富水區綜合管廊預制裝配防水關鍵技術

陳光明 廖 飛 楊 成 陶汝專

中建五局第三建設有限公司 湖南 長沙 410004

地下綜合管廊防水需要確保廊體內所有管線能在不漏水的環境下運行，其重要性不言而喻，而管廊結構變形縫、施工縫承擔著地下綜合管廊防滲防漏的主要任務。

地下綜合管廊含現澆和預制2種施工方法，目前國內地下綜合管廊主要選用現澆結構形式。但隨著海綿城市建設的需要，管廊建造逐漸呈現體量大、影響面廣、一次性投入資源多、環境影響大等特點，因此人們把目光投向了預制構件領域。

預制混凝土管廊裝配化施工具有保證質量、縮短工期、降低成本、節能環保等較為顯著的優勢，是建設地下綜合管廊的選型趨勢。但根據以往施工經驗，預制構件之間的裝配縫較易出現滲漏水問題，是制約預制管廊裝配化施工推廣的一大瓶頸。相比現澆綜合管廊，預制裝配管廊設計構造除了沿管廊縱向設有變形縫外，在管廊橫斷面上也通常設置有縱向裝配節點，并且預制裝配管廊因考慮便捷裝配施工，其設縫數量遠多于現澆管廊。因此，綜合管廊預制裝配防水的關鍵是對“裝配縫”的防水，即對節間變形縫、橫截面裝配接口施工縫的防水（圖1）。

圖1 預制管廊“裝配縫”示意

在百年管廊的建造理念倡導下，管廊防水往往需要達到一級防水要求。其防水設計，應綜合考慮工程地質和水文地質狀況、結構特點、施工方法、使用要求等因素。并應遵循如下要求：

1）“防”是主體。綜合管廊雖然設計有機械排水系統，但使用機械排除工程內部滲漏水需要耗費大量能源和費用，且大量的排水還可能引起地面和地面建筑物的不均勻沉降和破壞，這種情況則不允許排水。防排結合的提法僅限管廊處于貧水穩定的地層，可允許限排，因為此種情況的結構排水不致對周圍環境造成不良影響。

2）強調構造防水與防水材料防水的有效結合，即剛柔并重。綜合管廊一般為采取明挖法施工，防水主要是靠外部防水層和內部混凝土結構來承擔。特別是對于綜合管廊預制裝配施工時，防水的關鍵還是依靠裝配節點設計構造防水及接縫材料防水的有效結合。

3）注重防水的可控制性。過去的防水是被動的，綜合管廊預制裝配施工完工投入使用后，由于變形縫防水材料耐久性不足，或者由于變形縫兩側地基不均勻沉降，容易導致管廊變形縫出現新的滲漏水情況，而對變形縫滲漏很難修復，其結果往往是堵了還漏，或者堵住了過一段時間又發生滲漏。上述情況的出現使管廊僅依靠常規的防水節點保護難以達到100 a的使用年限。

為解決上述問題，需要在以往預制裝配防水技術的基礎上，對富水區管廊預制裝配防水技術進行進一步研究與總結[1-4]，尋求防水效果更佳的施工技術。

1 富水區綜合管廊變形縫多道防水設防技術

綜合管廊結構一般沿縱向按間距20～30 m設置1道變形縫。但裝配式管廊結構往往采取減小單節尺寸、降低單節質量的辦法，以便于運輸吊裝，造成管廊沿線拼縫數量大幅增多，往往是3～5 m便設置1道變形縫。由于預制管廊變形縫處的兩側預制構件分離，變形縫處不具備混凝土結構自防水功能，且變形縫處不能設置鋼邊橡膠止水帶，故變形縫處防水是管廊整體防水的最薄弱環節，其防水施工是防水質量的關鍵，也是整個防水環節中的難點。

本文通過研究一種變形縫設計多道防水主動設防及修復的技術，以彌補預制裝配變形縫處防水功能的不足。

1.1 變形縫多道防水設防構造分析

傳統的預制裝配變形縫處防水構造做法一般存在如下弊端：

1）防水性能較低。一方面，嵌縫材料與混凝土接觸深度一般在3 cm左右，接觸面積較小，黏結力有限；另一方面，變形縫寬度一般在3 cm左右，變形縫兩側混凝土界面難以規范處理，施工難度大，尤其是底板變形縫處容易積泥積水，不易干燥，導致嵌縫材料難以與混凝土界面有效黏結。填縫材料只具有填塞縫功能，不具備防水功能，且相對現澆變形縫，裝配變形縫缺少埋入式止水帶這1道防水屏障（圖2）。表面嵌縫材料一旦老化，整個變形縫便容易漏水。

圖2 現澆管廊變形縫構造示意

2）傳統變形縫防水構造路徑（寬度）短，增大漏水風險。為解決此問題，急需研究一種多道防水設防的變形縫構造。多道設防材料包括遇水膨脹止水條、填縫材料、嵌縫材料、噴涂速凝橡膠（圖3）。變形縫采取多級放坡的承插接口形式組裝，延長防水路徑，且減小變形量，降低接口漏水隱患。

