论文部分内容阅读
摘要：隧道渗漏往往带来结构损坏、设备腐蚀、影响外观和危害运营安全,甚至造成地面建筑物的不均匀沉降,因此保证明挖隧道的防水效果非常重要。文章从施工实践中总结出了保证明挖隧道防水效果应注意的几个问题,对类似工程具有借鉴作用。
关键词：明挖隧道；渗漏原因；防水效果；中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号：
引言 目前在市政及城市轨道交通领域中,明挖隧道工法被普遍应用。明挖隧道工法较暗挖和盾构工法具有投资小、工期短等优势,但综合来看明挖隧道的总体防水效果往往不够理想,隧道交付后大范围、长时间的堵漏工作既造成了工程成本增加,又影响了隧道的正常使用。作者以广州白云新城几座隧道施工实践为基础,总结了保证明挖隧道防水效果应注意的几个问题,希望能对类似工程起到借鉴作用。1 明挖隧道渗漏原因分析1.1 明挖隧道防水设计 明挖隧道结构防水有两道防线:第一为外包防水;第二为结构混凝土自防水。 (1)外包防水 外包防水一般选用高聚物改性沥青类、合成高分子类卷材或塑料防水板防水层。卷材防水层适用于受侵蚀性介质作用或受震动作用的隧道工程,因此一般明挖隧道顶板多采用卷材防水层。铺贴高聚物改性沥青卷材时采用热熔法施工;铺贴合成高分子卷材时采用冷粘法施工;而塑料板防水层一般由缓冲层、热塑性圆垫圈、射钉、防水板组成(图1),铺设工艺为先用射钉和垫圈将缓冲层固定在基面之上,铺设防水板时边铺边将其与暗钉垫圈焊接牢固。
(2)结构混凝土自防水 混凝土自防水是地下工程防水的根本,尤其对于深埋地下工程,其衬砌混凝土自防水至关重要。自防水主要是靠防水混凝土解决,即以水泥、砂、石为原料,通过调整配合比或掺入减水剂、密实剂、加气剂、膨胀剂等外加剂来改善混凝土的密实性、防水性。 防水混凝土抗渗等级根据隧道的埋置深度而定,通常如表1所示。
防水混凝土所用基料的质量与配比、外加剂的品种与掺量是影响混凝土的密实性、抗裂抗收缩性、抗渗性的主要因素。1.2 明挖隧道渗漏原因分析 明挖隧道渗漏水的原因极其复杂,有防水设计方面和有防水施工方面的原因,也有维护管理方面的原因,但归结起来其渗漏不外乎如表2所示的原因。2 保证明挖隧道防水效果应注意的几个问题2.1 有效保护外包防水,避免外包防水破损 (1)保证基面平整度D/L<1/10(D———相邻两凸面间凹进去的深度;L———相邻两凸面间的距离)。 (2)从根部割除基面上的钢筋、钢管、铁丝等凸出物,并用水泥砂浆填塞摸平。 (3)基面上所有的阴阳角都做成50mm×50mm的45°(135°)折角或圆弧,同时在转角处、阴阳角和特殊部位增设1~2层附加防水卷材。 (4)侧墙防水板在与橡胶垫圈焊接时,应合理掌握焊接温度与时间,避免将防水板焊焦、焊穿。 (5)严格按照设计施工,保证防水板及卷材足够的搭接长度。2.2 避免结构混凝土开裂应注意的几个方面 (1)结构纵向施工缝合理龄期差 结构纵向施工缝是指由于同一段结构分两次以上浇筑所产生的平行于结构走向的施工缝,若纵向施工缝龄期差别过大,则先行浇筑的混凝土已经收缩完毕,而二次浇筑的混凝土才开始收缩,由于结构混凝土内收缩应力释放不能同步,从而会导致混凝土开裂。根据工程实践经验,纵向施工缝的龄期差不应大于7天,否则极容易导致结构混凝土开裂。 (2)结构横向施工缝合理龄期差 结构横向施工缝是指垂直于结构走向的施工缝,即结构分段施工缝(包含变形缝)。从广州白云新城隧道施工经验来看,横向施工缝的龄期差不应小于10天,而且结构混凝土施工应该跳段进行,这样做的目的在于浇筑本段混凝土时相邻两段混凝土已经充分收缩,不会因为本段混凝土的收缩对相邻两段混凝土产生不良影响。 另外,对于大体积混凝土,例如板、墙厚度超过1.5m的结构,在施工中除了要求跳段施工外,还必须设置后浇带,以保证结构安全。后浇带宽度一般为0.7~1.0m,后浇带混凝土还应采用微膨胀混凝土。 (3)围护结构侵限导致结构混凝土过早承受侧向荷载引起开裂 对于明挖隧道,其围护结构的施工质量直接关系到主体结构的防水效果。以地下连续墙或密排钻孔桩来言,若施工过程中其垂直度控制不好,将造成围护结构大面积侵限。在防水施工以前,为满足结构净空需要,连续墙或钻孔桩受拉区域的钢筋及混凝土将被凿除,因此在主体结构混凝土浇筑之后,部分原本需要由围护结构承担的侧向土压力将直接转嫁至主体结构混凝土,而此时结构混凝土的龄期极短,从而导致结构开裂。因此,控制围护结构的垂直度,直接关系到主体结构的防水效果。
