地下工程抗裂防水混凝土的质量控制

王海冰

摘 要：结合北京地铁五号线暗挖隧道的防水混凝土施工控制措施，分析了地下施工的防水混凝土质量控制措施，并针对混凝土施工中存在抗离析能力、坍落度等重点与难点问题提出了几点建议。

关键词：地铁隧道；暗挖；抗裂防水混凝土；质量控制

Quality control of concrete cracking waterproofing of underground works

Wang Hai-bing

（China Railway Southwest Research Institute Co.， Ltd.， Chengdu 610000）

Abstract： Excavation Beijing Subway Line tunnel waterproof concrete construction control measures and analyzes the waterproof concrete underground construction quality control measures， and for the presence of resistance to segregation， and other key slump concrete construction problems and difficulties raised several suggestions.

Keywords： subway tunnel； Undercutting； cracking waterproofing concrete； Quality Control

1.概述

随着城市基础建设的发展，地下工程建设项目在各大城市日趋增多，但混凝土结构的抗裂防水问题一直是困扰地下工程的难题之一。近10年来，随着城市化进程的飞速发展，城市地铁先后在北京、上海、广州、深圳等各大城市开始修建，地铁工程对防水的要求越来越高。虽然近年来我们在地下工程的建设中不断加大对混凝土结构抗裂防水的研究和投入，取得了许多宝贵的经验，但地下工程的渗漏水现象仍常有发生，尤其是在城市地铁的暗挖隧道方面尤为严重，防水问题还未得到根本的解决。

2.以往工程二次衬砌结构渗漏情况、原因分析和经验

2.1渗漏情况

深圳地铁当二次衬砌施工完成到150m左右时，其结构开始出现渗水现象，并随着施工长度的加长，尤其是接口的封闭，随着地下水位的增高，渗漏现象日趋严重。经统计发现：二次衬砌结构渗漏部位主要集中在三处：环向施工缝、边墙混凝土灌注窗口下方、混凝土间隙灌注时发生的间隙缝。

2.2原因分析

2.2.1对防水的关键认识不清

防水设计、防水材料和防水施工是地下工程防水紧密联系的三个环节，只有三个环节都做好，才能取得满意的防水效果。为什么在结构施工完成后，防水却很难满足设计的要求，根据以往的施工经验来看，主要与目前的防水施工工藝有关，对于采用喷锚构筑法施工的暗挖隧道，在现阶段条件下的防水施工工艺的前提下，如何克服工艺上存在的问题，提高施工质量是有效解决防水问题的关键。

2.2.2全包防水层未起到防水作用

设在初期支护与二次衬砌间的全包防水层采用的是无纺布加1.5mm厚的PVC防水板，铺设方式为无钉铺设，双焊缝焊接。但二次衬砌结构仍出现了渗漏现象，究其原因，主要有以下几个方面：

（1）防水板施工过程中，对不能采用双焊缝焊接的部位（如拐角处、破损处等） 采用的手工热融焊接，实际上这种焊缝的质量是满足不了防水焊缝的密封要求。而且对于采用手工热融焊接的防水板是不能够检测的，而该种焊接质量又往往难以保证。

（2）防水层在施工过程中被损坏的几率很大：在钢筋绑扎焊接施工过程中，易被钢筋端头刺穿、易被焊碴烧穿；立模、拆模施工过程中，也易损坏防水板；混凝土灌注过程中，粗集料易刺穿防水板；基面的尖锐物、无纺布的射钉未处理平等均易损坏无纺布。

（3）防水板在高水头的静水压作用下，只要防水板有一处破损，地下水就会通过破损处渗入到防水板与二次衬砌混凝土之间，使防水板失效，且对漏水处的混凝土造成一定的影响。另外，防水板在自身施工过程中破损之处较少能够修补；在钢筋施工过程中，发现的破损之处勉强能够修补；在立模、拆模施工过程中发现的破损之处就很难修补；在灌注混凝土施工过程中发现的破损之处根本就不能修补。

2.2.3防水混凝土的密实度

防水混凝土是混凝土结构防水中最关键的一步。混凝土是一种非均质材料，其内部存在着许多大小不同的孔隙，水的渗透就是通过这些孔隙进行的。防水混凝土就是通过调整混凝土配合比及外加剂来提高自身密实度，从而达到抗渗性能，满足防水的要求。

