海边半地下地震台站隔振槽防水设计解析

孙青峰，崔海峰，李 敏

（中国船舶重工集团国际工程有限公司，北京 100121）

0 引言

地震台站由于建筑规模小、土建投资少、工艺流程较简单，工艺需求特殊，一般设计单位接触较少，且长期处于无人值守状态（信号传递到其他控制室），多数被归类为“小微型项目”（一般指建筑面积小于200 平方米的建筑），设计中往往得不到足够的重视。

地震台站主要分为地上、半地下两种，但地震计墩和地震观测井位于地下。依据《地震台站建设规范 测震台站》[1]，土建主体与地震观测井、地震计墩之间应设置隔振槽，且防水技术措施不得破坏地震计墩结构完整性，地震计墩内部不允许设置有磁性的金属（影响观测结果的准确性），设计师需提出新的防水技术措施。

1 概述

《地震台站建设规范 测震台站》[1]、《中国数字强震动台网技术规程》等行业标准提出了隔振槽设计需求，但未对其做法提出具体要求；《地下工程防水设计规范》[2]、《地下建筑防水构造》[3]等专业规范及图集对常规工程防水做法提出了要求及推荐做法，做法比较成熟，但未包括隔振槽等特殊工程防水做法；《广州珠江新城地下工程空间句法解析》[4]、《观测环境对强震记录的影响研究》[5]等高校研究侧重于地下空间规划设计以及台站设计对强震记录的影响，未对隔振槽做法进行分析；《城市地下铁道工程防水技术探讨》[6]、《城市地下综合管廊全密封防水技术》[7]等研究地下专项工程的防水设计，主要表现为地下全封闭式防水，无隔振槽节点内容。隔振槽作为地震台站的重要组成部分，工艺要求严格，其工程做法对室内防水设计以及传递震动具有一定影响。本文针对地震观测台站技术要求，通过多种方案比选，对地下隔振槽位置防水做法进行专项设计，为类似地震台站及有隔振要求部位的防水设计提供参考。

1.1 地震台站

地震台站是指利用地震仪器进行地震观测的观测点，开展地震观测和科学研究的基层机构[2]。其主要土建工程包括：地震计墩（用于摆放地表式地震计），井下式地震计观测井，井下式地震计吊装设施（井口上方安装）。要求仪器平时安装到位，工作人员虽不需经常现场观测，但应满足设备安装以及日常检修时人员的进出需要。

1.2 防水设计

地下工程防水设计应根据地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起附近水文地质改变的影响确定。单建式的地下工程，宜采用全封闭、部分封闭的防排水设计。地震观测台站工艺对防水设计无特殊要求，相关仪器甚至可在较为潮湿的环境中工作，如我国南方地区“回南天”环境中，地震台站可正常工作，但工作空间中不允许出现积水。本文主要讨论半地下地震观测台站中隔振槽位置的防水处理，此种防水技术措施同样适用于全地下地震台站隔振槽防水处理以及土建工程中其他隔振要求位置的隔振槽防水处理；地震台站主体土建工程与常规建筑防水做法类似，地震计墩本身为混凝土结构，无特殊防水要求，此位置防水做法比较成熟，本文不再展开论述。

2 研究分析

2.1 地震台站特殊要求

地震计墩的尺寸根据所要放置地震计的大小和数量进行设计，设定长宽均为1.5m 的正方形，高出地平面0.6m；四周需设置隔振槽，隔振槽宽度不超0.1m，深不超0.3m。地震计墩不与任何建筑体相连，四周留有设备安装调试空间。地震计墩墩面的四边，宜与地理东、南、西、北方向一致。采用一次性浇铸，用人工捣实，出浆后一次抹平墩面（基本水平） 并压光，不准二次抹面，表面不应有裂缝、蜂窝和麻面，四边侧板应光滑。隔振槽底及四周应采取防潮措施，应采取抗渗措施；隔振槽内应充填松散材料采用强度等级不低于C30 的素混凝土，有渗水现象的基岩，采用强度等级不低于C30 的防渗混凝土。在地震计墩墩面中心刻地理子午线（方位标志）。

