地鐵車站滲漏水防治設計優化研究

牛江威

摘 要：在總結地鐵車站滲漏危害及特點基礎上，分析設計、施工、結構形變、侵蝕環境對滲漏的影響以及現行防水技術規范的適用局限，提出“反濾+引排”防水設計新思路及小微構件的自防水措施等優化方案，解決車站施工縫、離壁溝等部位滲漏問題，在應用中取得良好效果，同時可豐富防水技術規范適用性的研究。

關鍵詞：地鐵車站;滲漏水;施工縫;離壁溝; 反濾層;引排

中圖分類號：TU761.1+1∶U239.4

0 引言

滲漏水是地鐵工程常見質量問題，對地鐵結構、設備運行產生極大安全隱患，且影響乘客。此外，在運營期間治理滲漏水不僅費用較高，而且難以解決根本問題。本文以地鐵車站施工縫、離壁溝等滲漏多發部位為研究對象，以某城市地鐵1號線及2號線為例，從土建階段入手，對設計、施工、結構形變、侵蝕環境等滲漏因素進行分析研究，指出現行防水技術規范存在施工縫防水設計適用性局限問題，并根據反濾層設計在地鐵防水設計中比較鮮見的情況，靈活運用“防、排、堵、截”原則提出了“反濾+引排”施工縫防水設計新思路，以及混凝土自防水在離壁溝等小微構件的運用等設計優化措施，在地鐵工程實踐中收到了良好效果，對地鐵防水設計提升、滲漏水防治及其防水技術規范適用性研究具有一定參考價值。

1 滲漏及危害

1.1 滲漏特點

某城市地鐵1號線開通運營以后，車站出現了較為嚴重的滲漏水問題。滲漏集中出現在主體結構與外掛區銜接的施工縫（圖1）及車站離壁溝（圖2）等部位，具有滲流不確定、影響范圍廣、涉及專業多、治理費用高、技術難度大等特點。雖然車站防水設計在2號線做了改進，但是設計人員不重視、設計不合理、施工質量差、結構形變對策欠缺、材料防蝕功能不全等問題仍然存在。

1.2 滲漏危害

1號線車站因為滲漏造成多次設施損壞和設備故障及多起乘客投訴，車站裝飾裝修材料多處出現腐蝕霉變。例如：滲漏造成屏蔽門光電感應模塊失效無法正常開關門（圖3），以及滲漏造成吊頂腐蝕、墻體涂料剝落、地板石材浸漬等（圖4）。據相關部門了解，1號線24個車站開通10個月累計滲漏故障多達2 000多個，質保期滲漏治理費用超過千萬元。

2 滲漏分析

2.1 施工縫滲漏分析

2.1.1 設計因素

1號、2號線施工縫防水設計如圖5所示，迎水面鋪設高分子自粘性防水卷材（厚度1.5 mm，高密度聚乙烯HDPE，防竄水性0.6 MPa不竄水，浸水剝離強度≥1.5 N/mm，靜態極限荷載20 kg），延伸至施工縫

1000mm以外，側墻及頂板設置土工布緩沖層，防水卷材在轉角處搭接250 mm，在施工縫中預埋注漿管，注漿管上下分別設置制品型遇水膨脹止水條（邵爾A硬度45±7，體積膨脹倍率≥400%，扯斷伸長率≥350%）。

防水設計依據GB50108-2008《地下工程防水技術規范》中4.1.25（止水條、注漿）、4.3.5（防水卷材），本身并不違反規范規定。據相關部門了解，1號線24個車站在施工縫位置均出現程度不一的滲漏水。2號線依然沿用了該設計，施工結束即出現滲漏（圖6）。造成防水失效的設計的原因主要有以下2個方面。

（1）設計人員對結構防水重要性、材料選用和設計方式認識不夠，認為地下工程滲漏水不影響結構安全，設計方案結合結構特征研究不充分，設計時完全局限于規范要求而不考慮區域差異，這是不合理的，應該結合規范要求根據結構特征和所處的具體部位有針對性地進行合理設計。

（2）遇水膨脹止水條作為止水防線，在地下工程變形縫的維修中作為已經失效的中埋式止水帶的彌補更為合適，在新建工程中則稍為勉強[1]。由于車站主體結構和圍護結構之間無法施作中埋式止水帶，采用“注漿管+止水條”的設計方式雖然滿足防水技術規范要求，但是無法滿足結構變形要求。防水技術規范中“防水卷材+注漿管+止水條”防水模式注重于“防”，但在防水卷材失效的前提下，單獨依靠止水條與注漿顯然無法達到防水效果，所以，現行防水技術規范在指導設計活動方面存在適用局限問題。