防水混凝土的防水质量受配合比、施工工艺、养护条件等施工因素影响很大。

2.3获得的经验

通过以上对采用喷锚构筑法施工的隧道防水的实际分析，结合深圳地铁隧道的漏水情况及治水效果，认为地下工程中防水的关键是如何提高混凝土的密实度，使混凝土结构达到自防水的目的。要达到这个目的，一方面，设计上应对砼板体进行合理分段、分块设置诱导缝，以使砼板体能通过诱导缝释放变形产生的附加应力；另一方面，采用补偿收缩防水混凝土代替普通防水混凝土，不但可以减少砼在各龄期的收缩值，更主要的是，它使砼在硬化过程中推迟了收缩的产生时间，提高了砼抵抗收缩应力的能力，从而减少了收缩裂缝的数量。补偿收缩混凝土还能提高混凝土的密实度、抗拉强度和耐久性。

3.地铁五号线概况

3.1工程概况

北京地铁5号线于2004年初全线开始修建，预计2006年建成通车。该线呈南北走向，区间隧道为双洞双线椭圆形结构，除大部分车站为明挖外，其余均采用喷锚构筑法暗挖施工。地铁五号线结构防水是根据工程地质和水文地质条件、车站结构特点、施工方法和使用要求等因素进行设计和施工的，遵循“以防为主、防排结合、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。根据设计要求，车站主体、风道、出入口框架结构底板、顶板、侧墙采用C30P10补偿收缩防水混凝土。在地铁工程施工中，由于施工环境较差以及施工顺序的关系，使防水效果难以达到设计的理想状态，因此结构自防水是地铁工程防水成败的关键。endprint

3.2施工概况

地铁五号线暗挖标段于2003年6月开挖，暗挖标段的顶拱、边墙、仰拱或二次衬砌均是在开挖及初支结束后才开始施工。施工中二衬浇筑一般使用隧道模即衬砌台车来施工。顶（仰）拱混凝土浇筑施工时，采取的工艺是：从罐车卸料后首先是2m左右长的溜槽，然后是30m左右高度的串筒，接着是通过2m左右的溜槽入地泵，经过100～400m左右泵管泵送至相应的结构部位。二次衬砌分仰拱和墙拱两次灌注，分段长度：仰拱12m，墙拱正线大断面为6m。墙拱采用液压式衬砌台车整体灌注，泵送混凝土，震动器捣固。

从目前施工水平来看，地铁防水混凝土的设计配合比与养护方式是能够满足混凝土的抗渗要求的，但實际上混凝土的施工工艺对混凝土的抗渗指标影响较大，主要是以下两个方面。

（1）混凝土进料上的问题。二次衬砌墙拱采用液压衬砌台车施工，这也是近年来地铁暗挖隧道通常采用的施工方式。采用台车施工混凝土的进料方式分为边墙和拱部两次进料：边墙进料为两侧对称进料，但进料部位在台车中部，距墙底2.5m左右（图1）；拱圈进料在拱部中央，距拱底3m左右（图2）。

上述混凝土灌筑方式造成了下列后果：

1）混凝土灌注过程中结构钢筋对粗集料的影响，造成灌注窗口部位下方的混凝土其粗细集料的配合比发生了变化，满足不了防水混凝土的抗渗要求，故一旦防水层损坏漏水，该部位就会发生渗漏。

2）混凝土在由中部向两端移动的过程中，其配合比会产生较大的变化，通过对两端的混凝土取样对比，端头施工缝处的混凝土的含砂率比设计配合比的含砂率大15%左右，配合比发生了大的变化，使防水混凝土满足不了抗渗要求。

3）施工缝处的混凝土含砂率增大，极易发生收缩裂缝，施工缝本身又是结构的薄弱环节，这是施工缝出现渗漏水的主要原因。

（2）混凝土振捣方面的问题。地铁施工时墙拱采用衬砌台车施工，仰拱混凝土的坍落度为18～20cm，拱部混凝土的坍落度为21～23cm，越到拱部其坍落度越大。主要采用外部振动器振捣混凝土，采用该种捣固方式，只能确保混凝土在模型内的流动，而对混凝土的密实度不利，这是工艺上自身存在的缺陷。

4.混凝土施工质量控制重点与难点

受施工工艺本身的影响，防水混凝土部分指标要做调整，施工中要想保证二衬防水能力，就须很好地解决以下几个问题：

4.1选择合理的混凝土坍落度

规范规定用于防水的商品混凝土入模坍落度应控制在120±20mm，而施工中为保证可泵性又不得不提高，特别是隧道拱部，因此施工中要结合实际尽可能地选择合适坍落度的商品混凝土。

