地铁地下车站结构防水与围护结构设计

2021-04-10王剑

工程技术研究 2021年16期

关键词：围护结构车站效果

王剑

北京城建设计发展集团股份有限公司上海分公司，上海 200233

1 地铁地下车站结构防水

1.1 结构自防水

砼结构自防水为地下车站实现防水处理的关键点，而实行接缝施工是达到防水目的的重点。

（1）砼材料的外加剂和各类原料使用管控。为了提高车站结构的防水效果，可选择适当添加膨胀防水剂，在实际应用中，需先细致检查该试剂的质量以及和其他原料的融合性。通过实践尝试，若要砼结构达到最佳的抗渗透能力，应添加补偿收缩率在（1.5～3.0）×10-4的膨胀防水剂。在制作防水砼材料期间，可添加适当颗粒较小的矿渣粉以及粉煤灰，其中后者品质级别至少达到二级，实际添加量需控制在20%～30%，而前者需安排S95级，若在实际加工期间，只使用后者，对应的水泥凝胶量应处于30%～40%。以项目实践探究，砼材料内添入的外加剂必须通过试验配备，确保砼的实际性能满足地下车站的防水需要。

（2）自防水的处理建造过程。为了提高此材料浇筑环节的实施质量，应当全面避免作业面出现明水，需在施工前实行全方位检查处理。在模板处理工序期间，施工方需注重对各条接缝的处理效果，及时使用保护举措，消除引发漏浆的各类因素；还需注重模板表层的平整度及材料本身的刚性、强度，运用螺栓将各模板连接起来，并配备止水防护，如止水环等。在地铁交通的地下车站结构中，搅拌砼材料期间，应保证拌和均匀，把材料的坍落度把控在（14±2）cm以下。此外，要强化对材料运输期间的管控，保证材料入场后具备使用价值，并且材料进场后的坍落幅度需小于3cm。浇筑环节中，采取分层施工的模式，每层浇筑高度需控制在30cm以下。完成浇筑处理后，应立即运用专业机械开展振捣施工，将内部空气全部排出，确保结构的密实性。在实践工程中，为了避免出现初期裂缝和温差引起的缝隙等不良现象，适当控制水泥的添加量，确保水胶比例不超过0.5；严禁在材料运输期间任意加水，导致砼材料应用性能下降。此外，需注意精细把控材料在入模时的温度。若室外气温偏高，可选择在温度较低的夜间进行，保证浇筑后的砼结构内外温差不超过25℃。在完成上述作业环节后，应开启养护模式，保水养护周期在10d左右，砼结构总体的处理时长至少需达到2周。结构的自防水施工结束后，需采取有效的防水措施，避免施工缝区域超过设定标准[1]。

1.2 结构外防水

假设在地下车站的顶板设置2.5mm厚的防水层，其为单组分的聚氨酯涂膜，为了增强实际的防水效果，还应采取以下处理举措。

（1）基层施工。在顶板部分浇筑完成后，施工人员可应用木抹子开展收水压实施工，若应用钢抹子，会造成基层的光滑度过大，影响涂膜和基面的黏结效果。对于基面的平整效果处理，需应用长度在2m的尺子完成整体检查，关键直尺和表层的空隙不可大于5mm。此外，要确保表面不能出现积水及杂物等，如果发现不平整的问题，应先治理表面问题，而后运用高压水枪实施整体冲洗。通过观察检测，保障内部干燥效果满足技术标准后，使用封胶实行填充及压实作业。在基层区域若出现裂缝，并达到0.3mm，应在其两侧增添聚氨酯涂层，作业范围为骑缝外的10cm，涂层的厚度设定为1mm，继而提高砼结构实际强度。之后，在此之上布置加强层防水结构层。另外，在整体框架中的所有阴角区域均需采用1∶25水泥砂浆，制成钝角或圆角，前者的规格是5cm×5cm，后者的半径至少达到5cm。

（2）防水层的处理。在确定基层施工品质达到设定要求后，应在表层涂刷聚氨酯，待完全干透凝固后，需针对阴阳角以施工缝等区域涂上加强层，厚度设定为1mm。完成此上述步骤后，应在结构整体的表面上涂刷黏结层，至此所有的防水涂刷工序均已完成。在变形缝的处理上，应基于设计图参数贴上防水卷材，而后涂刷施工缝区域。在大范围的涂刷作业环节，应采取多种涂刷处理手段，但要确保上下两条施工方向处于垂直状态，所有涂层必须在干燥后组织涂膜操作。防水层作业完工后，需通过质量检验，并及时开展保护层的建设。在该环节中，应先铺设细石砼材料，厚度保持在7cm，并在铺设浇筑前，先在基层上设置隔离层，确保下一步施工的质量，达到防水的目的。