2.1.2 結構形變因素

車站主體結構基礎為樁基，外掛區與主體結構采用后澆帶連接，后澆帶基礎為圍護結構未拆除部分、天然地基，外掛區基礎為天然地基。結構體主要承受以下2類外力作用，從而發生形變。

（1）地下結構環境不均勻變形對防水體系失效起較大作用，這是眾所周知的事實，其原因比較復雜，主要體現在地下環境特殊的外力（塑性地壓、圍巖松弛地壓、偏壓、承載力不足、地震等）施加，造成結構產生不均勻變形甚至開裂，致使防水層局部承受較大壓力、剪力和拉伸力的作用而破壞。防水層由于地下結構環境不均勻變形所產生的破壞主要體現在防水層的物理性質上，一旦某項力學指標超過允許值，防水層的完整性將發生破壞，其耐久性也將發生變化，即在力的作用下加速了材料本身老化失效的速率[2]。

（2）施工過程中一般都需要降水，根據地下水動力學及一維固結理論，在疏干排水過程中含水層中的泥砂等固體物質大量被帶出，水位下降使得地層孔隙中的凈水壓力減少會導致地面沉降。施工完畢，水位在恢復的過程中地鐵結構迎水面水位壅高，根據太沙基極限理論地下水會產生一定的浮力作用，使得土體有效重力減小，承載力降低[3]。

由此可見，不同基礎形式的結構在外力作用下發生差異沉降，產生結構變形，從而導致施工縫“防水卷材+漿體+止水條”防水結構發生破壞失效。

2.1.3 侵蝕環境因素

1號、2號線所處的侵蝕環境根據GB50021-2001《巖土工程勘察規范》（2009年版）按Ⅰ類環境及B類條件進行判定，地下水對混凝土結構具有中等腐蝕、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕。根據GB50476-2008《混凝土結構耐久性設計規范》，綜合判定場區地下水一般環境作用等級為Ⅰ-C;由于與海域連通，海洋氯化物環境作用等級按Ⅲ-C考慮;化學腐蝕環境作用等級為Ⅴ-C。有研究表明，地鐵沿線地下水對混凝土結構的腐蝕性以微腐蝕和中腐蝕為主，弱腐蝕為次要[4]。防水結構在侵蝕環境中主要發生以下2類侵蝕作用。

（1）有研究指出，高分子防水材料與腐蝕性介質在長期作用下，高分子材料內部的低分子物質發生溶出和提抽作用，材料發生膨脹、軟化或溶解，導致功能失效。

（2）在類似的環境試驗中指出，水泥漿液在結晶性腐蝕的作用下，地下水中的硫酸鹽類與混凝土中的固態游離石灰質或水泥石結合作用，產生含水結晶體，由于結晶體的形成使漿液體積增大，產生膨脹壓力，導致注漿體脹裂破壞[5]。

綜上所述，施工縫采用常規“防水卷材+注漿+止水條”形成的復合防水設計在物理化學力作用下，防水長期效果并不理想。

2.1.4 施工因素

（1）施工中注漿管經常發生設置位置不當、堵塞、位移、變形，導致后期無法注漿到位，外包防水卷材由于施工開挖破壞無法與新建結構有效連接，基面平整度不滿足要求，有尖銳突起刺破防水材料造成防水卷材破裂失效[6]。

還有其他人為原因，諸如搶工期質量下降，現場施工人員責任心不強、質量意識淡薄、技術不過關、不按照圖紙施工[7]，監理人員把關不嚴等，造成防水卷材處于斷開狀態，止水條和注漿管形同虛設，從而形成滲漏隱患。

2.2 離壁溝及孔洞口滲漏分析

2.2.1 設計因素

離壁溝、孔洞口擋水坎屬于小微構件，經常在設計時被忽視，設計措施較為簡單，如未合理配筋及設置合理的施工接縫（圖7），造成擋水坎混凝土凝固后在溫度應力的作用下發生收縮[8]，產生開裂，形成滲水通道，無法達到混凝土自防水效果。未設置陰角防水，未有效切斷滲水通道，沒有采取有效措施進行二次被動防水。

2.2.2 施工因素

離壁溝、孔洞口（電梯井、樓梯口、電纜井等）等部位水溝擋水坎混凝土采用二次澆筑，設計高度×寬度為100 mm×200 mm，由于截面尺寸較小，所以，施工時無法使用機械振動器振搗，只能采用人工振搗，由于振搗頻次、振搗力無法達到要求導致混凝土疏松不密實，形成內部結構性滲漏通道，無法達到混凝土自防水的密實度要求。擋水坎基面未清理干凈、毛化處理不到位[9]以及模板加固不牢固，造成根部漏漿形成“爛根”，在擋水坎底部形成滲漏通道，從而形成滲漏水（圖8）。

