常松 魏新 蘆宇亭

(哈爾濱市市政工程設(shè)計(jì)院 150070)

引言

預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)作為一種興起于20 世紀(jì)50 年代的結(jié)構(gòu)形式,是一種以鋼筋和混凝土為材料,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)在工廠制造箱涵構(gòu)件,在現(xiàn)場(chǎng)采用拼裝工藝施工成為整體的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于地下綜合管廊、城市雨污水管道、地下通道等各類市政管涵工程中[1,2]。地下結(jié)構(gòu)的防水性能是影響其安全性和耐久性的重要因素,一旦出現(xiàn)滲、漏水現(xiàn)象,很難采取有效的解決措施,并且在耗費(fèi)巨大的人力物力的同時(shí)也不能徹底解決問(wèn)題,因此在設(shè)計(jì)施工階段解決好地下結(jié)構(gòu)的防水構(gòu)造尤為重要[3]。預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)自身的拼接縫構(gòu)造是其防水措施的關(guān)鍵位置,因此非常有必要針對(duì)預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)自身防水及拼接縫處的防水進(jìn)行深入討論,并制定合理的解決措施。

1 工程概況

哈爾濱市某地下過(guò)街通道位于哈爾濱市道里區(qū)群力新區(qū)友誼西路,地下通道主體建設(shè)面積為814.75m2,包括地道主體、4 個(gè)出入口及其他附屬設(shè)施,平面布局成“工”字型。由于工程建設(shè)地點(diǎn)友誼西路為城市主干道,日常車流量較大,明挖現(xiàn)澆式施工方式占地面積大,施工周期長(zhǎng),對(duì)道路交通影響很大,建設(shè)單位決定主體通道部分采用預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu),兩側(cè)出入口部分采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),工程平面、斷面布置見(jiàn)圖1。主體通道斷面輪廓尺寸7.2m(寬)×6m(高),壁厚600mm,單節(jié)預(yù)制箱涵1.5m 長(zhǎng),共13 節(jié)(其中2 節(jié)為1.2m,位于兩端與現(xiàn)澆出入口連接處),預(yù)制段全長(zhǎng)18.9m。由于單節(jié)預(yù)制箱涵構(gòu)件重量較大,運(yùn)輸和吊裝難度大,因此采用帶縱向拼接縫的預(yù)制混凝土箱涵,單個(gè)構(gòu)件吊裝重量27.4t。縱、橫向拼接縫處均采用平口連接,上下分體間、縱向管節(jié)間的連接均采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉拉緊。

圖1 人行地下通道平、斷面布置示意Fig.1 Planar graphs and section view of the underpass

2 防水設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析及做法

根據(jù)國(guó)家規(guī)范,地道防水按一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[4],即不應(yīng)有滲水,結(jié)構(gòu)無(wú)濕漬[5]。

2.1 結(jié)構(gòu)主體自防水

《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》 (GB 50108 -2008)[5]規(guī)定: 當(dāng)工程埋置深度小于10m 時(shí),混凝土抗?jié)B等級(jí)采用P6,當(dāng)工程埋置深度在10m ～20m 之間時(shí),混凝土抗?jié)B等級(jí)采用P8。雖然本次工程基底埋深約為8m,但考慮到工程建設(shè)地點(diǎn)位于松花江畔,地下水位較高,預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)對(duì)防水要求比較高,并借鑒《預(yù)制混凝土箱涵》(JC/T 2456)的相關(guān)規(guī)定,因此主體預(yù)制段通道采用抗?jié)B混凝土,抗?jié)B等級(jí)為P8。

2.2 結(jié)構(gòu)外包防水

根據(jù)規(guī)范要求,地下通道主體結(jié)構(gòu)外包防水應(yīng)選一至二種防水材料,包括: 防水卷材、防水涂料、塑料防水板、膨潤(rùn)土防水材料、防水砂漿、金屬防水板。本工程外表面防水采用一剛一柔兩道防水,剛性防水采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料,柔性防水采用多組分高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料。

水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料具有滲透功能,能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)滲透到混凝土內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶體堵住混凝土的毛細(xì)孔,與結(jié)構(gòu)主體有效結(jié)合形成一道剛性防水,達(dá)到永久防水的效果,同時(shí)還具有無(wú)毒、耐酸堿、防腐蝕及自修復(fù)的性能,能有效地保護(hù)混凝土和鋼筋,適用溫度-30℃～120℃,適合哈爾濱地區(qū)嚴(yán)寒氣候特點(diǎn)[6]。

