SMW工法桩丙烯酸盐喷膜防水材料的应用

张斌，张裔伟，马丹

（上海无忧树新材料科技有限公司，上海 201615）

0 引言

丙烯酸盐喷膜防水材料在我国的研究和应用始于20世纪末，从株六复线大竹林铁路隧道平导中的试验开始（1999年），已经在国内的诸多工程项目中进行了应用[1-3]。项目研发之初主要针对矿山法山岭隧道进行应用，在雪山梁隧道、磨岭沟隧道、牟尼沟隧道、深圳LNG工艺隧道等进行了大量的应用实践，并已经形成了完整的技术体系。

随着丙烯酸盐喷膜防水材料技术的成熟和性能优势的体现以及行业标准、相关规范的出台[4-7]，应用的项目已不再局限于矿山法隧道，还包括了综合管廊、城市下穿隧道、地铁车站等明挖法工程。其中，SMW工法是明挖法地下工程基坑支护工程中应用比较广泛的一种方式[8]，由于丙烯酸盐喷膜防水材料具备整体无缝、智能响应、施工便捷、遇水自愈、高强反粘等特点，在SMW工法中应用时具备独特的优势。

本文基于杭州市下沙路与12号路提升改造及附属配套的综合管廊工程，对采用SMW工法的地下结构防水的施工技术进行介绍，希望对丙烯酸盐喷膜防水技术在同类工程中的应用提供参考和借鉴。

1 工程概况

杭州市下沙路与12号路提升改造及附属配套工程项目西起月雅路，东至23号大街，全长约7.65 km。建设内容包括隧道、综合管廊、桥涵（含过街通道）、地面道路、道路附属工程、管理及工勤用房等，是杭州市建设的重点工程。

本工程综合管廊起点聚首路顺接艮山路（彭埠立交-东湖路立交）地下综合管廊（自来水供水管道维修改造）工程，沿下沙路、海达南路、12号路布置，终于23号路东侧，与拟建艮山东路过江隧道工程相衔接，全长约7 km，包含两舱和三舱结构，采用SMW工法桩围护结构，结构设计使用寿命为100年。管廊主体结构横剖面示意见图1。

图1 管廊主体结构横剖面示意

2 工程项目防水优化设计

2.1 防水体系设计与优化

本工程综合管廊防水等级为二级，防水设计遵循“以防为主，防排结合，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则，采取了多种措施进行综合处理。原主体结构防水侧墙、底板均采用高分子（P类）预铺防水卷材防水，顶板采用单组分聚氨脂防水涂料防水。预铺反粘高分子卷材在外防内贴法防水施工中因具有与后浇混凝土反粘功能而得到了广泛的应用，但在本项目实际施工过程中发现，片状的预铺反粘高分子防水材料搭接缝过多，侧墙铺贴时防水层随基面形状变化而起鼓，搭接缝粘接不牢，且侧墙施工缝部位的加强层与防水层之间的结合度不高等情况。在经过市场调研和试验段验证后，决定将主体结构防水层优化为更容易施工、形成整体外包防水层的丙烯酸盐喷膜防水材料，设计厚度为2 mm，防水设计如图2所示。

图2 主体结构外包柔性防水示意

因本项目采用SMW工法桩结构，侧墙防水直接在维护结构上施工，丙烯酸盐喷膜防水材料采用外防内喷方式进行施工。由于侧墙找平层施工难度较高，且后期存在拔除工字钢时破坏防水层的风险，因此在侧墙表面设置1层复合土工膜对喷膜防水层进行保护，同时也起到找平层的作用。采用的复合土工膜膜厚0.3 mm，单位面积质量450 g/m2，尺寸为4 m×6 m。土工膜的搭接边采用热熔焊接方式，以使侧墙土工膜衔接成整体。同时，为了防止拔除工字钢对防水层的破坏，在有工字钢的土工膜背后设置聚乙烯泡沫板。

2.2 细部节点防水设计

防水设计中，重点环节为底板与侧墙交接处的加强层、侧墙与顶板交接处的加强层、施工缝、变形缝等部位。第1步，侧墙采用外防内喷，围护结构内侧找平层后铺设1.2 mm复合土工布，然后喷2 mm丙烯酸盐喷膜防水层，施工顶板喷膜防水层，防水设计构造如图3～图7所示。