4.2控制好商品混凝土抗离析能力

二衬浇筑分层高度一般均会超过规定值，并且在二衬钢筋较为密集的情况下，如果混凝土抗离析能力不强将会严重影响浇筑质量，这里面有一个矛盾是：为提高混凝土抗离析能力而增加的水泥、粉煤灰等成分又会对混凝土抗裂性能产生不利影响。

4.3把好混凝土振捣关

隧道二衬浇筑与一般的板、梁、墙混凝土浇筑在工艺上有很大区别，一个是敞开式浇筑，一个是全封闭式浇筑。工艺上的差别也正是二衬混凝土浇筑的难点所在———操作空间小与振捣火候不易把握。工艺上一般采用插入式振捣与附着式联合振捣。为把好混凝土振捣关，在衬砌台车设计上就应须合理地布置窗口和附着式振捣器的位置。

5.混凝土施工质量控制措施

5.1混凝土生产质量

结构自防水混凝土必须具备密实度高、收缩率小、强度高、可灌性好等多种性能，混凝土一般均掺加经选择的外加剂来达到自防水目的。工程经验表明，外加剂的稳定性影响到结构体是否产生裂缝，甚至影响到结构的受力，因此高性能混凝土要严格按设计要求进行配合比设计，为此，地铁管理公司委托专门的组织对原材料进行选择、研究，并制定专门的质量控制文件《北京轨道交通工程现浇混凝土结构早期裂缝控制技术要求》统一地铁所用的原材料和混凝土配合比。混凝土搅拌时计量要准确，搅拌时间≮30s。掺加外加剂时，应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。混凝土在运输过程中，要防止发生离析现象及减少坍落度损失，要按自密实混凝土的要求控制混凝土的流动度和粘聚性，混凝土的坍落度损失1h应控制在30mm以内，以确保混凝土的入模质量。同时，应按泵送混凝土规程控制泌水率和压力泌水率，这是控制泵送施工是否顺利的一个重要参数。生产防水混凝土时选择合理的工艺参数，其主要依据是耐久性、流动性和强度，以此确定原材料的数量与质量。同时，增加温度控制措施，如夏季气温较高，为降低入模温度，混凝土生产时应在搅拌站砂石料场上加盖风雨篷，其作用一是对太阳的暴晒起降温作用，二是遇雨天可控制含水量。

5.2防水混凝土浇筑

5.2.1模板

模板要架立牢固，尤其是挡头板，不能出现跑模现象，混凝土挡头板保证做到模缝严密，避免出现水泥浆漏失现象，且达到表面规则平整；地模、墙模施工质量达到设计和规范要求。

5.2.2混凝土浇筑

防水混凝土采用泵送入模时，宜将润湿砂浆取走，确保不改变入模混凝土的原有质量。混凝土应分层浇筑、分层振捣，每层厚度不宜超过300～400mm，相邻两层浇筑时间间隔不超过2h，以确保上、下层混凝土在初凝之前的牢固结合。混凝土泵送入模时，应使其水平均匀入模，并控制其自由倾落的高度。当自由倾落高度超过2m时，应使用串筒、溜槽或在浇筑面接一段水平导管。当浇筑暗挖结构拱部衬砌时应按浇筑孔先下后上有序地进行。

5.2.3混凝土振捣

混凝土振捣一般采用附着式和插入式两种振捣器。附着式振捣器用于暗挖结构防水混凝土浇筑，插入式振捣器使用较广。混凝土振捣前应先根据具体的结构物设计振捣点，振捣时间一般为10～30s，以混凝土开始出浆和不冒气泡为准，避免漏振、欠振和超振。对新旧混凝土结合面、沉降缝、施工缝止水带位置需要严格按设计的振捣点和时间进行有控制的振捣。endprint

5.2.4施工缝与变形缝的设置和处理

混凝土应尽量做到连续浇筑，不留或少留施工缝。施工缝的设置，主要考虑一次混凝土浇筑强度和有效控制混凝土的收缩裂纹。在施工缝处继续浇筑混凝土前，无论何种情况，对接缝表面都应进行凿毛处理，清除浮粒，粘贴止水条。混凝土结构变形缝的止水条构造形式、位置、尺寸，以及止水条使用的材料、变形缝填料的物理力学性能应符合设计要求。并应加强变形缝处混凝土的振捣。