(4)及时的混凝土养护 及时得当的养护措施是避免混凝土开裂的重要保证,混凝土浇筑完毕后12小时内必须加以覆盖并保湿养护。混凝土浇水养护的时间,对于采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿碴硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7天;对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天。浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态,且混凝土养护用水应与拌制用水相同。 采用其他品种水泥时,混凝土养护时间应根据所采用水泥的技术性能确定。 (5)合理设置隧道变形缝 采用防水混凝土的明挖隧道,变形缝的合理间距对控制混凝土裂缝具有极其重要的意义。合理地选择变形缝的间距,可起到避免或减少在施工过程和使用时结构不产生超出允许的裂缝宽度。目前变形缝的间距大多根据已有的工程实例经验,结合施工条件比照选定,但一般应根据结构混凝土采用的温度选择变形缝的距离(表3)。
(6)防水混凝土原材料及入模温度的控制 ①水泥 防水混凝土使用的水泥强度等级不应低于32.5MPa,不得使用过期或受潮结块的水泥,并不得将不同品种或强度等级的水泥混合使用。应该采用水化热低、收缩率小的水泥,水泥用量不得少于320kg/m3;当掺有活性掺合料时,水泥用量不得少于280kg/m3。 ②掺合料 防水混凝土中可以掺入像粉煤灰之类的掺合料,但粉煤灰的级别不应底于二级,掺量不宜大于20%。 ③水 拌制混凝土宜采用饮用水。 ④粗、细骨料 粗、细骨料除应符合国家现行标准外,还应满足以下要求: a混凝土用粗骨料,其最大颗粒粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4,且不得超过钢筋最小净距的3/4。 b对于混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm。 ⑤混凝土入模温度要求 混凝土入模温度应该小于30℃,结构混凝土的内外温差不宜超过25℃。混凝土夏季施工应该有降温措施,如加冷却水管、搭遮阳棚等。2.3 施工缝漏水 施工缝止水带周围混凝土的浇筑缺陷是目前质量的通病,尤其是水平止水带的安设,传统的水平安设方法最容易导致结构顶板及底板发生渗漏,正确的做法是应该向上保持一定的角度,以利混凝土浇筑时保证其密实度和气泡消除(图2)。
2.4 拉杆孔防水 由于拉杆孔封堵效果不好导致的明挖结构渗漏,在工程实践中非常普遍,因此应该首先从工艺上尽量考虑取消对穿拉杆,严禁用一根钢筋直接伸出混凝土表面的拉杆使用方法。 若现场确实需要采用拉杆对拉的方法固定模板,建议使用防水拉杆,即在距对拉钢筋两端适当长度采用螺纹套筒连接,并在外段拉杆上套上塑料管,以便于拆卸(图3)。对拉钢筋的中部至少要有一道钢板止水环,止水环外径80mm、厚度1.5mm。
即使是采用防水拉杆,拆模时也应该彻底完整地将外拉杆拆卸下来,并及时用膨胀水泥将对拉钢筋所形成的表面孔洞填塞密实,以防漏水。2.5 保护层厚度不足引起的混凝土渗漏 钢筋混凝土保护层对防止结构发生渗漏至关重要,一般迎水面的保护层厚度不得小于5cm,背水面的保护层厚度不得小于3.5cm。 施工中若钢筋定位与模板安装控制不好,结构使用过程中极易发生钢筋锈蚀膨胀导致面层混凝土剥落,从而引起渗漏水。因此,混凝土浇筑前必须仔细检查钢筋的保护层是否足够,垫块是否已按规范安设,彻底避免发生因混凝土保护层厚度不足而引起的结构渗漏。3 结束语 为保证明挖隧道防水效果,需要注意的问题相当多,以上笔者所归纳的五个方面只是其中较为重要的一部分,只有在工程实践中不断地总结、吸取设計施工等方面的经验及教训,才能将隧道防水效果提高到一个新的台阶。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.GB50204—2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
[2]中国建筑科学研究院.GB50010—2002混凝土结构设计规范[S]
[3]总参工程兵科研三所.GB50108—2001地下工程防水技术规范[S]
[4]夏明耀,曾进伦主编.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999-07
