带纵向拼接缝的预制混凝土箱涵装配式人行地下通道防水做法

常松 魏新 芦宇亭

(哈尔滨市市政工程设计院 150070)

引言

预制混凝土箱涵装配式结构作为一种兴起于20 世纪50 年代的结构形式,是一种以钢筋和混凝土为材料,通过标准设计在工厂制造箱涵构件,在现场采用拼装工艺施工成为整体的结构形式。这种结构形式广泛应用于地下综合管廊、城市雨污水管道、地下通道等各类市政管涵工程中[1,2]。地下结构的防水性能是影响其安全性和耐久性的重要因素,一旦出现渗、漏水现象,很难采取有效的解决措施,并且在耗费巨大的人力物力的同时也不能彻底解决问题,因此在设计施工阶段解决好地下结构的防水构造尤为重要[3]。预制混凝土箱涵装配式结构自身的拼接缝构造是其防水措施的关键位置,因此非常有必要针对预制混凝土箱涵装配式结构自身防水及拼接缝处的防水进行深入讨论,并制定合理的解决措施。

1 工程概况

哈尔滨市某地下过街通道位于哈尔滨市道里区群力新区友谊西路,地下通道主体建设面积为814.75m2,包括地道主体、4 个出入口及其他附属设施,平面布局成“工”字型。由于工程建设地点友谊西路为城市主干道,日常车流量较大,明挖现浇式施工方式占地面积大,施工周期长,对道路交通影响很大,建设单位决定主体通道部分采用预制混凝土箱涵装配式结构,两侧出入口部分采用现浇结构,工程平面、断面布置见图1。主体通道断面轮廓尺寸7.2m(宽)×6m(高),壁厚600mm,单节预制箱涵1.5m 长,共13 节(其中2 节为1.2m,位于两端与现浇出入口连接处),预制段全长18.9m。由于单节预制箱涵构件重量较大,运输和吊装难度大,因此采用带纵向拼接缝的预制混凝土箱涵,单个构件吊装重量27.4t。纵、横向拼接缝处均采用平口连接,上下分体间、纵向管节间的连接均采用预应力钢绞线张拉拉紧。

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

2 防水设计要点分析及做法

根据国家规范,地道防水按一级防水标准设计[4],即不应有渗水,结构无湿渍[5]。

2.1 结构主体自防水

《地下工程防水技术规范》 (GB 50108 -2008)[5]规定: 当工程埋置深度小于10m 时,混凝土抗渗等级采用P6,当工程埋置深度在10m ～20m 之间时,混凝土抗渗等级采用P8。虽然本次工程基底埋深约为8m,但考虑到工程建设地点位于松花江畔,地下水位较高,预制混凝土箱涵装配式结构对防水要求比较高,并借鉴《预制混凝土箱涵》(JC/T 2456)的相关规定,因此主体预制段通道采用抗渗混凝土,抗渗等级为P8。

2.2 结构外包防水

根据规范要求,地下通道主体结构外包防水应选一至二种防水材料,包括: 防水卷材、防水涂料、塑料防水板、膨润土防水材料、防水砂浆、金属防水板。本工程外表面防水采用一刚一柔两道防水,刚性防水采用水泥基渗透结晶型防水涂料,柔性防水采用多组分高强度聚氨酯防水涂料。

水泥基渗透结晶型防水涂料具有渗透功能,能通过化学反应渗透到混凝土内部产生结晶体堵住混凝土的毛细孔,与结构主体有效结合形成一道刚性防水,达到永久防水的效果,同时还具有无毒、耐酸碱、防腐蚀及自修复的性能,能有效地保护混凝土和钢筋,适用温度-30℃～120℃,适合哈尔滨地区严寒气候特点[6]。

设计初期,柔性防水层采用SBS 改性沥青防水卷材,与主体结构粘结采用非固化沥青防水涂料,在厂内闭水试验过程中,管节张拉后底板防水卷材层与结构主体粘结失效,发生剥离,严重影响结构防水效果,故调整为聚氨酯防水涂料。该材料是一种反应固化型高分子防水涂料,具有较高的抗拉强度,弹性好,粘结力强,防水层连续无接缝,防水效果良好,同时还具有耐磨、耐腐蚀性以及耐低温柔顺性好的优点[7]。

由于地下通道为两侧开敞式结构,为防止通道内冷凝水及偶然灌入地表水对结构的影响,在通道的内表面涂刷了一层水泥基渗透结晶型防水涂料。

预制段通道结构的外包防水做法见图2。

2.3 拼接缝处的防水

作为预制混凝土箱涵装配式结构的防水薄弱位置,拼接缝处防水措施的可靠性关系到整个预制结构的防水能否起到良好效果。

拼接缝分为纵向拼接缝和横向拼接缝,其中横向拼接缝为管节间的连接构造,纵向拼接缝为单节上下分体构件的连接构造。在拼接缝处,沿壁(板)厚方向布置了四道止水胶条,该胶条变形能力强,具有一定的弹性,与混凝土粘结力强。在管节张拉完毕后,胶条被挤压变形并密实填充拼接缝,从而起到有效的防水效果。除此以外,由于拼接缝是预制混凝土箱涵装配式结构防水的薄弱位置,在拼接缝位置处的内外表面均做了防水加强处理。在外表面,除正常的外包防水层外,附加了两道高强度聚氨酯防水涂料。虽然高强度聚氨酯防水涂料具有一定的抗拉强度,但为避免由于不均匀沉降等因素导致拼接缝处变形,造成防水层被剪断或拉断,在两道附加防水涂料之间内衬一层聚氨酯无纺布,以提高该位置处的防水层抗拉强度。在内表面,除正常的外包防水层外,附加一道水泥基渗透结晶型防水涂料。这样的防水加强构造措施有效提高了拼接缝处的防水能力。

