地鐵車站滲漏水病害的設(shè)計因素分析

范連勇，楊洪娜，李圣瑞

（中國電建市政建設(shè)集團有限公司，天津 300384）

隨著城市地下空間的拓展與利用，作為地下與地上交通銜接點的地鐵車站，已成為城市人們生活出行的重要組成部分[1]。地鐵車站結(jié)構(gòu)與地上車站結(jié)構(gòu)不同之處不僅僅是周圍巖土介質(zhì)所產(chǎn)生的土壓力作用，而且還要長期承擔(dān)城市地下水所產(chǎn)生的水壓力影響。城市地下水可以通過車站結(jié)構(gòu)中的縫隙滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對車站結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[2-3]。雷永生等[4]依托西安地鐵二號線工程，深入調(diào)查分析了滲漏水位置、特點和原因，并提出了施工中應(yīng)該注意的問題以及預(yù)防措施和改進建議。陳云飛[5]主要討論了地鐵防水工程在施工過程中影響防水效果以及施工質(zhì)量的控制措施。Gattinoni P等[6]研究了米蘭市地鐵站中地下水位變化對地下車站結(jié)構(gòu)滲漏的影響效應(yīng)。牛江威[7]在總結(jié)地鐵車站滲漏危害及特點基礎(chǔ)上，分析設(shè)計、施工、結(jié)構(gòu)形變、侵蝕環(huán)境對滲漏的影響以及現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范的適用局限，提出“反濾+引排”防水設(shè)計新思路及小微構(gòu)件的自防水措施等優(yōu)化方案。

由以上分析可知，造成地鐵車站滲漏水病害的原因很多，雖然施工因素占主要原因，但是設(shè)計原因包括多種因素并且缺少系統(tǒng)性的總結(jié)與分析，也會造成滲漏水病害。為此，本文針對地鐵車站設(shè)計中存在的不足之處，通過詳細分析地鐵車站鋼筋布置方式與間距、后澆帶設(shè)置條件、混凝土澆筑等不合理引起滲漏水病害的作用機理與發(fā)展過程，并與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析，研究結(jié)論為地下工程滲漏水病害處理提供了重要的理論參考。

1 滲漏水病害的表現(xiàn)形式

城市地鐵車站的防水設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)為一級標(biāo)準(zhǔn)，即結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)滲水、內(nèi)襯表面不得有濕漬。基于對已有地鐵車站現(xiàn)場調(diào)研與文獻查找，地鐵車站豎向墻和橫向板一旦出現(xiàn)裂縫通常就會引起滲漏水情況。由此可見，滲漏水病害的表現(xiàn)形式主要是以裂縫分布特征為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。為此，需要分析地鐵車站豎向墻和橫向板裂縫發(fā)生的原因，從設(shè)計角度出發(fā)，減少裂縫的發(fā)生概率，為地鐵車站設(shè)計提供重要的理論依據(jù)。

2 滲漏水病害的成因

圖1 地鐵車站滲漏水病害的表現(xiàn)形式

地鐵車站作為永久地下結(jié)構(gòu)物，長期承載著巖土介質(zhì)產(chǎn)生的土壓力和地下水產(chǎn)生的水壓力的共同作用，孔隙水在多種壓力耦合作用下沿著巖土介質(zhì)內(nèi)部孔隙浸入地鐵車站結(jié)構(gòu)周邊，進而沿著結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的縫隙滲入車站結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而產(chǎn)生滲漏水病害。總結(jié)其主要原因體現(xiàn)在下以三個方面。

（1）施工原因，如混凝土運輸時間過長、澆筑不連續(xù)、振搗不均勻、養(yǎng)護不合理、模板體系接縫不嚴(yán)等。

（2）設(shè)計原因，如防水設(shè)計不合理、鋼筋間距較小等。

（3）材料原因，如商用混凝土質(zhì)量、防水材料等級等。

3 設(shè)計因素分析

依托某地鐵車站防水設(shè)計與結(jié)構(gòu)滲漏水情況統(tǒng)計，結(jié)合工程地質(zhì)水文情況，重點研究與分析地鐵車站防水設(shè)計中需要進一步改進和優(yōu)化的主要因素，為降低車站滲漏水情況的發(fā)生以及減少后期堵漏成本和運營風(fēng)險提供理論參考。

