(qū)[5]。福州地?zé)崽镏饕l(fā)育兩種性質(zhì)不同的熱儲(chǔ)層：一為花崗巖類巖石構(gòu)造裂隙脈狀承壓熱水，二為第四系孔隙層狀承壓熱水?；鶐r裂隙脈狀承壓熱水，主要富水帶沿?cái)嗔褬?gòu)造帶分布，儲(chǔ)存深度一般在70m以下，上部覆蓋有40m～65m厚度的第四系地層，孔口最高水溫97.5℃，孔底最高水溫108℃，深部熱儲(chǔ)溫度可達(dá)130～155℃；第四系孔隙層狀熱水含水層由泥質(zhì)砂礫卵石組成，熱儲(chǔ)層厚度為10m～25m，埋深一般在15m以下，該層地?zé)崴疁囟纫话憧蛇_(dá)45～65℃。地?zé)崽飬^(qū)的熱水溫度都比常溫要高很多，位于這些地段的地鐵工程防水所選用的材料還應(yīng)通過耐溫水試驗(yàn)，并要求嚴(yán)格控制混凝土及原材料的耐腐蝕性能。若防水材料達(dá)不到耐溫水試驗(yàn)要求，就容易影響防水材料的耐久性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)縫處滲漏。

綜之，地鐵工程在設(shè)計(jì)、施工中，要對(duì)工程周圍的水質(zhì)、水源、土質(zhì)等情況進(jìn)行調(diào)查，掌握水位隨季節(jié)變化的規(guī)律和地表水的情況，以確定工程所承受的最大水壓，對(duì)不同結(jié)構(gòu)縫所處地質(zhì)差異沉降進(jìn)行充分分析研究，采取不同的防滲構(gòu)造措施。此外，地鐵工程在滲漏治理時(shí)還應(yīng)了解與之相連的生產(chǎn)用水、生活用水的上下管道是否完好，以便查明引起滲漏的原因，為制定防水堵漏方案與切斷水源提供依據(jù)。

2 結(jié)構(gòu)未知縫部分滲漏原因分析

按防水工程的重要性，地鐵工程防水分為兩個(gè)等級(jí)，首要的是結(jié)構(gòu)自防水，也是根本防線。在地鐵結(jié)構(gòu)施工中分析影響防水混凝土防水效果的相關(guān)因素，分析結(jié)構(gòu)未知縫產(chǎn)生的原因及受力機(jī)理，采取相應(yīng)預(yù)防措施，改善混凝土自身的抗?jié)B能力，成為結(jié)構(gòu)未知縫(裂縫)防滲漏的重點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，從技術(shù)的角度主要有以下幾個(gè)方面[6]：設(shè)計(jì)原因引起的裂縫；混凝土材料缺陷引起的裂縫；施工質(zhì)量問題引起的裂縫；使用維護(hù)不當(dāng)引起的裂縫；由于環(huán)境侵蝕而產(chǎn)生的化學(xué)破壞裂縫；偶然力作用后產(chǎn)生的殘余裂縫。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，在有外水的情況下，不可避免就出現(xiàn)滲漏。

地鐵工程混凝土結(jié)構(gòu)由于諸多因素的作用，導(dǎo)致開裂問題，排除了設(shè)計(jì)、施工等主觀因素引起的裂縫外，其客觀因素主要分為3種：收縮引起的開裂、耐久性下降引起的開裂和使用過程引起的開裂。

而收縮引起的開裂及其成因有：水泥水化導(dǎo)致的混凝土溫差開裂、混凝土硬化過程中的收縮開裂。耐久性下降引起的開裂及其成因有：滲透開裂、銹蝕開裂。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，不但降低混凝土抗疲勞性和抗?jié)B能力產(chǎn)生滲漏，加速混凝土的碳化及內(nèi)部配置鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)耐久性下降和使用壽命嚴(yán)重縮短，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。為保證地鐵車站正常運(yùn)營(yíng)，一是必須在做好預(yù)防措施，包括做好混凝土結(jié)構(gòu)自防水和結(jié)構(gòu)外防水，通過如材料精選、配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、附加非固化防水材料、設(shè)置電極等方法；二是裂縫監(jiān)控措施；三是有效的修復(fù)措施。

3 結(jié)語

地鐵工程滲漏水主要發(fā)生結(jié)構(gòu)縫位置處，滲漏原因非常多，本文從設(shè)計(jì)、施工及地質(zhì)環(huán)境等因素對(duì)地鐵工程結(jié)構(gòu)已知設(shè)縫、不同結(jié)構(gòu)接縫及未知產(chǎn)生的裂縫處滲漏原因進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)上要注意防水構(gòu)造設(shè)置科學(xué)合理，以免導(dǎo)致后期滲漏；在施工上，滲漏原因主要有混凝土施工質(zhì)量缺陷、止水設(shè)施存在問題等因素；而地質(zhì)環(huán)境對(duì)地鐵工程滲漏的影響主要有3個(gè)方面，地質(zhì)差異沉降、地下水壓力及地下熱水等。地鐵工程結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的客觀因素主要有：收縮引起的開裂、耐久性下降引起的開裂和使用過程引起的開裂。本文對(duì)地鐵工程結(jié)構(gòu)縫滲漏原因分析總結(jié)，為后續(xù)治理提供參考依據(jù)。