基于工程案例的隧道防水優化設計

馬玉輝

(中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽合肥 230000)

1 工程概況

合肥濱湖新區方興大道(包河大道—福建路)工程位于合肥市濱湖新區，在規劃建設的“包河大道—方興大道立交”與規劃建設的“福建路”之間。工程穿越規劃的“方興湖”與“上海路”，止于“福建路”，全長1 800 m。隧道工程設計范圍起止樁號:K1+000～K2+680。道路起止樁號:K2+680～K2+800。隧道工程設計范圍內包含3段U型槽和2段隧道，全長1 680 m。依次為:第1段U型槽(K1+000～K1+170)長170 m;方興湖下穿隧道(K1+170～K1+990)長 820 m;第 2段 U型槽(K1+990～K2+334.082)長344.082 m;上海路下穿隧道(K2+334.082 ～ K2+444.082)長110 m;第 3 段 U 型槽(K2+444.082 ～ K2+680)長235.918 m，合計U型槽段總長750 m，隧道段總長930 m。

方興湖下穿隧道為三跨單層結構，上海路下穿隧道為兩跨單層結構，均采用明挖法施工。

方興湖下穿隧道結構頂最大水深約為5.0 m，結構頂板上覆蓋層厚度大約為1 m(包括保護層和沖刷層)。基坑開挖深度為6.5 m ～12.5 m。隧道左、右跨凈寬16.45 m，中跨凈寬 2.2 m，凈高5.15 m(含頂部預留設備安裝、裝修空間)，風機安裝段凈高為6.1 m(含頂部預留設備安裝、裝修空間)。

上海路下穿隧道橫斷面為兩跨單層結構，雙向6車道斷面，隧道左、右跨斷面凈寬12.95 m，斷面凈高5.0 m。隧道內輪廓尺寸考慮結構施工誤差、預留變形、運營期間的部分設備安裝及裝修所需空間。

該隧道工程防水等級為二級，設備房防水等級為一級。

2 原防水設計方案

結合工程環境、地質水文、土壤腐蝕性等條件，本著使用安全、經濟合理的精神，隧道防水設計遵循“以防為主、剛柔結合，多道防線，因地制宜，綜合治理”的原則。

采取鋼筋混凝土結構自防水體系，即以結構自防水為根本，采取措施控制結構混凝土裂縫的開展，增強混凝土的抗滲性能。結構自防水的要求如下:

1)防水混凝土抗滲等級不小于P10。2)迎水面裂縫不得大于0.15 mm，背水面裂縫不得大于0.3 mm，且不得有貫穿裂縫。3)混凝土摻入適量的優質粉煤灰及防水外加劑，防水外加劑不得采用膨脹劑，應采用減水率高、坍落度損失小、能明顯改善混凝土工作性能、提高混凝土自防水性能、降低混凝土體積收縮及提高混凝土耐久性的聚羧酸系高性能外加劑。4)由于混凝土有抗凍性要求，必須摻入引氣劑，其摻量應根據混凝土的含氣量要求通過試驗確定。5)混凝土結構自防水設計應保證混凝土有良好的抗侵入性、體積穩定性和抗裂性。6)為改善混凝土的體積穩定性和抗裂性能，水泥細度(比表面積)不超過3 500 cm2/g，游離氧化鈣不超過1.56%。7)選用低水化熱水泥，嚴格控制水泥用量，水膠比不得大于0.45。8)選用堅固耐久、級配合格、粒形良好的潔凈骨料。9)混凝土的氯離子含量不應超過膠凝材料重量的0.02%。輔助防水材料:頂板、底板外防水采用4 mm厚APF優質自粘卷材，50 mm(底板)或70 mm(頂板)厚細石混凝土作保護層。

防水設計示意圖見圖1。

圖1 防水設計示意圖

3 防水設計優化方案

一般來講，鋼筋混凝土結構自防水體系是整個防水過程中的最重要環節(第一防水體系)，其質量是否達標直接影響整個工程防水的成敗。在保證施工質量的前提下，原設計中的鋼筋混凝土結構自防水體系安全可靠，故該部分設計不需要優化。

