福州地铁5号线车站附属结构渗漏水原因及治理措施

2022-03-06朱尚明

兰州工业学院学报 2022年1期

朱尚明

(中电建铁路建设投资集团有限公司，北京 100070)

福州城市靠海，内河较多，地下水丰富且承压水压力较大，地铁车站施工完成后极易发生渗漏水，对车站施工质量及工期均有一定的影响.以往关于车站渗漏水原因分析及治理措施的研究较多，但多集中在车站主体结构方面，关于车站附属结构渗漏水特征、渗漏水原因分析的研究相对较少，且缺乏针对性的治理措施.本文依托福州地铁5号线在建地铁车站项目，对附属结构渗漏水原因进行了分析，并提出了一套适用于附属结构渗漏水封堵的治理措施，以期为类似工程提供借鉴.

1 渗漏水特征分析

通过现场调查，福州地铁5号线车站附属结构渗漏点主要为：车站附属结构与主体结构接驳处后浇带渗漏水；变形缝渗漏水；出入口斜坡段底板腋角、侧墙渗漏水；施工缝渗漏水；其他部位裂缝渗漏水.其中后浇带、变形缝处渗漏水情况较为明显.总结渗漏水特征，主要为以下几个方面.

1) 附属结构与车站主体结构因基础埋深、基底地层、沉降发生先后顺序及基础选型不同，会出现差异沉降[1]，从而导致附属结构出现裂缝，此类裂缝多出现在附属结构与主体结构接驳处.附属结构设计常根据差异沉降计算结果，采用设置变形缝处理，而实际施工完成后，变形缝处极易出现渗漏水.在本次统计的所有附属结构中，接驳处、变形缝均有出现渗漏水.

2) 因设计及施工组织原因，附属结构施工过程中需要进行附属与主体结构接驳处围护结构破除，多因此设置后浇带，导致产生多条施工缝，最终产生多处渗漏水通道.在本次调查的所有附属结构中，设置有后浇带的部位均有渗漏水，某站点顶板后浇带渗漏水见图1.

图1 顶板后浇带渗漏水

3) 地铁设计一般规定机电设备集中区段防水等级为一级防水，不允许渗水，结构表面无湿渍[2].附属结构风亭中常为机电重点设备用房，防水等级高.同时，附属结构若防水不满足要求，在机电装饰装修、设备安装后极易出现反复渗漏，封堵时常需要拆除机电支架、设备等，施工协调难度大.如图2所示为风亭设备用房地砖铺设后产生渗漏水.

图2 设备用房地砖铺设后渗漏水

4) 其他部位.① 附属结构多为异形结构，多含斜坡段、集水泵坑等异形构筑物，受力复杂，极易渗漏水；② 多采用对拉螺栓固定侧墙模板，如风井、消防水池等，极易产生渗漏水；③ 附属结构施工工期一般较紧张.相较于车站主体结构板墙混凝土其足够时间等待强度增长，附属结构施工一般面临保开通的工期压力，需要及时进行支架拆除，为后续风水电施工提供工作面.

综上可知，附属结构相对主体结构会出现差异沉降，异形结构多，具有渗漏水部位多、易反复出现、后期封堵困难的特点，有必要加强防水施工过程控制，并在此特征分析基础上进行原因分析，制定针对性治理措施.

2 渗漏水原因分析

相较车站主体结构，附属结构埋深较浅，埋深一般为10.3～11.6 m(地下水位埋深一般为0.8～2.8 m)，所处的地层多为淤泥、黏土，部分会涉及砂层，多在地下承压水之上，受地下水影响相对较小.但从渗漏水统计情况分析看，其发生频率并不亚于主体结构，需要从其结构特征上分析渗漏水原因.本文从附属结构一般结构段、后浇带、变形缝、出入口斜坡段等方面进行渗漏水原因分析.

2.1 一般结构段裂缝渗漏水

关于一般结构段渗漏水原因，当前已进行了大量研究[3-4]，主要原因有：

1) 进场混凝土质量较差.地铁车站防水设计原则提出，强调结构自防水首先应保证钢筋混凝土结构的自防水能力；当混凝土水化热高、塌落度失控、和易性差、泌水性大时，均可能导致混凝土收缩，毛细管通道形成渗水路径，导致结构自防水失效.

2) 施工缝虚渣未清理干净，浇筑过程中出现冷缝，导致渗漏水通道.

3) 施工时漏振、欠振，导致混凝土振捣不密实.