圖3 一種多道防水設防變形縫構造

噴涂速凝橡膠施工在變形縫處混凝土迎水面，變形縫處設有填縫材料和遇水膨脹止水條或嵌縫材料。填縫材料采用閉孔型聚乙烯泡沫塑料板、防腐軟木板或纖維板。嵌縫材料選取具有足夠的變形能力、與混凝土具有良好黏結性能的柔性材料。嵌縫材料采用聚硫橡膠、聚氨酯或硅膠。噴涂速凝橡膠應具有超高彈性和復原率、自密自愈、易于修補、附著性優越、抗老化和耐紫外線性能強、可在潮濕基面施工等特性。

1.2 變形縫多道防水設防施工工藝

多道防水設防變形縫構造的施工方法，包括以下步驟：預制加工→基坑開挖→墊層澆筑→預制管廊安裝→安裝遇水膨脹止水條和聚乙烯泡沫塑料板→嵌縫→噴涂速凝橡膠。

對于噴涂速凝橡膠，應注意如下事項：基層處理要求為無尖銳棱角和凹槽，其表觀應平整、堅實，無起皮、起砂現象。陰角、凸出基層的轉角部位應抹成圓弧且整齊平順。細部構造附加層采用涂刷法施工，分遍涂刷，鋪實粘牢，不空鼓，不翹邊。噴涂作業時，噴槍宜垂直于噴涂基層，距離宜適中，并宜勻速移動。應按照先細部構造后整體的順序連續作業，一次多遍、交叉噴涂至2.0 mm厚度。

變形縫根據上述做法實施后，再根據原設計防水做法施工大面防水層，保證預制管廊整體防水效果。

綜上所述，本技術是一種能實現變形縫防水多道設防，同時可作為修補變形縫處漏水措施的施工方法。該方法適應于一般雨水箱涵結構變形縫防水，亦可適用于富水區地下綜合管廊變形縫防水。

2 綜合管廊預制裝配變形縫可拆卸式構造防水技術

2.1 變形縫可拆卸式防水構造措施

在現有的預制管廊節間變形防水構造中，防水密封材料不易更換，一旦損壞或老化，將造成滲漏水等情況的發生。為解決上述問題，本技術在變形縫多道防水設防構造的基礎上，研究一種防水密封材料容易更換的預制綜合管廊節間可拆式防水節點構造。

預制綜合管廊節間可拆式防水節點構造包括第1管廊節和第2管廊節，第1管廊節與第2管廊節之間有節間拼縫。在第1管廊節與第2管廊節非填土側的節間拼縫處設有遇水膨脹止水橡膠條，在第1管廊節和第2管廊節上設有連接螺栓，連接螺栓和矩形鍍鋅冷彎空心扁方鋼連接，將遇水膨脹止水橡膠條固定在節間拼縫上。

在第1管廊節與第2管廊節非填土側的節間拼縫處設有凹槽，遇水膨脹止水橡膠條、矩形鍍鋅冷彎空心扁方鋼和連接螺栓均處于凹槽內（圖4）。

圖4 變形縫可拆卸式防水構造

上述的連接螺栓為預埋不銹鋼全螺紋螺栓、膨脹螺栓或化學錨栓。連接螺栓在管節間接縫處間隔500 mm布置。連接螺栓的直徑為10 mm，預埋入混凝土內的長度不得小于80 mm。矩形鍍鋅冷彎空心扁方鋼寬為50 mm，壁厚為2.5 mm。遇水膨脹止水橡膠條寬50 mm，厚20 mm。

2.2 變形縫可拆卸式防水技術應用

上述的預制綜合管廊節間可拆式防水節點構造，可適用于任何裝配式建筑的防水節點構造中。一旦預制管節間拼縫處遇水膨脹，止水橡膠條因老化、損壞而降低或喪失了止水功能后，便可通過拆卸固定在橡膠條外的矩形鍍鋅冷彎空心扁方鋼，更換新的止水材料，確保管廊的防水符合使用需求。連接螺栓在預制管廊管節間拼縫處沿頂板、整端及底板間隔布置，其間距依據遇水膨脹止水橡膠條吸水后的質量和冷彎空心扁方鋼的自重計算確定。

綜上所述，本構造設計是一種防水密封材料容易更換的預制綜合管廊節間可拆式防水節點構造。

3 綜合管廊預制裝配橫截面接口防水技術

隨著管廊截面尺寸不斷加大，管節自重不斷加重，以典型的三倉綜合管廊為例，按照2 m一節的尺寸進行劃分，劃分出來的管節尺寸為9 m×2 m×4.3 m。以寬300 mm的墻及厚300 mm的頂板及底板考慮，單個管節的質量至少為90 t。顯然，傳統的全預制管節方法已經不能適應運輸及吊裝的需要。為應對這種情況，實際工程中采取將管節一分為二的形式進行拆分。拆分后的管節尺寸為 9 m×2 m×2.15 m，高度只有原來的1/2，管節質量也只有原來的1/2，很好地解決了質量的問題。

