胡正波

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 430063, 武漢)

目前,城市軌道交通地下車站必須面對(duì)的課題是擺脫傳統(tǒng)粗放型發(fā)展模式,向以裝配式建筑為代表的工業(yè)化方向轉(zhuǎn)型,這同時(shí)也是行業(yè)未來持續(xù)快速發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。地下結(jié)構(gòu)由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所處的復(fù)雜地下條件,防水技術(shù)的好壞對(duì)結(jié)構(gòu)施工的便利性和結(jié)構(gòu)使用的壽命長(zhǎng)短都起著至關(guān)重要的作用。因此,對(duì)裝配式地下車站防水關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究至關(guān)重要,這決定著該車站能否具有持久的生命力[1]。

1 裝配疊合整體式地下車站的防水總體方案

本裝配疊合整體式地下車站的防水關(guān)鍵技術(shù),是通過理論研究、數(shù)值分析及試驗(yàn)研究得到的。該方案突破了裝配疊合整體式式地下車站主體結(jié)構(gòu)防滲抗裂、外包防水及細(xì)部節(jié)點(diǎn)防水等關(guān)鍵技術(shù),最終在錫澄線南門站得以應(yīng)用。

南門站主體結(jié)構(gòu)外包總長(zhǎng)為198.7 m,寬度為19.7 m;有效站臺(tái)長(zhǎng)為120 m,寬度為11 m。該車站為地下兩層框架結(jié)構(gòu),地下一層為站廳層,地下二層為站臺(tái)層。車站底板為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),中柱為鋼管混凝土柱,側(cè)墻、中板、中縱梁、頂板及頂縱梁等均為預(yù)制疊合構(gòu)件。其中,板采用先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,梁采用型鋼組合結(jié)構(gòu),均通過預(yù)應(yīng)力和型鋼抵抗施工荷載,疊合后澆筑混凝土形成整體結(jié)構(gòu)[2]。南門站橫斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注:A、E為側(cè)墻;B為柱;C、G分別為中板、頂板;D、F分別為中縱梁、頂縱梁。

南門站的主要施工工序如下:

1) 施工車站圍護(hù)結(jié)構(gòu),隨撐隨挖,施工底板墊層、底板及負(fù)二層側(cè)墻防水。

2) 安裝負(fù)二層側(cè)墻A、柱B(包括中縱梁和頂縱梁連接節(jié)點(diǎn))、中縱梁D。

3) 澆筑負(fù)二層側(cè)墻以及中板、梁、柱間節(jié)點(diǎn),安裝中板C。

4) 采用現(xiàn)澆法澆筑中板,拆除第二道鋼支撐。

5) 安裝負(fù)一層側(cè)墻E、頂縱梁F等。

6) 澆筑負(fù)一層側(cè)墻以及頂板、梁、柱間節(jié)點(diǎn),安裝頂板G,并澆筑混凝土,拆除第一道混凝土支撐,回遷管線,回填頂板覆土,恢復(fù)路面交通。

地下結(jié)構(gòu)防水主要以結(jié)構(gòu)自防水為根本,采取措施控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的開展,以提高混凝土的抗?jié)B性能和耐久性能。同時(shí)以施工縫、變形縫等細(xì)部構(gòu)造的防水為重點(diǎn),同時(shí)在結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)置柔性全包防水層。裝配疊合整體式車站對(duì)比現(xiàn)澆車站,由于舊混凝土的收縮已完成,新混凝土的收縮剛開始,所以新舊混凝土的收縮容易在接觸面形成剪切或拉伸裂縫,致使新舊混凝土不能共同工作,直接影響鋼筋混凝土的防水性和耐久性。

綜合相關(guān)因素,裝配疊合整體式地下車站的防水需要重點(diǎn)研究預(yù)制構(gòu)件防滲抗裂、后澆混凝土防滲抗裂、現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件的接觸面、細(xì)部施工縫及預(yù)制構(gòu)件拼縫節(jié)點(diǎn)防水等內(nèi)容。本文對(duì)錫澄線南門站裝配疊合整體式防水的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,結(jié)合南門站實(shí)際應(yīng)用,為后續(xù)類似工程提供參考。

2 裝配疊合整體式地下車站防水關(guān)鍵技術(shù)

2.1 混凝土抗裂防滲技術(shù)

混凝土變形開裂問題不是由單一因素造成的,是混凝土材料、環(huán)境和約束作用等多因素共同作用的結(jié)果?？紤]到此耦合作用,通過采用基于“水化-溫度-濕度-約束”多場(chǎng)耦合作用的開裂評(píng)估模型,對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估,得出成套的混凝土裂縫控制技術(shù)方案[3-4]。