作者简介
吴伟，男，1982年生，工程师，注册二级建造师。
关键词：明挖隧道；渗漏原因；防水效果；中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号：
引言 目前在市政及城市轨道交通领域中,明挖隧道工法被普遍应用。明挖隧道工法较暗挖和盾构工法具有投资小、工期短等优势,但综合来看明挖隧道的总体防水效果往往不够理想,隧道交付后大范围、长时间的堵漏工作既造成了工程成本增加,又影响了隧道的正常使用。作者以广州白云新城几座隧道施工实践为基础,总结了保证明挖隧道防水效果应注意的几个问题,希望能对类似工程起到借鉴作用。1 明挖隧道渗漏原因分析1.1 明挖隧道防水设计 明挖隧道结构防水有两道防线:第一为外包防水;第二为结构混凝土自防水。 (1)外包防水 外包防水一般选用高聚物改性沥青类、合成高分子类卷材或塑料防水板防水层。卷材防水层适用于受侵蚀性介质作用或受震动作用的隧道工程,因此一般明挖隧道顶板多采用卷材防水层。铺贴高聚物改性沥青卷材时采用热熔法施工;铺贴合成高分子卷材时采用冷粘法施工;而塑料板防水层一般由缓冲层、热塑性圆垫圈、射钉、防水板组成(图1),铺设工艺为先用射钉和垫圈将缓冲层固定在基面之上,铺设防水板时边铺边将其与暗钉垫圈焊接牢固。
(2)结构混凝土自防水 混凝土自防水是地下工程防水的根本,尤其对于深埋地下工程,其衬砌混凝土自防水至关重要。自防水主要是靠防水混凝土解决,即以水泥、砂、石为原料,通过调整配合比或掺入减水剂、密实剂、加气剂、膨胀剂等外加剂来改善混凝土的密实性、防水性。 防水混凝土抗渗等级根据隧道的埋置深度而定,通常如表1所示。
防水混凝土所用基料的质量与配比、外加剂的品种与掺量是影响混凝土的密实性、抗裂抗收缩性、抗渗性的主要因素。1.2 明挖隧道渗漏原因分析 明挖隧道渗漏水的原因极其复杂,有防水设计方面和有防水施工方面的原因,也有维护管理方面的原因,但归结起来其渗漏不外乎如表2所示的原因。2 保证明挖隧道防水效果应注意的几个问题2.1 有效保护外包防水,避免外包防水破损 (1)保证基面平整度D/L<1/10(D———相邻两凸面间凹进去的深度;L———相邻两凸面间的距离)。 (2)从根部割除基面上的钢筋、钢管、铁丝等凸出物,并用水泥砂浆填塞摸平。 (3)基面上所有的阴阳角都做成50mm×50mm的45°(135°)折角或圆弧,同时在转角处、阴阳角和特殊部位增设1~2层附加防水卷材。 (4)侧墙防水板在与橡胶垫圈焊接时,应合理掌握焊接温度与时间,避免将防水板焊焦、焊穿。 (5)严格按照设计施工,保证防水板及卷材足够的搭接长度。2.2 避免结构混凝土开裂应注意的几个方面 (1)结构纵向施工缝合理龄期差 结构纵向施工缝是指由于同一段结构分两次以上浇筑所产生的平行于结构走向的施工缝,若纵向施工缝龄期差别过大,则先行浇筑的混凝土已经收缩完毕,而二次浇筑的混凝土才开始收缩,由于结构混凝土内收缩应力释放不能同步,从而会导致混凝土开裂。根据工程实践经验,纵向施工缝的龄期差不应大于7天,否则极容易导致结构混凝土开裂。 (2)结构横向施工缝合理龄期差 结构横向施工缝是指垂直于结构走向的施工缝,即结构分段施工缝(包含变形缝)。从广州白云新城隧道施工经验来看,横向施工缝的龄期差不应小于10天,而且结构混凝土施工应该跳段进行,这样做的目的在于浇筑本段混凝土时相邻两段混凝土已经充分收缩,不会因为本段混凝土的收缩对相邻两段混凝土产生不良影响。 另外,对于大体积混凝土,例如板、墙厚度超过1.5m的结构,在施工中除了要求跳段施工外,还必须设置后浇带,以保证结构安全。后浇带宽度一般为0.7~1.0m,后浇带混凝土还应采用微膨胀混凝土。 (3)围护结构侵限导致结构混凝土过早承受侧向荷载引起开裂 对于明挖隧道,其围护结构的施工质量直接关系到主体结构的防水效果。以地下连续墙或密排钻孔桩来言,若施工过程中其垂直度控制不好,将造成围护结构大面积侵限。在防水施工以前,为满足结构净空需要,连续墙或钻孔桩受拉区域的钢筋及混凝土将被凿除,因此在主体结构混凝土浇筑之后,部分原本需要由围护结构承担的侧向土压力将直接转嫁至主体结构混凝土,而此时结构混凝土的龄期极短,从而导致结构开裂。因此,控制围护结构的垂直度,直接关系到主体结构的防水效果。