图3 底板与侧墙转角处节点构造

图4 顶板与侧墙转角处节点构造

图5 顶板变形缝部位防水构造

图7 抗浮桩防水构造

图6 侧墙施工缝防水加强层防水构造

3 丙烯酸盐喷膜防水材料施工

3.1 基本要求及基层处理

丙烯酸盐喷膜防水材料施工作业温度宜为5～35℃，在低于5℃条件下施工时应做好防寒措施；不宜在4级风及以上的露天环境下作业；严禁在雨天、雪天实施露天喷膜作业。基面应干净、平整，无浮浆、孔洞、裂缝，无尖锐毛刺、基层表面无明水；对于垫层、顶板等平面结构，应先冲洗干净，然后扫除表面明水，并保持2 h后进行防水施工。因丙烯酸盐喷膜防水材料属于水性材料体系，基面含水率要求远高于溶剂型的防水涂料，反而潮湿基面的水分有助于喷涂时雾状材料的渗透，增强喷膜防水层与混凝土基面的粘接。

3.2 垫层防水层施工

垫层采用200 mm厚C20细石混凝土浇筑，待垫层混凝土具备强度后，将2mm厚丙烯酸盐喷膜防水层直接喷涂在垫层上。侧墙复合土工膜固定时有500mm延伸到垫层上，且在阴角处形成圆弧形。防水施工时，先施工垫层与围护桩交接位置的阴角部位防水加强层，加强层厚度为5mm，加强层的范围应向垫层和侧墙2个方向分别延伸300mm，并将复合土工膜与混凝土搭接部位缝隙满喷进行密封，该部位防水施工如图8～图10所示。此处加强层可形成无缝整体防水，避免了浇筑结构主体时混凝土掉落及自重将防水卷材搭接缝拉裂的情况。

图8 侧墙土工膜固定及垫层基面清洗

图9 阴角加强层防水施工

图10 垫层防水施工情况

加强层施工结束后方可进行底板大面积的防水施工，丙烯酸盐喷膜防水层厚度为2 mm。底板防水施工时，应从防水加强层部位开始。施工者采取后退的步伐，每一次喷涂应确保喷涂的面积厚度达到设计厚度。由于垫层基面局部存在蜂窝、麻面或混凝土未完全抹平的部位，施工者应仔细观察，避免局部存在针眼，产生渗水点。针对这种基面，从不同方位将不平整部位包覆。

施工完毕后，避免人员踩踏防水层，以免污染和破坏防水膜，应尽快验收并浇筑防水保护层。保护层抹平时，应避免使用存在尖锐部位的工具，如掀铲等，宜采用木制的长臂刮施工。

3.3 侧墙防水施工

侧墙防水施工时采用自下而上的施工顺序，以保证防水施工的连贯性。由于本项目为深基坑，防水采取分段施工的方法。侧墙高度2 m位置，有第1层钢支撑结构，复合土工膜固定时无法一次到位，此时将未完全摊开固定的土工膜临时固定在钢支撑下，如图11所示。

图11 侧墙防水施工

钢支撑以下的防水施工结束，先拆除第1层钢支撑，然后绑扎主体结构钢筋，并浇筑底板结构混凝土，侧墙浇至施工缝处。将临时固定的土工膜向上铺设，整体高度需高于主体结构200 mm，以便于侧墙与顶板交接部位的防水搭接，如图12所示。

图12 侧墙土工膜固定到设计高度

侧墙第2阶段防水施工时，应采用土工布将侧墙钢筋进行遮盖，以免喷涂时下落的涂料污染钢筋。绑扎钢筋时，难免有局部的防水层被破坏，应用专用手持式小型喷枪进行修补。由于前后2次喷涂时喷膜防水层之间具备完美的相容性和粘接性，仍然能够保证防水层的整体性。

侧墙喷涂形成的整体防水层，与防水卷材相比杜绝了搭接缝。特别是卷材施工部位，由于胶粘剂的局限性，易导致卷材防水层与加强层之前无法完美结合，而喷膜防水层较好地解决了这一问题。

经过测试，由于丙烯酸盐喷膜防水层与后浇混凝土（结构主体）的粘接性能更高，即具备反粘性能（如图13所示），因此能够保证防水层与结构主体密贴，杜绝了窜水层，从而起到较好的防水效果。其原理为：丙烯酸盐喷膜防水材料中含有的羧酸和羟基基团与后浇混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，形成—COOCa离子键，所生产的丙烯酸钙盐与混凝土中的钙离子络合形成化学键；此外，极性较大的基团与混凝土中的钙离子、硅离子等形成大量的氢键，这些离子键与氢键的综合作用下，使得丙烯酸盐喷膜防水材料与后浇混凝土之间具有良好的粘接性能，剥离强度可达到3.0 N/mm，远高于标准的要求。