2 地铁地下车站围护结构设计

某地铁的地下车站项目主体结构的外包长度达到了125.2m，底板区域的埋设深度最大值是16m，拟使用明挖法建设，地基条件为软土，防震等级设置在6度。该车站为钢筋砼单柱双跨结构，维护部分设置成连续墙。在标准段的挖掘深度是16.6m，工程端头区域的挖掘深度是18.6m。该车站位于平原地区，且水系发达，地表形态起伏不大，潜水含水层以填土层为主，且通过勘察可知基本实现均匀分布。根据历年的统计数据显示，潜水位的浮动范围在0.21～2.63m，车站防水位设在地表下0.5m的位置[2]。

2.1 结构设计标准

主体结构的设计应用寿命是100年，在正常运营过程中，各框结构件均不用实行大规模的加固修缮处理，并能保证安全的使用性能；对于非关键构件，可通过日常维护维持基本功能。其中，关键构件有顶底板及楼板等，应用年限与设计主体结构相同；非关键构件是指自成体系的站台板与楼梯等，应用周期是50年。工程整体环境类别根据普通条件考量即可，若地下水无侵蚀问题，则在地下结构内，砼材料构件需对应I-C类别，而设置环控系统的空间结构中，此类构件需对应I-B类别。除临时构件外，钢筋砼构件的缝隙管控级别通常是三级，换言之是可以出现轻微裂缝，实际允许范围在0.3mm宽及其以下。如果存在干湿交替及钢筋材料会受到腐蚀的情况下，裂缝可允许的宽度不能超过0.2mm。若结构的保护层厚度大于30mm，在确定裂缝宽度时，最大取值是30mm。对于结构的抗浮方面的设计，忽略侧壁摩擦阻力的情况下，抗浮系数至少达到1.05，如果在计算时加入阻力问题，该指标也需达到1.15。

2.2 围护结构选型

如今，在地下车站项目中有多重围护结构形式，在选型期间，需确保围护结构可以承受开挖施工中形成的各类压力，并能发挥出支撑作用。常见的围护类型有以下三大类。

（1）板桩结构，其可分进一步细分成两种形式。①钢板桩。该结构下，使用的桩体均是批量加工成品，在强度及质量等方面都有保障。此外，耐久能力较好，能进行回拨修正，可和钢支撑搭配应用，大多用在软土环境的深基坑处理中，操作难度低，建设周期短。若应用此种围护结构，需强调对街头位置的处理，避免形成缝隙导致水土流失，继而出现塌陷等现象。同时，钢板桩的刚度不能超过排桩及连续墙，以规避变形问题。在现场建设期间，会产生较大的振动噪声，导致相邻土体被影响出现松动，降低地基的稳定性。②预制砼。该结构建设便利，成本投入少，建设周期短，能和车站主体结构有效结合，但钢板桩有同样的问题，施工时会产生极大的振动，容易对附近原有情况造成干扰，不能应用在地表建筑较多的项目中。此外，接头处的防水效果不好，无法在硬土项目中展现出较好的建设效果。

（2）柱列结构，主要是钻孔灌注桩。该结构的噪声及振动程度降低，且刚度指标较高，能实现就地制作建设，不会对周边环境造成较大的干扰，适用于软弱土层环境，但接头处防水效果不好，需结合工程的地质情况采取适当的防水举措，如注浆及旋喷桩等。如果地层内存有沙砾层及卵石，应当谨慎选择。若结构总体刚度存在偏差，则不能用在主体结构中。另外，桩体质量受建设工艺水平的影响，且在建设期间要落实排污措施[3]。

（3）排桩及地下连续墙，具体包括两种形式。①地下连续墙。该结构的噪声及振动均较小，可实现就地浇制，接头处的止水能力较强，总体刚度偏高，不会因建设行为给周边环境造成明显干扰，在软弱土层条件及地表建筑密集的项目中能有较好的发挥。接头处有两类形式可供选择，即柔性与刚性，高品质刚性接头能建成永久性结构。建设活动占地少，且可以用作主体结构。在泥浆使用及水下钢筋砼的制作技术较为复杂，成本投入较多。②灌注桩搭配搅拌桩。前者是受力部分，后者主要负责止水，比较适合在软土条件下且基坑深度在12m及其以下的项目中；如果深度大于12m，并且土层容易出现流砂，需谨慎考虑。建设噪声小，作业振动幅度小，施工难度低，总体经济效果较好，有一定的止水能力。

综合考量下，如果支护结构被损坏、土层失稳等，会引起基坑附近环境和地下作业的不良反应，加之基坑挖掘深度在16.6～18.6m，最终确定采用地下连续墙的建设结构。