5.2.5混凝土保护层

混凝土结构内部设置的各种鋼筋或绑扎铁丝，不得接触模板。在迎土面的钢筋保护层厚度≮35mm。钢筋保护层厚度是决定钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素。针对不同的结构造型，保护层垫块制成方块形、长条形、L形等形状，牢固地绑在钢筋网的外侧，并确保网片不移位。底板和顶板钢筋的马凳筋应严格控制在保护层内，不得直接支撑在模板或防水层上，并应焊牢，以免施工时被踩踏变形。

5.2.6混凝土坍落度控制

当混凝土采用泵送时，混凝土配合比的各项技术指标应作适当调整，混凝土坍落度应控制在规范允许范围内。混凝土的供应必须保证泵送连续施工，预计泵送间歇时间超过45min或当混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其它方法冲洗管内留存的混凝土，严禁使用不合格混凝土浇筑。

5.2.7暗挖结构拱顶混凝土灌注的特殊要求

对于采用暗挖法施工的洞室结构的拱顶混凝土灌筑，往往会产生拱顶混凝土不密实、不满灌、漏振捣、易收缩的现象，故对此部位的混凝土施工除在混凝土性能上设法减少其收缩率以外，还需对其灌注工艺提出特殊要求。灌筑混凝土时先从新旧混凝土接触面处开始均匀分布灌筑，最后在单元体中间位置进行泵送灌注，待混凝土自挡头板挤出浆来时，稳压持续几分钟，检查混凝土是否灌满。如稳定压力后不能再灌入时，说明拱顶已灌满。若稳定压力后仍能灌入，则应稳压持续到不能灌入为止。另外，可在拱顶最高位置贴近初期支护面布设伸向二次衬砌混凝土后面的补偿注浆管，一则可以通过注浆管检查混凝土的灌满程度，二则待混凝土达到一定强度后利用注浆管注浆，以补偿混凝土因收缩或未灌满造成的拱顶空隙。

5.2.8混凝土拆模及养护

抗裂防水混凝土由于掺加了大量矿物掺合料，早期强度增长一般较为缓慢，后期强度有较高的持续增长，因此拆模时间和养护制度与普通混凝土不同。只有严格施工和养护，才能保证耐久性。混凝土侧模的拆除时间一般比普通混凝土晚2d，在制订模板施工方案时应着重考虑，严禁过早拆模。拆模过早易引起混凝土结构裂缝。混凝土终凝后应进行养护，养护时间不少于14d，以防止在硬化期间产生干裂。养护采用喷洒水养护方法，保持混凝土表面湿润。拆模时混凝土表面温度与周围环境温度差不得超过15℃，以防止混凝土表面产生裂缝。对于大体积混凝土，施工中要有温度控制措施，防止水化热过高使混凝土内外温差过大而产生温差裂缝，混凝土内外温差应低于25℃。底板混凝土浇筑后立即覆盖塑料薄膜，初凝后拆开塑料薄膜，用木抹子搓表面至少两遍后，在表面喷涂养护剂，再覆盖塑料薄膜和保温材料，以控制混凝土的降温速率。墙柱模板拆除时应保证混凝土表面及棱角不受损坏（混凝土强度大于1mpa），拆模后可用湿麻袋和牛皮纸袋包裹墙、柱面（注意必须紧贴混凝土面），每隔2～4h浇水一次。

5.2.9质量检查

混凝土的原材料必须符合现行国家标准、施工及验收规范和设计的有关规定。原材料如有变化应及时调整混凝土的配合比，并取得监理的认可；检查原材料的称量不少于二次；在混凝土拌制和浇筑地测定其坍落度，每工作班不少于二次；检查配筋、钢筋保护层、预埋铁件等细部构造是否符合设计要求，合格后填写隐蔽工程验收单，报监理检验认可。

6.结语与建议

地铁防水是一个系统工程，系统优越决定于个体品质及其相互间的协同性。从管理上讲，系统包含业主、设计、监理、施工和搅拌站五方，这五方的追求应该是：高层次的防水理念、畅通的信息反馈渠道、严肃的监督机制。从设计和施工上讲，系统包括设计和施工由总体到细部的各个环节。防水施工中要把握好每个防水环节及其相互关系，避免矛盾的转移和升级而影响整个系统。防水施工大原则要坚持（如全包防水），细部环节要灵活，在不变中寻求变，在变中寻求不变，要坚持因地制宜、综合治理的原则。

参考文献

[1]王太平等.深圳地铁18标段暗挖隧道防水问题的探讨[J].现代隧道技术，2003（6）.

[2]韩爽.北京地铁五号线东四车站暗挖段的防水施工[J].铁道建筑，2004（2）.

[3]中国工程院土木水利与建筑学部.混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].中国建筑工业出版社，2004.endprint