3 優化方案

3.1 施工縫防水設計優化措施

地下工程防水的設計和施工應遵循“防、排、截、堵”相結合、剛柔相濟、因地制宜、綜合治理的原則[10]。在設計階段，充分考慮防水的設防高度和設防形式，結合后澆帶統籌考慮，設置卷材防水，預埋注漿管、中埋式止水帶以及嵌縫止水填縫材料，形成超前止水的多道防線構造，充分發揮剛柔相濟的防水集成效應[11]。從“排”的角度來說，要從“反濾+引排”兩個方面進行考慮。

首先是“引排”。由于結構體在施工過程中，拆除圍護結構難以避免會對主體結構外包防水卷材造成破壞，使防水卷材無法有效銜接，從而產生卷材防水失效。這個問題可以采用 “引排”的思路進行解決。“引排”是在結構表面沿垂直施工縫環向設置排水系統，端頭采取防堵措施，將結構滲水由內向外引排至結構表面，沿頂板、側墻設置引水槽，將滲漏水引排至側墻底部縱向排水溝，在底板上距離施工縫兩側50 mm處設置200 mm×100 mm混凝土擋水坎，形成橫向截水溝，溝寬100 mm，沿截水溝預埋3根50塑料引流管并適當調整角度，端頭采用防堵措施，將底板施工縫滲水經截水溝引排至縱向排水溝，端頭采取防堵地漏，與車站排水系統銜接，可及時排除施工縫滲漏水。采用該優化措施，在2號線2個車站8個出入口施工縫施作排水系統，并經過排水試驗，底板滲漏水沿引流管引流至橫向截水溝，頂板及側墻滲水通過引水槽向下引排，最終匯排至縱向排水溝，及時排除，避免了滲漏水下滲，排水范圍內無明顯積水，排水效果較為理想（圖9）。

其次是“反濾”。反濾是在結構迎水面設置過濾系統，目的是防止因引排造成被保護土體發生失水流變。有研究表明，地鐵車站位于典型的花崗巖風化殘積土地區[12]，土體滲透系數在3×10-6～9×10-5 m/s之間，滲透穩定性較差，應注意防止滲透變形，尤其是管涌和流土[13]。所以，為防止結構外土體因引排失水發生流變，需要在結構迎水面設置反濾層。反濾層的設計應根據太沙基理論[14]，按結構所在地層被保護土體的性質和顆粒組成確定控制粒徑、等效粒徑、不均勻系數，根據濾料的不同選定濾層和層厚，從而實現反濾層濾土、排水減壓的反濾設計功能[15]。需要指出的是，反濾層設計在地鐵結構防水設計中還比較鮮見，希望以后有更多工程實踐活動來豐富設計理論，提升工程防水質量。

3.2 離壁溝、孔洞防水設計優化措施

措施1：離壁溝擋水坎采用上翻梁做法，與中板整體設計、配筋，并與中板同步澆筑和合理設置接續，以結構自防水為根本，充分利用混凝土自防水功能進行主動防水，溝內敷設防水材料，增設地漏，根據地漏分布分段找坡，在施工中嚴格把關施工質量，加強過程驗收管理，提高施工質量，減少離壁溝滲漏。

措施2：孔洞口部位采用中埋式止水帶，距離孔口100 mm埋入中板混凝土，止水帶沿孔口周圍封閉設置，攔截滲水，阻斷滲水通道，并在陰角涂刷防水材料，進行二次被動防水，施作完畢與鋪裝墊層整體敷設。

4 小結

地鐵車站滲漏問題原因復雜，因此，需要根據具體情況綜合分析，對癥下藥。針對施工縫及離壁溝滲漏問題，本文提出：

（1）主體結構與外掛結構銜接的垂直施工縫防水設計，在防水技術規范基礎上，補充反濾層以及引排系統;

（2）離壁溝擋水坎與中板整體設計，同步澆筑，合理接續，增設地漏，分段找坡;孔洞口采用中埋式止水帶，并與鋪裝層整體敷設，進行滲漏水攔截。

上述優化措施在地鐵2號線試驗后取得了良好效果，車站施工縫、離壁溝滲漏水大幅減少，降低了滲漏水治理費用，并在后續線網進行了推廣。本文率先指出了防水技術規范存在的適用性局限問題，并提出了對應解決措施，拓寬了地鐵防水設計思路，在地鐵車站滲漏水防治方面具有一定參考價值，并為豐富防水技術規范的設計適用性研究提供參考。

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收稿日期 2019-04-10

責任編輯 冒一平