3.1 車站結(jié)構(gòu)外防水層設(shè)計

明挖車站結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)防水一般采用全包防水作業(yè)，底板、側(cè)墻防水層應(yīng)選用耐老化、耐腐蝕、易操作，適合在潮濕基面施工的預(yù)鋪高分子防水卷材（P類），高分子主體材料的厚度一般為1.5mm。由于底板施工過程中不可避免地對防水材料產(chǎn)生小范圍影響甚至破損，在城市地下水壓力作用下，地下水就會沿著底板與防水層之間的孔隙滲透穿過破損區(qū)域，導(dǎo)致車站結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲漏。與此同時，防水卷材在鋪設(shè)過程中，橫向和縱向都會產(chǎn)生較多的拼縫，在車站結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降變形時，卷材的搭接部位就容易發(fā)生拉裂從而導(dǎo)致車站地板滲漏，但是通過增加防水材料鋪設(shè)厚度的方法，又會增加建設(shè)成本。為此，可以通過對拐角處、誘導(dǎo)縫等關(guān)鍵部位增加鋪設(shè)防水材料厚度，提高地鐵車站的防水性能。例如，在我國東北地區(qū)某市地鐵車站底板防水層鋪設(shè)過程中，采用在底板拐角處預(yù)鋪高分子防水卷材的基礎(chǔ)上，再增加一層高分子防水卷材作為加強層，從而提高了地鐵車站底板拐角處的防水性能，如圖2所示。

圖2 底板轉(zhuǎn)角處預(yù)鋪高分子防水卷材（P類）

車站頂板防水可以采用單組份聚氨脂防水涂料均勻涂抹在結(jié)構(gòu)頂板上。然而，在我國多雨地區(qū)，以及頂板拐角及特殊部位，為了更好地防止地下水滲入車站頂板結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可以在原有單組份聚氨脂防水涂料基礎(chǔ)上增加低模量聚氨脂嵌縫密封膠和單組份聚氨脂防水涂料加強層，從而有效地提升和完善車站頂板的自防水能力。

3.2 車站結(jié)構(gòu)縫處防水設(shè)計

（1）在車站混凝土結(jié)構(gòu)縫處應(yīng)當(dāng)盡量避免使用非定型產(chǎn)品。由于非定型產(chǎn)品需要現(xiàn)場二次加工和涂抹，材料穩(wěn)定后才能發(fā)揮防水作用，這就需要現(xiàn)場技術(shù)人員嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸、各工序緊密配合，而各工序要求越嚴(yán)格，工序越復(fù)雜，越容易出錯，從而導(dǎo)致施工效果未達到設(shè)計要求，降低了施工成效[8]。

（2）誘導(dǎo)縫、變形縫所使用的填縫材料性能應(yīng)予以重視。《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108—2008）規(guī)定，遇水膨脹止水條（膠）應(yīng)具有緩脹性能，7d凈膨脹率≤最終膨脹率的60%，最終膨脹率≥220%[9]。但是目前我國對市場上的遇水膨脹止水條要進行質(zhì)量抽檢的觀念是很欠缺的，這對于地鐵工程質(zhì)量的保證是不利的。

（3）全斷面注漿管設(shè)計時應(yīng)當(dāng)首要考慮施工縫表面土的平整度影響以及混凝土振搗帶來的破壞問題。已澆筑完成的混凝土表面經(jīng)過鑿毛處理后，一般平整度較差，所以在全斷面注漿管安裝時往往會存在位置不準(zhǔn)確以及固定不牢固的問題，因此防水設(shè)計難以在實際現(xiàn)場中實現(xiàn)。

（4）遇水膨脹止水條作為止水最后一道防線，在地下工程變形縫的維修中作為已經(jīng)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[10]。中埋式止水帶不能粘貼在主體和圍護結(jié)構(gòu)間，采用“注漿管+止水條”的設(shè)計方式雖然滿足了防水技術(shù)規(guī)范要求，但是無法滿足結(jié)構(gòu)變形要求。防水技術(shù)規(guī)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(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范在指導(dǎo)設(shè)計活動方面存在適用局限問題[7]。