观测井用于安放井下地震计。在井口周围留有满足定位仪正常使用的场地，井口留有安装井口滑轮的底角螺钉及电缆引出管道，建设机房时留有可用于绞盘钢缆进出的孔道，井口外保留尽量多空地，以放置用于安装井下仪器的绞盘和绳索等设备。成井采用金属套管井的方式，井孔套管外径为146mm，金属套管壁厚≥4.5mm，水泥翻浆固井，井底部水泥筑底，成井为干井，井口高出仪器室地面50cm，井口采取罩盖等防护措施，对于盐水渗入区域，宜采用防盐蚀管材，井倾斜度＜4°。测震井应固井，套管与井壁间的固井材料应采用强度等级不低于M7.5 的水泥砂浆。干井型的测震井套管丝扣应密封，井底应采用强度等级不低于M7.5的防渗水泥砂浆封堵，封堵厚度应大于1m，抽干井水并清洗管壁及井底残留物。成井后必须洗井，并将残浆全部吸干，保证井壁内侧和井底清洁。

2.2 防水做法分析

地下工程防水等级标准可分为四级，如表1所示。依据地震台站仪器使用的相关要求，地下工程防水等级不应低于二级。

3 设计研究

3.1 设计难点

海边建筑及材料需具备抗腐蚀性能，靠近测量设备附近材料应无磁；隔振槽位置处于潮湿环境中，漏水可能性增大；由于地震观测台站放置的仪器均为灵敏度较高的测量仪器，放置仪器的地震计墩需独立设置，不能有影响其独立的其他措施，要求建筑周边25m 范围内无振动源，隔振槽内应填松散材料，地震计墩中不允许埋设止水条、止水带等影响其整体性的措施；地震计墩为独立的构件，与大地连接为一个整体，通过安装在其上的精密仪器测量大地传来的震动数据，工艺要求基础直接落在较为坚固的地基上，且与主体建筑脱开，避免建筑周边其他震动带来的干扰，影响测量数据的准确性，主体建筑与地震计墩之间留设50～100mm 的隔振槽，避免建筑周边其他震动波传递到测量仪器，一般情况地震计墩建设完成后建设主体建筑。由于基础条件不同，施工时间也不同，故地震计墩与地震观测井之间存在沉降的可能性，此沉降可能会把防水材料拉裂。

表1 地下工程防水等级标准

3.2 解决方法

选用耐腐蚀性的材料，如镀锌钢丝改为钛合金丝，不锈钢止水环更改为钛合金止水环，防水卷材选用耐腐蚀SBS 防水卷材等措施，在满足防水要求的前提下，综合考虑材料的耐海水腐蚀性能。

在隔振槽中加HDPE 膜。HDPE 膜以U 形的方式设置在槽内，其空的地方设置非固化沥青防水涂料，柔性材料可减少震动的传递。

地震计墩本身为混凝土材质，但由于工艺技术要求，其中未配置钢筋，故地震计墩本身存在裂缝的可能性，设计方案中考虑在室内部分及深入地下1 米的范围内涂防水砂浆，阻断因素混凝土自身裂缝引起的渗水。

止水条、止水带等不能用于地震计墩的位置，采用其他材料对隔振槽下部、上部进行防水处理，绑扎处采用钛合金丝。

3.2.1 初选方案

考虑隔振要求及一般的防水做法，主体建筑采用经济型的基础做法。主体建筑可能存在一定的沉降量，地震计墩基础深入到基岩层，基本无沉降量，应防止前者沉降拉裂防水层。初选方案隔振槽防水做法设置如下：隔振槽套管外围300mm 范围内留设后浇带，建筑主体工程迎水面外防水先做，隔振槽位置防水后做。土建主体采用4+4SBS 耐腐蚀高聚物改性沥青防水卷材，地震计墩中设中埋式橡胶止水带，待主体建筑沉降完成后浇注后浇带，后浇带与地震计墩之间的隔振槽用橡胶止水带防水，可防止沉降破坏防水层。

因橡胶止水带需埋入地震计墩100mm 深，影响地震计墩结构的完整性，进而影响测震仪器的观测结果。振槽防水做法如图1 所示。

3.2.2 演进分析

因地下防水主要考虑室外水向室内渗透，在初选方案基础上去掉中埋式止水带，室内地面部分选用铝合金盖板，铝合金盖板与地震计墩采用焊接（地震计墩旁边预埋钢板），铝合金盖板与地面采用膨胀螺栓连接，隔振槽内选用发泡聚氨酯填实，以抵抗地下水上渗。隔振槽防水做法如图2 和图3 所示。