2.1.1 預(yù)制構(gòu)件抗裂防滲性能

圖2為裝配疊合整體地下車站預(yù)制構(gòu)件計(jì)算模型。對(duì)預(yù)制構(gòu)件的抗裂防滲性能進(jìn)行研究,其主要內(nèi)容包括:

a) 板

1) 在水蒸氣養(yǎng)護(hù)降溫過程中,頂板和墻板開裂風(fēng)險(xiǎn)的較大位置主要為厚度分別為500 mm和350 mm的結(jié)構(gòu)表面,以及厚度為100 mm的結(jié)構(gòu)中心和表面。

2) 為預(yù)防頂板開裂風(fēng)險(xiǎn),降溫速率不宜大于2.2 ℃/h。

3) 為預(yù)防墻板開裂風(fēng)險(xiǎn),水蒸氣養(yǎng)護(hù)由45 ℃降至10 ℃的時(shí)間不宜小于24 h,降溫速率不宜大于1.5 ℃/h。

2.1.2 現(xiàn)澆混凝土抗裂防滲技術(shù)

文獻(xiàn)[5]對(duì)疊合式墻板收縮裂縫技術(shù)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,本文對(duì)后澆筑混凝土的抗裂防滲性能進(jìn)行了研究。圖3為裝配疊合整體式地下車站現(xiàn)澆墻板計(jì)算模型。

a) 現(xiàn)澆墻

b) 現(xiàn)澆板

1) 底板混凝土表面散熱面積較大,下部約束相對(duì)較小,其開裂風(fēng)險(xiǎn)較低,僅在表面存在一定的溫差開裂風(fēng)險(xiǎn)。因此,需重點(diǎn)做好底板表面保溫、保濕的養(yǎng)護(hù)措施,并控制里表溫差不超過20 ℃。

2) 側(cè)墻現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的開裂風(fēng)險(xiǎn)主要由其整體降溫過程中的收縮變形,即由預(yù)制側(cè)墻和底板對(duì)部分現(xiàn)澆混凝土外部的約束作用引起。一次性澆筑長(zhǎng)度為18～24 m時(shí),側(cè)墻現(xiàn)澆混凝土內(nèi)部和表面的最大開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均大于1.0,存在比較大的開裂風(fēng)險(xiǎn),因此,可通過控制混凝土水化熱引起的溫升和收縮,提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)約束條件下的抗裂性,并采取適當(dāng)控制分段、頂部保溫保濕的養(yǎng)護(hù)措施。

3) 頂板混凝土收縮受下部預(yù)制件、側(cè)墻約束,開裂風(fēng)險(xiǎn)較高,同時(shí)摻加溫控抗裂材料,以控制混凝土硬化后的收縮,從而使得頂板混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)不超過0.70。

2.1.3 現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件的接觸面

圖4為裝配疊合整體式地下車站后澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件接觸面計(jì)算模型和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖片。對(duì)現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件的接觸面相關(guān)性能進(jìn)行研究,其主要內(nèi)容包括[6]:

a) 計(jì)算模型

b) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1) 在疊合構(gòu)件劈裂抗拉及抗剪試驗(yàn)中,根據(jù)結(jié)構(gòu)顯示,水洗露骨料施工工藝適應(yīng)于以受拉為主的接觸面,鑿毛施工工藝更適應(yīng)于以受剪為主的接觸面。

2) 在疊合構(gòu)件劈裂抗拉及抗剪試驗(yàn)中,結(jié)合有限元結(jié)果分析,疊合結(jié)構(gòu)的抗剪性能與現(xiàn)澆試塊基本一致,其抗劈裂破壞性能比現(xiàn)澆試塊強(qiáng)。

3) 將車站預(yù)制板墻與后澆混凝土的接觸面設(shè)置為粗糙面,粗糙面采用水洗工藝(局部無法采用水洗工藝部位采用拉毛工藝),其粗糙面面積大于接觸面的80%,凹凸深度大于6 mm。

2.1.4 抗裂混凝土技術(shù)要求

結(jié)合上述研究,裝配疊合整體式地下車站混凝土的配合比設(shè)計(jì),應(yīng)遵循低用水量、低水泥用量、適當(dāng)水膠比、最大堆積密度的原則,同時(shí)在滿足相關(guān)規(guī)范的要求下,仍需符合以下規(guī)定:

1) 膠凝材料用量宜為350～420 kg/m3。

2) 水膠比不宜大于0.45。

3) 側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)宜單摻25%～30%的粉煤灰,不摻或少摻礦粉;其余部位可雙摻粉煤灰和礦粉,摻量宜為25%～40%。

4) 側(cè)墻和頂板混凝土宜摻加8%～10%的溫控膨脹抗裂劑,以控制開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)不大于0.7?？沽鸦炷恋募夹g(shù)指標(biāo)見表1?；炷恋南拗婆蛎浡屎妥陨w積變形應(yīng)符合抗裂混凝土的技術(shù)指標(biāo)要求(見表1)。