設(shè)計(jì)初期,柔性防水層采用SBS 改性瀝青防水卷材,與主體結(jié)構(gòu)粘結(jié)采用非固化瀝青防水涂料,在廠內(nèi)閉水試驗(yàn)過(guò)程中,管節(jié)張拉后底板防水卷材層與結(jié)構(gòu)主體粘結(jié)失效,發(fā)生剝離,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)防水效果,故調(diào)整為聚氨酯防水涂料。該材料是一種反應(yīng)固化型高分子防水涂料,具有較高的抗拉強(qiáng)度,彈性好,粘結(jié)力強(qiáng),防水層連續(xù)無(wú)接縫,防水效果良好,同時(shí)還具有耐磨、耐腐蝕性以及耐低溫柔順性好的優(yōu)點(diǎn)[7]。

由于地下通道為兩側(cè)開敞式結(jié)構(gòu),為防止通道內(nèi)冷凝水及偶然灌入地表水對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,在通道的內(nèi)表面涂刷了一層水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

預(yù)制段通道結(jié)構(gòu)的外包防水做法見(jiàn)圖2。

2.3 拼接縫處的防水

作為預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)的防水薄弱位置,拼接縫處防水措施的可靠性關(guān)系到整個(gè)預(yù)制結(jié)構(gòu)的防水能否起到良好效果。

拼接縫分為縱向拼接縫和橫向拼接縫,其中橫向拼接縫為管節(jié)間的連接構(gòu)造,縱向拼接縫為單節(jié)上下分體構(gòu)件的連接構(gòu)造。在拼接縫處,沿壁(板)厚方向布置了四道止水膠條,該膠條變形能力強(qiáng),具有一定的彈性,與混凝土粘結(jié)力強(qiáng)。在管節(jié)張拉完畢后,膠條被擠壓變形并密實(shí)填充拼接縫,從而起到有效的防水效果。除此以外,由于拼接縫是預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)防水的薄弱位置,在拼接縫位置處的內(nèi)外表面均做了防水加強(qiáng)處理。在外表面,除正常的外包防水層外,附加了兩道高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料。雖然高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料具有一定的抗拉強(qiáng)度,但為避免由于不均勻沉降等因素導(dǎo)致拼接縫處變形,造成防水層被剪斷或拉斷,在兩道附加防水涂料之間內(nèi)襯一層聚氨酯無(wú)紡布,以提高該位置處的防水層抗拉強(qiáng)度。在內(nèi)表面,除正常的外包防水層外,附加一道水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。這樣的防水加強(qiáng)構(gòu)造措施有效提高了拼接縫處的防水能力。

圖2 預(yù)制段外包防水做法Fig.2 Waterproof on the lateral side of the precast culvert box

在混凝土墊層和主體結(jié)構(gòu)底板防水層之間(兩道拼接縫防水加強(qiáng)層之間)鋪設(shè)10mm 厚水泥干拌砂,其主要起到三個(gè)方面的作用: 一方面是避免主體結(jié)構(gòu)與墊層直接接觸導(dǎo)致摩擦力過(guò)大,張拉困難,便于預(yù)制管節(jié)的張拉; 另一方面是起到保護(hù)防水層的作用,避免防水層與混凝土墊層直接摩擦造成防水層被破壞,影響防水效果; 第三方面可以保證墊層具有良好的平整度,滿足預(yù)制箱涵安裝的要求及拼接縫處防水加強(qiáng)層厚度要求。

在壁板斷面張拉孔周圍鋪設(shè)環(huán)形止水膠條,在完成張拉后,環(huán)形止水膠條受壓變形從而密實(shí)填充張拉孔周圍縫隙空間,有效避免了水進(jìn)入張拉孔。

拼接縫處的防水做法及現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖3。

2.4 施工縫處的防水

本工程車行道下方的通道主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu),通道兩端位于人行道下方的人員出入口采用了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),因此存在預(yù)制段與現(xiàn)澆段連接處的施工縫。根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,防水等級(jí)為一級(jí)時(shí),施工縫應(yīng)選二種,包括: 遇水膨脹止水條、外貼式止水帶、中埋式止水帶、外抹防水砂漿、外涂防水涂料、預(yù)埋注漿管等形式。

圖3 預(yù)制段拼接縫處防水做法Fig.3 The waterproof in the juncture of the precast culvert box