图1 隔振槽防水做法方案一Fig.1 A scheme of waterproof method of vibration isolation tank

图2 隔振槽防水做法方案二Fig.2 Another scheme of waterproof method of vibration isolation tank

图3 隔振槽室内地面部分防水方案Fig.3 Waterproof method scheme of the indoor floors of vibration isolation tank

此种做法建筑主体主要承受地下水产生的浮力，会产生沉降；地震计墩位于基岩上，基本无沉降，铝合金盖板属于刚性连接，存在被拉裂的可能性，且设置在地震计墩上的预埋件，往往都有磁性，与地震计墩中避免出现磁性材料的要求相违背，可能影响仪器的观测结果，从工艺条件角度出发，不建议采用此种做法。

3.2.3 最终方案

在前面两种方案的基础上，设计单位人员同防水材料厂家专家共同讨论，为确保地震计墩的独立性，提出隔振槽位置的构件采用独立防水处理的方案，采用部分封闭的防排水设计，隔振槽内部单独处理，减少主体建筑震动对地震计墩的影响。增强防水的措施主要考虑增加防水路径长度和增强材料的密实性两种思路。地下工程主体结构采用4+4SBS 耐腐蚀高聚物改性沥青防水卷材进行防水处理，隔振槽位置依据规范要求增设附加层，防水卷材沿地震计墩向地下延伸1m，卷材的收头位置采用钛合金丝进行绑扎处理，此构造做法主要抵抗地下水上渗的压力；隔振槽位置设置两根圆50 聚乙烯棒包裹在附加防水层中，此构造做法主要抵抗两者沉降产生的变形；地震计墩混凝土振捣密实，增加自身的防水性能，同时在地震计墩外围涂刷水泥基渗透防水涂料，涂料沿地震计墩向地下延伸1.5m，此种构造做法主要避免地震计墩自身裂缝或毛细作用渗入的水；混凝土底板在隔振槽位置处设置钛合金止水环，止水环深入混凝土0.1m，此种构造做法增强隔振槽边缘位置的密实性；隔振槽内部设置HDPE 膜，要求HDPE 膜做成U 字形，在凹槽部位填非固化橡胶沥青防水涂料，此种构造做法主要增强隔振槽内部的防水性，同时减弱主体建筑震动对地震计墩的影响；在SBS 防水卷材外侧设置聚乙烯泡沫塑料片和50 厚聚苯板作为防水层保护层。此种做法将地震观测井底板、地震计墩完全独立开，各自进行防水处理，隔振槽的位置采用柔性连接来抵御沉降带来的变形，同时保证防水效果。终选方案隔振槽防水做法如图4 所示。

图4 隔振槽防水做法方案三Fig.4 Scheme three of waterproof method of vibration isolation tank

4 结论

地震台站为一种相对特殊的建筑工程，以工艺技术要求为主导，土建工程配合完成，由此引发特殊的地下防水要求。半地下地震台站的土建做法较为成熟，但其防水做法已经超出常规做法，国标图集亦无此特殊做法，需设计师单独出节点详图。为保证防水质量，以分析比选的方法，结合材料无磁、预埋件不破坏结构完整性、耐腐蚀等客观需求，提出半地下地震台站隔振槽防水采用常规的4+4SBS 耐腐蚀高聚物改性沥青防水卷材、水泥基渗透结晶防水涂料之外，配合使用HDPE 膜、非固化沥青防水涂料，形成特殊的防水工程做法。防水做法宜采用全封闭的防排水设计，但部分节点可适当考虑部分封闭的防排水设计。

地下建筑工程防水设计应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济、因地制宜”的原则，考虑地表水、地下水和毛细管水等的作用，不同的防水材料具有不同的防水特性，依据不同部位设置不同材料达到防水的目的，做到方案可靠、耐久适用、经济合理。对于特殊工艺要求及特殊节点位置，设计师可通过多方案比选的方式，提出最优方案。