图13 丙烯酸盐防水层反粘效果

在明挖法地下工程中应用时，广泛关注的一点就是水性体系的丙烯酸盐喷膜防水材料养护问题。经过近几年的技术革新与进步，在经过高分子柔性链段成分以及保水剂复配的材料改性之后，在夏季高温条件下，以及成型的防水层在白天会逐步硬化，但因高分子柔性链段的存在，收缩应力小于防水层的内部分子间作用力，不至于产生裂纹；且在复配的保水剂作用下，夜间会吸收空气中的湿气，从而恢复柔性，保障了喷膜防水层在明挖法地下工程中的良好应用。

3.4 顶板防水层及隔离层铺设

主体结构养护到期后，对顶板杂物进行清理。在施工顶板防水前，应先施工顶板与侧墙交接部位的防水加强层。

施工前，应将侧墙预留的防水搭接部位表面污染物清理干净，可用高压水枪进行冲洗。局部无法彻底清理干净的部位应用美工刀切除，做修补后进行下一步施工。由于前后施工时仍可实现无缝搭接，从而实现防水层的无缝过渡。该部位加强层的厚度为4 mm，如图14所示。搭接部位加强层施工结束后即可大面积作业。采用20 MPa压力的大功率高压无气喷涂机，每天可作业1000～1200 m2，大大提高了施工效率。

图14 顶板与侧墙交接处加强层

在顶板喷膜防水层施工结束之后，及时进行外观及厚度的自检。确认顶板防水层外观完好，并达到设计要求后，需马上将土工膜覆盖到顶板防水层表面。采用热风枪或热焊机将土工膜接缝焊接固定。

3.5 其他细部节点防水处理

变形缝是外包防水的重中之重，面临着混凝土结构的热胀冷缩以及结构沉降等极端情况的严峻考验。在变形缝处，应对防水进行加强层设计，加强层厚度为4 mm，宽度达到1000 mm。同时，为了使变形缝处的防水层具备更高的强度，在防水层中间添加宽度为1000 mm的纤维网格布。由于丙烯酸盐喷膜防水材料在前后喷涂时具备良好的结合力，上下2层防水层将纤维网格布包裹在内，增强了变形缝防水层的力学性能。

在侧墙施工缝部位，应先施工防水加强层，再施工侧墙防水。采用直接加厚施工，避免了防水卷材在侧墙施工缝部位粘接力不强，易被后浇混凝土自重拉脱、破坏的情况。丙烯酸盐喷膜防水材料具备B1级的阻燃等级，在侧墙防水施工结束后，切割钢支撑、焊接钢筋等火花、高温等因素也不会破坏防水层。

为减轻地下水的浮力，本项目在底板设置了抗浮桩，需要在抗浮桩周边先采用水泥基渗透结晶防水涂料进行抹平，然后再喷涂丙烯酸盐喷膜防水层。在抗浮桩顶部仅刷涂水泥基渗透结晶防水涂料即可，抗浮桩周边喷膜防水层的接头部位采用聚合物水泥砂浆做收头处理。

4 SMW桩拔桩施工

SMW工法桩外包柔性防水层所受到的最大的挑战是回填之后的拔桩过程对侧墙防水层的破坏。特别是第1层钢支撑的横梁切割以后，残留的尖锐部位很容易在拔桩过程中对侧墙防水造成破坏。本项目侧墙使用丙烯酸盐喷膜防水材料时，采取了2种方式避免拔桩过程的破坏：（1）将铺设在侧墙的土工膜膜厚提高到0.3 mm，使其本身强度提高。由于丙烯酸盐喷膜防水层与后浇混凝土具有3.0 N/mm的剥离强度，牢牢的与主体结构结合在一起，且喷膜防水层与土工膜上的非织造布粘接强度很高，因此拔桩过程不会将防水层脱开；（2）在钢支撑梁切割后，在切割部位先用射钉固定1块500 mm×500 mm×1.2 mmr的PVC塑料板，再将土工膜固定在侧墙上施工防水层，相当于在切割部位做了双层防护，保护该部位的防水层不被破坏。

5 结语

丙烯酸盐喷膜防水材料是近年来地下工程外包防水应用越来越广、具备良好综合性能的防水材料，具有整体无缝、快速聚合、遇水自愈、环保阻燃、智能响应等特点。通过杭州市下沙路与12号路提升改造及附属配套工程项目中综合管廊中的应用，该材料在SMW工法结构中应用具备独特的优势。自项目施工以来，对已拔桩回填部位组织了多次的防水质量检查，结果表明防水效果良好，满足防水设计要求。丙烯酸盐喷膜防水材料施工工艺简单，在变形缝、施工缝、桩头等节点部位进行喷涂加厚即可，且保证防水层的整体性。材料本身与后浇混凝土具备良好的粘接性能，保证防水层与结构主体密贴。同时采用复合土工膜作为隔离层避免了拔桩时对防水层的破坏。实际应用情况表明，丙烯酸盐喷膜防水材料在SMW工法中的应用良好。