3.3 其他方面防水設(shè)計

（1）設(shè)計人員缺乏對結(jié)構(gòu)防水重要性、材料選用和設(shè)計方式的認知，錯誤地認為地下滲漏水不會影響地下結(jié)構(gòu)安全，或者缺乏對實際防水情況的認知，設(shè)計方案結(jié)合結(jié)構(gòu)特征研究不充分，設(shè)計時完全局限于規(guī)范要求而不考慮區(qū)域差異，這是不合理的，應(yīng)該結(jié)合規(guī)范要求根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和所處的具體部位有針對性地進行合理設(shè)計[7]。

（2）排水溝設(shè)計方面要注意以下幾個方面。①排水溝找坡應(yīng)設(shè)計準(zhǔn)確，排水溝導(dǎo)水管間距不宜過長，可考慮每個導(dǎo)水管獨立設(shè)置找坡，以增大坡度。②出入口電梯端部下方易形成隱蔽的滯水區(qū)，積水不易排出。③車站穿越中板的線纜及管路一般為緊靠側(cè)墻設(shè)置，與排水溝互相干擾，易造成沿孔洞滲漏。

（3）一般地鐵車站結(jié)構(gòu)長度約為200m，屬于超長框架結(jié)構(gòu)，混凝土溫度變化會產(chǎn)生應(yīng)力和收縮，由此造成地基發(fā)生不均勻沉降，作用于車站會產(chǎn)生裂縫，通過設(shè)計后澆帶的辦法可以解決上述問題，如圖3所示。地鐵車站結(jié)構(gòu)施工使用后澆帶，可以緩解和減少車站大體積混凝土澆筑過程中熱脹冷縮變化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)外張力均衡。與此同時，地鐵車站底板下部地層也通常是不均勻的，存在地基剛度的差異性，因重力等原因造成不均勻沉降發(fā)生，解決的辦法是設(shè)置后澆帶來增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，但是后澆帶不能呆板地限定為一定長度，而應(yīng)結(jié)合施工季節(jié)變化有一定的靈活性。

圖3 底板后澆帶

（4）車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中往往關(guān)注的是結(jié)構(gòu)自身抗扭剪能力，而忽視了鋼筋布設(shè)過密導(dǎo)致的鋼筋間距較小，無法滿足混凝土粗骨料的填充尺寸，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)澆筑過程中某些特殊部位出現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域。在長期土壓力和孔隙水壓力作用下，結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域較易出現(xiàn)裂縫，致使車站結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏。因此，在對車站各個構(gòu)件進行配筋設(shè)計的時候，必須充分考慮現(xiàn)場施工條件。

4 結(jié)束語

作為城市軌道交通的重要組成部分，地鐵車站結(jié)構(gòu)要長期承載周圍巖土介質(zhì)所產(chǎn)生的土壓力和地下水所產(chǎn)生的水壓力的共同影響，若車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙導(dǎo)致孔隙水滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對車站結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全將會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。雖對車站滲漏水病害的成因及防治措施已有了較多的研究成果，但是在車站設(shè)計因素分析中缺少系統(tǒng)的總結(jié)。為此，文章得出地鐵車站滲漏水的設(shè)計因素有以下幾點。

（1）地鐵車站結(jié)構(gòu)外防水層設(shè)計，可以通過對拐角處、誘導(dǎo)縫等關(guān)鍵部位增加鋪設(shè)防水材料厚度，提高地鐵車站的防水性能。

（2）車站結(jié)構(gòu)縫處的防水設(shè)計，在非必要情況下應(yīng)避免使用非定型產(chǎn)品，特別需要重視誘導(dǎo)縫、變形縫所使用的填縫材料的性能。

（3）其他設(shè)計方面，包括設(shè)計人員素質(zhì)方面、鋼筋間距以及后澆帶設(shè)置等。

（4）對內(nèi)外防水層設(shè)計建議盡可能采用柔性材料，以減少因后期施工不配套而造成的隱患。