表1 抗裂混凝土的技術(shù)指標(biāo)

5) 適當(dāng)添加水化溫升抑制材料,通過摻加化學(xué)外加劑調(diào)控水泥放熱歷程,降低早期放熱量,進(jìn)而降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升。

6) 采用不同膨脹組分的多元復(fù)合膨脹劑,利用特制的氧化鈣類膨脹組分實(shí)現(xiàn)早期膨脹,利用高活性氧化鎂膨脹組分實(shí)現(xiàn)中期膨脹,利用低活性氧化鎂膨脹組分實(shí)現(xiàn)后期膨脹,從而實(shí)現(xiàn)全過程補(bǔ)償混凝土收縮[7-8]。

2.2 裝配疊合整體式地下車站外包防水方案

常規(guī)地下車站滲漏水主要表現(xiàn)在混凝土裂縫、變形縫或施工縫等位置?；炷亮芽p主要為溫度細(xì)微裂縫,極少出現(xiàn)荷載裂縫。裝配疊合整體式地下車站采用的無模板支護(hù)和模板拆除工況,對(duì)混凝土裂縫控制均是有利的。根據(jù)裝配式地下車站的施工工序、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用工況,確定采用全包防水方案。

側(cè)墻和底板采用厚1.5 mm的合成高分子預(yù)鋪防水卷材(P類)。底板在基坑開挖至坑底后完成厚150 mm C20素混凝土+厚50 mm細(xì)石混凝土墊層,鋪設(shè)防水卷材,綁扎鋼筋,澆筑混凝土;在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外施做厚20 mm防水砂漿找平層,鋪設(shè)防水卷材,綁扎鋼筋,澆筑混凝土。防水卷材的施工工藝要求為:

1) 相鄰兩幅防水卷材的有效搭接寬度為10 cm,要求上幅壓下幅進(jìn)行搭接。

2) 底板防水卷材上嚴(yán)禁澆筑細(xì)石混凝土保護(hù)層,需直接進(jìn)行鋼筋綁扎和底板混凝土澆筑。

3) 防水層破損部位應(yīng)采用同材質(zhì)材料進(jìn)行修補(bǔ),補(bǔ)丁滿粘在破損部位,補(bǔ)丁四周距破損邊緣的最小距離不小于10 cm。

頂板采用厚2.5 mm的單組分聚氨酯防水涂料。頂板混凝土澆筑完成后,對(duì)其進(jìn)行基面處理?；嫣幚硗旰?實(shí)施單組分聚氨酯防水涂料,施作紙?zhí)ビ蜌指綦x層,澆筑厚80 mm 的C20細(xì)石混凝土保護(hù)層,最后采用黏土回填。防水涂料的施工工藝要求為:

1) 涂膜防水層與基層之間應(yīng)黏結(jié)牢固,不得有空鼓、砂眼、脫層等現(xiàn)象。

2) 涂膜收口部位應(yīng)連續(xù)、牢固,不得出現(xiàn)翹邊、空鼓部位。

3) 剛性保護(hù)層完工前,任何人員不得進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng),以免破壞防水層。

2.3 裝配疊合整體式地下車站細(xì)部構(gòu)造防水方案

2.3.1 裝配段施工縫防水

裝配疊合整體式地下車站墻體與底板、中板的連接節(jié)點(diǎn)——濕節(jié)點(diǎn),采用環(huán)箍節(jié)點(diǎn)形式,現(xiàn)澆墻體無法預(yù)埋橡膠鋼板止水帶。綜合比選后,確定采用遇水膨脹止水條等遇水膨脹材料,同步預(yù)埋注漿管。水平施工縫和環(huán)向施工縫的接縫防水設(shè)計(jì)見圖5。

注:W為墻體的厚度。

b) 環(huán)向施工縫防水構(gòu)造圖

2.3.2 裝配段構(gòu)件拼縫處防水

1) 圓形壓縮密封條設(shè)計(jì)。裝配疊合整體式地下車站預(yù)制構(gòu)件寬度為3 m,負(fù)一層側(cè)墻與頂板形成間隔為3 m的倒U型預(yù)制拼裝縫。綜合車站所處環(huán)境及受力性能等因素后,拼縫采用后嵌式圓形壓縮密封條設(shè)計(jì)方案(見圖6)。后嵌式圓形壓縮密封條采用丁苯橡膠,在預(yù)制構(gòu)件拼裝和混凝土澆筑完成后,對(duì)拼縫進(jìn)行后嵌處理。該密封條適度的壓縮比,對(duì)兩邊平行的側(cè)壁可以形成對(duì)稱、強(qiáng)大和永久的氣壓回復(fù)力,實(shí)現(xiàn)縫隙物理止水,且密封條不會(huì)形成永久變形,從而保障密封的長(zhǎng)久性,實(shí)現(xiàn)防水的目的。