4) 未分层浇筑，养护不善，混凝土出现收缩裂缝.

5) 防水材料材质老化，施工未严格按设计设置.

6) 提前进行支架拆除，或提前施加较大荷载，结构强度不能满足荷载要求产生裂缝.

2.2 后浇带处渗漏水

后浇带处渗漏水主要分后浇带与主体车站施工缝渗漏水、后浇带混凝土收缩裂缝渗漏水、后浇带与附属结构施工缝渗漏水3大类.

1) 附属结构与主体结构存在差异沉降，导致接驳处产生沉降裂缝.

2) 施工缝处新旧混凝土界面处理不到位，遇水膨胀橡胶止水条施作不到位，或提前失效.

3) 附属结构与主体结构接驳处外包防水搭接不到位.

4) 预埋注浆管失效.本文中，多个附属结构施工缝预埋注浆管在后期堵漏时无法注入水泥浆、环氧树脂.

5) 使用的微膨胀混凝土效果不明显，混凝土出现收缩裂缝.

6) 后浇带较长时，常分多段施工，导致施工缝增多.

7) 后浇带施工时常伴随主体结构地连墙破除，施工振动与结构应力重分布，均导致后浇带出现裂缝渗漏水.

2.3 变形缝处渗漏水

当前地铁附属结构变形缝防水设计多为“外贴式橡胶止水带+中埋式橡胶止水带+背水面嵌缝+接水盒”，某车站侧墙变形缝设计如图3所示.该防水做法体现了堵排结合的思想，但施工工序较为复杂，施工后极易渗漏水，原因主要有：

1) 围护结构基面处理不平整，外贴式止水带与围护结构未密贴，形成渗漏水通道.

2) 钢边橡胶止水带、外贴式止水带施工过程中未固定到位，混凝土振捣导致其出现位置偏差.

3) 钢边橡胶止水带两侧混凝土振捣不密实，止水带与混凝土之间粘结不牢，形成渗漏水路径.

4) 变形缝缝内充填物未按要求设置.

图3 侧墙变形缝设计(单位：mm)

2.4 斜坡段侧墙及底板腋角处渗漏水

现场附属结构渗漏点调查统计中，出入口斜坡段占比较高，部分站点底板腋角在暴雨后出现喷射状渗漏水.关于出入口渗漏水原因，文献[5]对北京地铁出入口渗漏原因进行了分析，本文结合福州地铁设计及施工情况，原因分析如下：

1) 斜坡段在开挖过程中为修成斜坡状，地基多扰动，地基承载力很难满足设计要求.

2) 车站出入口坡度多为30°，混凝土在浇筑过程中，结构混凝土平整度和密实度很难保证，且底板施工缝止水钢板易被全部浇入混凝土中，失去止水效果.

3) 斜坡段底板与侧墙转角处受力复杂，应力突变出现渗漏水裂缝.

4) 出入口底板、顶板呈斜面，支架搭设固定困难，整体稳定性较差，混凝土浇筑后极易出现不均匀沉降，产生裂缝.

3 治理措施

3.1 当前堵漏方法的不足

当前堵漏多采用涂堵漏粉、防水砂浆、打设针头灌注环氧树脂等措施，只能在混凝土结构表面形成一个局部的防水薄膜，不能全面完成附属结构渗漏点封堵，当附属结构受力发生变化、地下水压剧增后，极易失效或在其他部位产生新的裂缝渗漏水.本文调查的部分附属结构用此类堵漏方法，经暴雨、地下水位剧增后出现了反复渗漏水的现象.

3.2 整体堵漏思路

渗漏水封堵应遵循地下工程“防、排、截、堵”相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理的原则，树立“防大于治”的理念[1].为避免附属结构反复渗漏，采取结构迎水面注浆(或加涂环氧树脂)+局部渗漏点加强封堵的原则进行渗漏点封堵.主要分以下2种类型：① 底板、侧墙采用结构迎水面注浆+局部渗漏点针孔注环氧树脂加强封堵；② 顶板采用迎水面刻浅槽灌注环氧树脂+背水面针孔注环氧树脂.

3.3 结构迎水面注浆封堵

车站结构大面积渗漏水封堵的核心是对主体结构与围护结构、土体间的“水囊”进行填充密实[5]，避免水压击穿混凝土、防水层薄弱处形成渗漏水，从根源上截断渗水通道，解决车站渗漏水问题.本工程选取4座车站的10座附属结构进行试验研究，采取结构迎水面注水泥浆的措施进行渗漏水封堵.