图2 预制段外包防水做法Fig.2 Waterproof on the lateral side of the precast culvert box

在混凝土垫层和主体结构底板防水层之间(两道拼接缝防水加强层之间)铺设10mm 厚水泥干拌砂,其主要起到三个方面的作用: 一方面是避免主体结构与垫层直接接触导致摩擦力过大,张拉困难,便于预制管节的张拉; 另一方面是起到保护防水层的作用,避免防水层与混凝土垫层直接摩擦造成防水层被破坏,影响防水效果; 第三方面可以保证垫层具有良好的平整度,满足预制箱涵安装的要求及拼接缝处防水加强层厚度要求。

在壁板断面张拉孔周围铺设环形止水胶条,在完成张拉后,环形止水胶条受压变形从而密实填充张拉孔周围缝隙空间,有效避免了水进入张拉孔。

拼接缝处的防水做法及现场情况见图3。

2.4 施工缝处的防水

本工程车行道下方的通道主体结构采用预制混凝土箱涵装配式结构,通道两端位于人行道下方的人员出入口采用了现浇结构,因此存在预制段与现浇段连接处的施工缝。根据《地下工程防水技术规范》规定,防水等级为一级时,施工缝应选二种,包括: 遇水膨胀止水条、外贴式止水带、中埋式止水带、外抹防水砂浆、外涂防水涂料、预埋注浆管等形式。

图3 预制段拼接缝处防水做法Fig.3 The waterproof in the juncture of the precast culvert box

由于这道施工缝两侧分别为不同的结构形式,此位置极易产生缝隙和沉降差,因此是结构防水的关键位置。除正常的结构外包防水层外,本工程在该施工缝处进行了特殊的防水处理: 沿壁(板)厚方向布置两道原生料遇水膨胀止水条,并沿通道断面环形通长布置; 在施工缝靠近通道内侧一端,预留10mm×20mm 的预留槽并填充MDT 密封胶; 在施工缝临土侧一端,附加外贴式橡胶止水带; 在施工缝外表面附加防水层做法同拼接缝,采用两道内衬无纺布的聚氨酯防水涂料夹心式防水加强构造,聚氨酯防水涂料与外贴式橡胶止水带无化学反应,且连接可靠; 最后,在两道原生料遇水膨胀止水条中间,壁(板)厚中心位置处,埋设注浆管,以方便未来该处一旦发生渗漏水后注浆堵漏。施工过程中应采取可靠措施保证外贴式止水带顺直,该处混凝土浇筑应做好质量控制,浇筑密实。

施工缝处的防水做法见图4。

图4 预制段与现浇段连接施工缝处的防水做法Fig.4 The waterproof in the construction joint between the precast culvert box and the cast-in-place parts

2.5 连接箱处的防水

本工程预制混凝土箱涵管节及单节上下分体式构件间的连接均采用预应力钢绞线,需在顶、底板及侧壁预留张拉孔,并布置连接箱。由于连接箱直接暴露于环境中,一旦连接箱处防水密封措施不到位,地下水将进入连接箱并通过张拉孔进入通道结构内部。因此,当管节张拉结束后,首先将连接箱外表面凿毛处理并喷涂界面剂,利用C40 细石混凝土将连接箱密实填充。由于预制箱涵外包防水预先在工厂内涂刷完毕,需将连接箱处现场补做防水,防水做法同主体结构的外包防水,补做防水与主体结构防水的搭接需满足相关规范及标准要求。

连接箱处的防水做法见图5。

图5 连接箱处的防水做法Fig.5 The waterproof in the slot for connection

3 闭水试验

管节张拉完毕后,需对已张拉完毕处的拼接缝进行闭水试验,以检验其防水性能,具体检验步骤及要求如下: 通过预留的注水管向拼接缝内加压注水,待加压至0.07MPa 后,通过布置在缝两侧的预留孔观察拼接缝内是否全部注满水,保持恒压状态10min,观察拼接缝表面是否有漏点或湿渍,一旦发现漏点或湿渍,说明该处拼接缝防水不满足要求,需进行堵漏处理。同时,当使用过程中拼接缝处发生渗漏水现象时,该注水管也可作为注浆管使用,对拼接缝进行注浆堵漏处理。

4 结语

1.预制混凝土箱涵装配式结构具有现场施工周期短、占地面积小、节能环保的特点,非常适合于地下通道等一类位于机动车道下方的地下构筑物的建设施工。

2.预制混凝土箱涵装配式结构应用于地下结构时,拼接缝位置是结构防水的关键位置,其防水效果关系到整个结构的安全性和耐久性。本文基于实际工程的工程条件,针对带纵向拼接缝的预制混凝土箱涵装配式人行地下通道的外包防水及拼接缝等几个关键位置处的防水方案是提出了解决措施,根据现场闭水试验及完成情况来看,取得了很好的防水效果。本工程受生产工艺限制,部分连接箱布置在结构迎水面,今后类似工程可以考虑将其布置在内侧以利于防水及张拉,其后期灌实混凝土可适量掺加微膨胀剂或采用特殊填充材料,以保证密实效果。

3.地下工程防水材料的选择应根据现场工程地质条件,如地下水埋深、地下水性质、标准冻深等,合理选择防水材料及防水形式,在满足防水规范要求的基础上,做到经济合理、安全可靠。