由于這道施工縫兩側(cè)分別為不同的結(jié)構(gòu)形式,此位置極易產(chǎn)生縫隙和沉降差,因此是結(jié)構(gòu)防水的關(guān)鍵位置。除正常的結(jié)構(gòu)外包防水層外,本工程在該施工縫處進(jìn)行了特殊的防水處理: 沿壁(板)厚方向布置兩道原生料遇水膨脹止水條,并沿通道斷面環(huán)形通長(zhǎng)布置; 在施工縫靠近通道內(nèi)側(cè)一端,預(yù)留10mm×20mm 的預(yù)留槽并填充MDT 密封膠; 在施工縫臨土側(cè)一端,附加外貼式橡膠止水帶; 在施工縫外表面附加防水層做法同拼接縫,采用兩道內(nèi)襯無(wú)紡布的聚氨酯防水涂料夾心式防水加強(qiáng)構(gòu)造,聚氨酯防水涂料與外貼式橡膠止水帶無(wú)化學(xué)反應(yīng),且連接可靠; 最后,在兩道原生料遇水膨脹止水條中間,壁(板)厚中心位置處,埋設(shè)注漿管,以方便未來(lái)該處一旦發(fā)生滲漏水后注漿堵漏。施工過(guò)程中應(yīng)采取可靠措施保證外貼式止水帶順直,該處混凝土澆筑應(yīng)做好質(zhì)量控制,澆筑密實(shí)。

施工縫處的防水做法見(jiàn)圖4。

圖4 預(yù)制段與現(xiàn)澆段連接施工縫處的防水做法Fig.4 The waterproof in the construction joint between the precast culvert box and the cast-in-place parts

2.5 連接箱處的防水

本工程預(yù)制混凝土箱涵管節(jié)及單節(jié)上下分體式構(gòu)件間的連接均采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線,需在頂、底板及側(cè)壁預(yù)留張拉孔,并布置連接箱。由于連接箱直接暴露于環(huán)境中,一旦連接箱處防水密封措施不到位,地下水將進(jìn)入連接箱并通過(guò)張拉孔進(jìn)入通道結(jié)構(gòu)內(nèi)部。因此,當(dāng)管節(jié)張拉結(jié)束后,首先將連接箱外表面鑿毛處理并噴涂界面劑,利用C40 細(xì)石混凝土將連接箱密實(shí)填充。由于預(yù)制箱涵外包防水預(yù)先在工廠內(nèi)涂刷完畢,需將連接箱處現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)做防水,防水做法同主體結(jié)構(gòu)的外包防水,補(bǔ)做防水與主體結(jié)構(gòu)防水的搭接需滿足相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求。

連接箱處的防水做法見(jiàn)圖5。

圖5 連接箱處的防水做法Fig.5 The waterproof in the slot for connection

3 閉水試驗(yàn)

管節(jié)張拉完畢后,需對(duì)已張拉完畢處的拼接縫進(jìn)行閉水試驗(yàn),以檢驗(yàn)其防水性能,具體檢驗(yàn)步驟及要求如下: 通過(guò)預(yù)留的注水管向拼接縫內(nèi)加壓注水,待加壓至0.07MPa 后,通過(guò)布置在縫兩側(cè)的預(yù)留孔觀察拼接縫內(nèi)是否全部注滿水,保持恒壓狀態(tài)10min,觀察拼接縫表面是否有漏點(diǎn)或濕漬,一旦發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)或濕漬,說(shuō)明該處拼接縫防水不滿足要求,需進(jìn)行堵漏處理。同時(shí),當(dāng)使用過(guò)程中拼接縫處發(fā)生滲漏水現(xiàn)象時(shí),該注水管也可作為注漿管使用,對(duì)拼接縫進(jìn)行注漿堵漏處理。

4 結(jié)語(yǔ)

1.預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)場(chǎng)施工周期短、占地面積小、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn),非常適合于地下通道等一類位于機(jī)動(dòng)車道下方的地下構(gòu)筑物的建設(shè)施工。

2.預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)時(shí),拼接縫位置是結(jié)構(gòu)防水的關(guān)鍵位置,其防水效果關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。本文基于實(shí)際工程的工程條件,針對(duì)帶縱向拼接縫的預(yù)制混凝土箱涵裝配式人行地下通道的外包防水及拼接縫等幾個(gè)關(guān)鍵位置處的防水方案是提出了解決措施,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)閉水試驗(yàn)及完成情況來(lái)看,取得了很好的防水效果。本工程受生產(chǎn)工藝限制,部分連接箱布置在結(jié)構(gòu)迎水面,今后類似工程可以考慮將其布置在內(nèi)側(cè)以利于防水及張拉,其后期灌實(shí)混凝土可適量摻加微膨脹劑或采用特殊填充材料,以保證密實(shí)效果。

3.地下工程防水材料的選擇應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件,如地下水埋深、地下水性質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)凍深等,合理選擇防水材料及防水形式,在滿足防水規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,做到經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。