將構件拆分在一定程度上解決了全預制拼裝綜合管廊的質量問題，但人為地增加了一條橫縫，相當于人為地增加了一道滲水薄弱點。在現今百年管廊的建造理念下，如何對防水節點進行保護是一個比較大的問題。因此，需研究一種工法，既能有效解決預制管廊自重大、不易運輸吊裝的問題，又能解決組裝接口質量不易控制，導致防水滲漏風險大以及工程成本過高的問題。

3.1 預制綜合管廊組合裝配橫斷面接口防水措施

為解決上述問題，擬研究一種拆分構件預制式綜合管廊自由組合裝配方法及防水節點構造。

通過基本構件自由組合成不同斷面形式的設計及施工，形成預制綜合管廊橫斷面防水節點構造體系，其特征是：預制綜合管廊由C形、I形兩大構件組成，通過兩大基本構件可以自由組合成不同的斷面形式，典型的單艙管廊組合形式可以為C+C，雙艙管廊組合形式為C+I+C，多艙管廊組合形式為C+I+…+I+C，具體情況根據現場實際需要而定。其作用是通過自由組合可以完全適用市場上所有管廊斷面且不增加模具成本。兩大預制構件端部預留搭接環箍鋼筋，管廊安裝時通過現澆混凝土將其連成有機整體，解決了預制綜合管廊自重大、不易運輸安裝、現場安裝工序復雜、接口防水質量不易控制及成本較高等一系列問題（圖5、圖6）。

圖5 C形構件與I形構件自由組合連接示意

圖6 預制構件自由組合連接節點示意

自由組合預制拼裝綜合管廊需進行后澆帶封閉節點處理，其施工要求為：澆筑的防水混凝土等級不低于P8，抗壓性能比預制構件混凝土相應提高一個等級。施工縫迎水面外側可根據設計要求做防水處理，亦可根據本文所述的多道防水設防技術進行防水處理，確保防水效果。后澆帶寬度一般為0.8～1.2 m，具體寬度結合管廊斷面設計跨度確定。通過上述預制組裝接口整體現澆工藝及施工縫防水措施，保證了預制管廊組裝接口處防水的效果和質量。

3.2 預制裝配橫斷面構造受力分析

可自由組合預制綜合管廊現場安裝的搭接原理為：管廊構件懸挑板面的斷點位置設置于板彎矩最小處，以保證斷點位置防水節點施工的可靠性和耐久性。為確定預制構件頂板懸挑斷點位置，擬先對模擬管廊斷面受力模型進行分析。以長沙市地下綜合管廊高塘坪路管廊工程為例，根據相關地質勘查資料進行分析，由計算可知，端部C形構件彎矩最小值均位于跨度的1/3位置，中間I形構件彎矩最小值均位于跨度的1/4位置。

通過對現有管廊設計斷面形式的調查，一般管廊斷面的跨度為2～3 m。根據上述計算分析，一般C+后澆帶+I組合管廊斷面形式跨度宜為2～3 m（后澆帶寬度按0.8～1.2 m考慮），故按斷面彎矩最小位置設置斷點的原理符合通常管廊斷面形式的設計要求[3-4]。

4 結語

地下工程由于水壓較大和維修困難等原因，其防水工程應具備3個重要特性：一是要注重防水的可控制性，若出現少量的破損滲漏，后期可通過簡便的維修方法予以解決；二是需保證防水層的耐久性，通過提高地下工程的耐久性，從而保證整體建筑的使用壽命；三是體現防水的主動性，在滲漏發生前，對易滲漏部位采用可拆卸的防水裝置進行主動更換維護，使管廊防水進入主動防御階段。本文通過對預制裝配結構變形縫防水材料、防水節點構造以及施工工藝進行研究，使預制管廊防水達到了上述要求。

本文主要介紹的變形縫多道防水設防技術、可拆卸式構造防水技術已成功應用于地下綜合管廊、箱涵、隧道等工程的新建與維修中。實踐證明，該技術的防水設計和性能滿足地下工程防水要求，值得推廣應用。

[1] 溫利軍.一種拆分構件預制式綜合管廊及其施工方法: CN107059917B [P]. 2020-02-04.

[2] 何昌杰,陳昊.一種預制綜合管廊節間可拆式防水節點構造: CN206204992U[P].2017-05-31.

[3] 宋鑫,何昌杰,覃川. 一種多道防水設防伸縮縫構造及其施工方法: CN105970880A[P].2018-02-16.

[4] 溫利軍,彭億洲,楊鑫蕊.預制綜合管廊型式研究[J].工程技術(全文 版),2016(12):104-105.