1) 渗漏水封堵原理.

结构迎水面注浆进行渗漏水封堵的原理主要为2个方面：一是浆液从注浆孔道注入结构与围护结构、土体接触面中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走结构背部水分和气体，并填充其位置，通过浆液中所含矿物与既有结构分别发生反应形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的加固土体，从而在结构迎水面形成1层水泥质隔水层，对外防水效果补充加强，从而起到堵漏的作用[3]；二是浆液在压力作用下，从混凝土结构迎水面通过裂缝渗透到混凝土结构缝隙中，对裂缝进行填充，起到渗漏水封堵效果，同时也对结构自防水进行恢复补偿.结构迎水面注浆封堵示意见图4.

2) 治理措施.

注浆钻孔深度以打破防水板而不破坏围护结构为原则，直径取40 mm，间距按10～15 m进行布置，可按现场渗漏情况适当调整.

钻孔完成后打入注浆管，注浆管采用长250 mm、φ32 mm无缝镀锌钢管，一端套丝便于安装球阀，无套丝一端利用弹性胶皮或编织袋包裹.注浆采用水泥浆，水灰比为1∶1(可视渗漏水情况将配合比减小至0.8∶1)，注浆压力控制在0.5 MPa以内.

注浆过程中要加强注浆压力控制及周边漏浆情况观察，并在主体结构注浆影响区域内设置变形监测点.

图4 结构迎水面注浆封堵示意

3.4 结构表面环氧树脂封堵

进行结构迎水面注浆封堵后，依然会存在局部的渗漏情况，针对该类渗漏水处理，采用打设针孔注环氧树脂封堵(不宜使用改性环氧树脂、聚氨酯).

1) 在结构渗漏水部位先用φ10 mm钻头电锤钻孔，布孔间距一般为100～200 mm，梅花形布置，钻孔深度取200～400 mm，视渗漏水大小及结构厚度适当调整，钻孔轴线与水平面成30°～45°斜角，便于浆液向下流动.

2) 钻孔完毕后再进行灌浆针头埋设，针头背部后部附有膨胀橡胶，采用专用扳手将灌浆针头拧紧，防止孔隙漏浆.注浆竖向由低处向高处，横向由一端向另一端逐孔灌浆.开泵至规定压力时停泵，让灌浆液慢慢流入，压力降至0.1 MPa时二次开泵，提升至规定压力.如此反复，直到压力稳定在规定压力值不再下降为止[6].

3) 灌浆完成后要做好灌浆嘴拆除，采用防水砂浆对堵漏点进行修补.

3.5 后浇带堵漏

后浇带底板、侧墙采用结构迎水面注浆+局部渗漏点注环氧树脂加强封堵，顶板采用迎水面刻浅槽灌注环氧树脂+背水面针孔注环氧树脂.此处主要针对顶板后浇带堵漏展开研究.

顶板迎水面沿施工缝、裂纹骑缝凿深和宽20 mm凹槽，在凹槽内灌注环氧树脂，待环氧树脂风干后，在顶板范围涂刷1道环氧树脂加强层后，再按设计图纸要求施做聚氨酯防水涂料层.同时，因接驳处与围护结构之间存在空隙，此空隙后期进行顶板土方回填时无法保证密实度，极易形成水囊，宜用混凝土填充密实，避免后期形成渗漏水通道.附属结构顶板后浇带堵漏措施见图5.

图5 附属结构顶板后浇带堵漏

3.6 变形缝堵漏

1) 当变形缝处遇到线状或股状流水时，埋设塑料排水管进行引排.

2) 采用迎水面注浆+局部渗漏点加强封堵的措施，进行渗漏点封堵.并待水堵住后，将注浆管切断.

3) 凿除变形缝周边不密实混凝土，将缝内虚渣、垃圾清理干净，制模修缝.最后，按设计要求打设低模量聚氨酯密封胶及结构表面接水盒安装.

4 处理效果分析

本文在对福州地铁5号线9座车站渗漏水情况进行调查基础上，选取其中4座车站的10座附属结构中进行了本治理措施实施.经顶板蓄水试验、数次暴雨后地下水位上升的持续观察表明：堵漏效果较好，避免了渗漏点反复出现，降低了堵漏施工成本，具有一定的经济性与实用性，在富水地层地铁车站附属结构施工中具有一定的推广性.某车站出入口堵漏后效果见图6.