但原設計中的輔助防水體系(第二防水體系)采用自粘卷材，其存在下列局限性［1-4］:1)卷材在施工過程中，需根據基層的形狀量體裁衣，如外形復雜需多塊拼接，相互搭接處的粘結難度較大。2)卷材的完全絕對密封將成為主要難題，卷材的搭接部位漏水隱患最大。3)卷材若出現滲水，難以準確找到破損位置，更難以修復。4)卷材必須附著在干燥的基層上。潮濕的基層、排水不暢或常年結水的部位、基層不平整和很多凸出埋件基層等區域不太適合使用卷材防水。5)防水卷材的粘結劑，由于環境和粘結材料自身等因素往往提前失去粘結功能(或粘結劑的壽命小于卷材的壽命)，由此而導致防水失敗。6)不管任何部位的貫穿性破損，脫膠、漏膠(哪怕是只有一處)，與其相連貫層面的局部防水功能將喪失。因此，有必要對卷材的設計與使用進行更改與優化。

該工程勘察深度范圍內，主要地層為第四系全新統沖洪積層，上部地層部分為人工填筑土層，具體如下:①1層填筑土:均為人工形成，灰黃色、青灰色，分布于上海路路基和方興大道路基及人工湖兩側，以黏性土為主，厚度不均，狀態除路基土中密以外其余均為松散、潮濕。①2層淤泥質粉質粘土:青灰色～灰色，飽和狀態，呈軟塑～流塑狀態。分布于湖底及池塘淺部。大部分淤泥質粉質粘土由人工填湖經長期浸泡形成。厚度不等，在松散堆積的人工湖兩側填土下部較厚。①3層粉質粘土:黃灰色，軟塑～流塑狀態，濕～飽和，多分布于①2層淤泥質粉質粘土以下。②1層粉質粘土:灰黃色，可塑偏硬狀態，含粉土夾層多分布于粘土上部或中間。②層粘土:黃褐色，硬塑狀態，含鐵錳結合、灰白色高嶺土條帶，具油脂光澤，無搖振反應，干強度高，分布于整個場地。未揭穿，根據附件的地質資料，該層土厚度在30 m左右，其下為紅砂巖層，厚度巨大。各土層的滲透系數值見表1，土層揭露情況見圖2。

表1 土層滲透系數值

圖2 土層開挖揭露情況

根據地質勘察資料，我公司在該區域的其他工程經驗及先期局部開挖揭露的地層情況，可以得到下列判斷:1)所在場地土是天然的防滲墻;2)地表以下25 m內無有效地下水位;3)隧道四周的自由水體積有限。

因此，在保證鋼筋混凝土結構自防水體系質量的基礎上，結合其工程地質條件，可將輔助防水材料——卷材更換為防水涂料。

防水涂料(膠粘劑)是以高分子合成材料、瀝青等為主體，在常溫下呈流態或半流態物質，涂布于基材表面后，經溶劑或水分揮發或各組分間的化學反應，能形成具有一定厚度的彈性連續薄膜，使基材與水隔絕，起到防水、防潮的作用。其具有下列優點［5-8］:1)涂料防水施工技術容易掌握，施工設備簡單，不受基層任何復雜形狀的限制都可做成連續整體的防水層。2)大部分防水涂料還有滲入基層封閉孔隙對建筑物具有補強作用。3)可以根據基層不同部位的設防要求和結構應力情況進行不同厚度的施工，該厚的地方厚，不需厚的地方可薄，做到防水材料的經濟利用。4)涂料防水層由于與基層具有100%的粘結面，大多不怕銳物穿刺，有的還有自愈功能。5)漏水部位與漏水原因極易發現，保修方便，只要少量防水材料修補裂縫和損傷部位即可，不必重做防水層。6)部分防水涂料可在潮濕基層施工并形成防水層，這對工期緊迫和不可能做到干燥的防水基層來說非常適用。

防水涂料種類繁多，生產廠家眾多，施工技術成熟，防水效果可靠。

基于隧道的底板防水已經按照原設計全部施工完畢，建議將隧道兩側和頂部的卷材優化替換成JS復合防水涂料。

4 結語

基于工程案例，在對比分析防水卷材與防水涂料優缺點的基礎上，結合具體工程地質條件，建議將原防水設計中的卷材替換為防水涂料。采用該優化后，不僅縮短了工期，還提高了施工質量，為該類工程的設計施工積累了工程經驗。

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