圖6 后嵌式圓形壓縮密封條

2) 壓縮密封節(jié)點(diǎn)濕埋收頭。裝配疊合整體式車站拼縫處接頭采用插針式壓縮密封化學(xué)灌漿工藝(見圖7)。在該壓縮密封條端頭沿著物理接口,插入帶φ3 mm鋼針的注漿針頭,壓縮密封條強(qiáng)大的回彈力可將針頭密封,使其直接與灌漿泵連接。對(duì)壓縮密封條背后的腔體進(jìn)行壓力灌漿,漿液在泵的壓力作用下向能泄壓的方向流動(dòng),有序引導(dǎo)漿液走向,同時(shí)充分利用化學(xué)漿液的低黏度和填充性能來實(shí)現(xiàn)收頭封端。

a) 側(cè)墻與板交接處收頭封端

b) 梁與板交接處收頭封端

3) 預(yù)制板在牛腿位置采用黏結(jié)措施。預(yù)制頂板(中板)擱置在預(yù)制側(cè)墻上部的牛腿上,為防止水從預(yù)制頂板(中板)與預(yù)制側(cè)墻的物理搭接縫中滲出,在靠車站內(nèi)側(cè)5～10 cm的接觸面處,采用電動(dòng)膠槍進(jìn)行S型打膠以形成黏結(jié),將滲漏水集中到側(cè)墻板之間或頂板(中板)之間的預(yù)制拼裝壓縮密封縫隙,防止接觸面竄水滲漏。

2.4 工程應(yīng)用

基于水化-溫度-濕度-約束多場(chǎng)耦合作用,對(duì)南門站主體結(jié)構(gòu)開裂進(jìn)行評(píng)估。底板和中板采用高性能混凝土,側(cè)墻和頂板采用補(bǔ)償收縮、高抗裂混凝土。在混凝土中添加8%～10%的多元復(fù)合膨脹劑,并控制其細(xì)度、C3A(三鈣鋁酸)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、礦物摻合料摻入量等內(nèi)容。混凝土限制膨脹率不小于0.05%;初凝后的24 h水化熱降低率≥30%,7 d水化熱降低率≤15%;7 d自生體積變形≥0.020%,28 d自生體積變形≥0.010%。南門站采用外包防水,在預(yù)制構(gòu)件之間采用壓縮密封條,在壓縮密封條端頭沿著物理接口,插入帶φ3 mm鋼針的注漿針頭灌漿密實(shí)。側(cè)墻板之間和頂板(中板)之間的預(yù)制拼裝壓縮密封縫隙采用電動(dòng)膠槍進(jìn)行S型打膠,形成黏結(jié),防止接觸面竄水滲漏。

目前南門站主體結(jié)構(gòu)已施工完成,車站基本無滲漏水情況。

3 結(jié)語

1) 提出一種適用于城軌裝配疊合整體式地下車站的防水關(guān)鍵技術(shù)方案,有效解決了此類型車站的滲漏水問題。

2) 預(yù)制板墻開裂風(fēng)險(xiǎn)的較大位置主要為厚度分別為500 mm和350 mm的構(gòu)件表面,以及厚度為100 mm的構(gòu)件中心及其表面;預(yù)制頂板降溫速率不宜大于2.2 ℃/h;預(yù)制墻板水蒸氣養(yǎng)護(hù)由45 ℃降至10 ℃的時(shí)間不宜小于24 h,降溫速率不宜大于1.5 ℃/h。

3) 針對(duì)疊合結(jié)構(gòu)體系,以受拉為主的構(gòu)件宜采用水洗露骨料施工工藝,以受剪為主的構(gòu)件宜采用鑿毛施工工藝。

4) 溫度場(chǎng)調(diào)控與膨脹歷程調(diào)控可有效降低混凝土開裂,提高車站防水性能。

5) 車站主體結(jié)構(gòu)外包防水方案,后嵌式圓形壓縮密封條設(shè)計(jì),壓縮密封節(jié)點(diǎn)濕埋收頭,以及預(yù)制板在牛腿位置的黏結(jié)措施等防水方案,提高了裝配疊合整體式地下車站節(jié)點(diǎn)的防水性能。

6) 裝配疊合整體式地下車站防水技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程,需各參建方共同努力實(shí)現(xiàn)其技術(shù)的提升。結(jié)合已有文獻(xiàn)、科研分析及工程建設(shè)等經(jīng)驗(yàn),建議下階段重點(diǎn)對(duì)此類型地下車站混凝土的施工及養(yǎng)護(hù)技術(shù),疊合構(gòu)件新舊混凝土接觸面的工作機(jī)理等方面進(jìn)行深入研究。