(4)及时的混凝土养护 及时得当的养护措施是避免混凝土开裂的重要保证,混凝土浇筑完毕后12小时内必须加以覆盖并保湿养护。混凝土浇水养护的时间,对于采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿碴硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7天;对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天。浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态,且混凝土养护用水应与拌制用水相同。 采用其他品种水泥时,混凝土养护时间应根据所采用水泥的技术性能确定。 (5)合理设置隧道变形缝 采用防水混凝土的明挖隧道,变形缝的合理间距对控制混凝土裂缝具有极其重要的意义。合理地选择变形缝的间距,可起到避免或减少在施工过程和使用时结构不产生超出允许的裂缝宽度。目前变形缝的间距大多根据已有的工程实例经验,结合施工条件比照选定,但一般应根据结构混凝土采用的温度选择变形缝的距离(表3)。
(6)防水混凝土原材料及入模温度的控制 ①水泥 防水混凝土使用的水泥强度等级不应低于32.5MPa,不得使用过期或受潮结块的水泥,并不得将不同品种或强度等级的水泥混合使用。应该采用水化热低、收缩率小的水泥,水泥用量不得少于320kg/m3;当掺有活性掺合料时,水泥用量不得少于280kg/m3。 ②掺合料 防水混凝土中可以掺入像粉煤灰之类的掺合料,但粉煤灰的级别不应底于二级,掺量不宜大于20%。 ③水 拌制混凝土宜采用饮用水。 ④粗、细骨料 粗、细骨料除应符合国家现行标准外,还应满足以下要求: a混凝土用粗骨料,其最大颗粒粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4,且不得超过钢筋最小净距的3/4。 b对于混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm。 ⑤混凝土入模温度要求 混凝土入模温度应该小于30℃,结构混凝土的内外温差不宜超过25℃。混凝土夏季施工应该有降温措施,如加冷却水管、搭遮阳棚等。2.3 施工缝漏水 施工缝止水带周围混凝土的浇筑缺陷是目前质量的通病,尤其是水平止水带的安设,传统的水平安设方法最容易导致结构顶板及底板发生渗漏,正确的做法是应该向上保持一定的角度,以利混凝土浇筑时保证其密实度和气泡消除(图2)。
2.4 拉杆孔防水 由于拉杆孔封堵效果不好导致的明挖结构渗漏,在工程实践中非常普遍,因此应该首先从工艺上尽量考虑取消对穿拉杆,严禁用一根钢筋直接伸出混凝土表面的拉杆使用方法。 若现场确实需要采用拉杆对拉的方法固定模板,建议使用防水拉杆,即在距对拉钢筋两端适当长度采用螺纹套筒连接,并在外段拉杆上套上塑料管,以便于拆卸(图3)。对拉钢筋的中部至少要有一道钢板止水环,止水环外径80mm、厚度1.5mm。
即使是采用防水拉杆,拆模时也应该彻底完整地将外拉杆拆卸下来,并及时用膨胀水泥将对拉钢筋所形成的表面孔洞填塞密实,以防漏水。2.5 保护层厚度不足引起的混凝土渗漏 钢筋混凝土保护层对防止结构发生渗漏至关重要,一般迎水面的保护层厚度不得小于5cm,背水面的保护层厚度不得小于3.5cm。 施工中若钢筋定位与模板安装控制不好,结构使用过程中极易发生钢筋锈蚀膨胀导致面层混凝土剥落,从而引起渗漏水。因此,混凝土浇筑前必须仔细检查钢筋的保护层是否足够,垫块是否已按规范安设,彻底避免发生因混凝土保护层厚度不足而引起的结构渗漏。3 结束语 为保证明挖隧道防水效果,需要注意的问题相当多,以上笔者所归纳的五个方面只是其中较为重要的一部分,只有在工程实践中不断地总结、吸取设計施工等方面的经验及教训,才能将隧道防水效果提高到一个新的台阶。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.GB50204—2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
[2]中国建筑科学研究院.GB50010—2002混凝土结构设计规范[S]
[3]总参工程兵科研三所.GB50108—2001地下工程防水技术规范[S]
[4]夏明耀,曾进伦主编.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999-07
作者简介
吴伟，男，1982年生，工程师，注册二级建造师。