軌道交通工程地下室外墻抗裂防滲技術研究與應用

丁百華

（中鐵十五局集團城市軌道交通工程有限公司，江蘇蘇州215000）

0 引言

江蘇省蘇州市位于長江三角洲，毗鄰長江和太湖流域。該區域湖泊眾多，水域面積大，地下水豐富，水位高，容易導致軌道交通車站地下室室外側墻防水困難。軌道交通工程使用壽命長，混凝土等級需滿足設計要求，應注意使用功能和安全。漏水和裂縫是導致其使用壽命達不到要求的重要原因。大多數軌道交通項目車站采用外包卷材+結構剛性防水設計。在施工過程中，外部預防效果有限，混凝土裂縫無法得到有效控制。混凝土裂縫與其原材料、配合比和施工措施密切相關。因此，在施工前和施工中采取有效措施控制裂縫和滲漏非常重要。如何提高鋼筋混凝土的抗裂防滲性能，是該地區鐵路車站地下室結構的一個現實關鍵問題。蘇州地鐵8 號線車斜路站位于蘇州工業園區松濤街，站臺長寬175m×24.1m，它是地下室三層結構，標準斷面的基礎埋設24m 深。車站地下室采用明挖法施工。城市主干道松濤街位于結構上方，頂部覆蓋層厚3.5m。該試驗選取地下室三層1 軸與15 軸之間的三層側墻結構（共24 面墻）。混凝土強度為C35P10，壁厚1000mm，側墻一次澆筑高度為5.1m，長度為20m/段，側墻與相鄰墻段之間設置施工縫+鍍鋅止水鋼板（背貼式止水帶）。

1 軌道交通工程地下室外墻滲漏的原因

施工階段相應的裂縫主要包括混凝土振搗不密實，混凝土配合比設計不滿足水分蒸發要求，薄弱部位出現裂縫；過大的坍落度、過度振搗或漏振會使粗骨料掉落，表面砂漿過多是產生裂縫的另一個原因。

1.1 溫差影響

結構中使用的水泥具有熱膨脹和冷收縮的特點。當構件的內部溫度和表面溫差在各種外部因素的影響下發生變化時，就會形成相應的形狀變化和內應力。如果水泥本身的抗拉強度低于溫度應力，構件就會出現裂縫，尤其是早期水泥的抗拉強度非常低。由于內部溫度不平衡，容易形成高溫裂紋。

1.2 收縮裂縫

骨料含泥量大，顆粒級配不均，骨料中片狀顆粒含量大，水泥品種選擇不當，水泥、粉煤灰等材料用量不合理，會導致結構內部收縮變形，形成超出自我約束范圍的裂縫。但是，商品混凝土攪拌不均勻，未在規定時間內使用，甚至惡意加水；石頭、砂子和其他材料的黏結力降低，澆筑過程中振動過大或漏振，以及澆水和維護不及時，都會增加裂縫的可能性。

1.3 控制裂縫的措施

近年來，在軌道交通工程的地鐵車站結構施工中，均使用商品混凝土。原材料供應受市場影響，不受獨立控制。但是，通過優化施工配合比，降低應力收縮值、降低溫升，可以達到防滲抗裂的要求。現與蘇州市軌道交通8 號線車斜路站、東延路站工程相比，實際混凝土標號為C35 防滲P10 商品混凝土（簡稱M），商品混凝土中摻粉、纖維結構材料N（簡稱N），對混凝土結構的收縮變形進行了比較分析，并對兩種材料的性能特點進行了研究和比較。水泥P.O42.5。江蘇金峰水泥廠加減水劑（武漢三源公司減水率25%）；外加劑（蘇州航順公司）、碎石合理級配（浙江湖州）、天然中砂（江西贛江）、鎂質混凝土外加劑，經加工以滿足南京蘇伯特有限公司《混凝土用氧化鎂膨脹劑》中規定的技術要求，水采用自來水[1]。

礦渣粉可能增加混凝土的收縮，試驗段未在混凝土配合比中添加礦渣粉。此外，考慮到控制結構材料的收縮，車站地下室結構的側墻厚度為1000mm，大體積混凝土結構施工后，內部溫度迅速升高。與硫鋁酸鈣和氧化鈣膨脹劑相比，氧化鎂外加劑更適合在車站結構中使用。混凝土中摻入外加劑時，混凝土膠凝材料的比例不宜過大，不宜大于0.42。根據《混凝土用氧化鎂膨脹劑應用技術規程》（T/CECS 540—2018）的相關要求[2]，混凝土膨脹率不得小于0.02%，試驗要求將膨脹率限制在不小于0.005%。經相關資料比選，確定鎂外加劑摻量為30kg/m3，混凝土試塊各階段養護溫度為40oC，濕度為95%。經過多次驗證，地鐵車站地下室試驗段結構墻配合比最終確定見表1所示[3]。

表1 地鐵車站結構防滲抗裂混凝土配合比表

2 地下室側墻混凝土工程施工質量控制措施

2.1 混凝土施工

外墻澆筑時，施工縫處的外墻一次澆筑至板面以下或以上400mm，同時設置鍍鋅止水鋼板。施工縫接縫處的外墻內外表面應平直。施工過程中采用以下方法：側墻底部和上部采用外加工成型止水鋼板，與水平工字型鋼板搭接10cm，兩側全焊，第一段澆筑的施工縫應鑿毛并刷水泥基滲透結晶，并在原有鋼板止水帶的基礎上，在外側增加背貼式止水帶，以提高防滲效果，使外墻施工縫處的防滲要求與外墻外觀更好地結合[4]。

2.2 施工縫設置

該工程縱向（南北）設置6 個橫向施工縫，最南端第6、7 倉縱向長度小于30m。與設計溝通后，將兩倉優化調整為一個，減少一個橫向貫通縫，避免一個泄漏點。

2.3 外墻防水施工

由于該工程地下結構所處土體含水量較高，側墻外側采用高分子改性瀝青卷材（4mm）+施工縫處60cm 寬的加固層，側墻內側采用定制型鋼模板，滿足側墻一次澆筑成型的需要。

2.4 保濕保溫養護

根據以往的施工經驗，側墻模板一般在混凝土施工完成后1～2d 內拆除，但模板拆除后，除縫隙澆水和灑水管維護外，沒有其他保養方法，因此上述方法存在缺陷；水泥的內部溫升通常在1～2d 內達到最高點，提前拆模時間必然會增加水泥的內部冷卻速度。內表面和表面之間的溫差會增加內應力，內部收縮應力會隨時間增加；有時，人工單向澆水后，墻體上下結構的水量消失得太快，難以維持，這也會增加溫度下降的速度。如果設置噴淋管進行維護，往往會出現水流控制不一致，墻體上干濕塊間隔狀，強度下降速度加快。

影響車站地下室結構墻體早期開裂和滲水的主要原因是早期溫度收縮和應變應力。首先，應延長拆模時間，在結構內部溫度達到峰值后拆模；其次，地下結構外墻試驗段采用先進的薄膜養護保濕保溫材料控制拆模時間，確保混凝土澆筑3d 后拆模時間得到適當控制，有利于地下室側墻的早期收縮。保濕保溫措施：覆蓋“水能”專利技術固化膜和土工布。該產品是一種新型專利材料，粘貼在混凝土表面，無需反復澆水養護。固化膜材料能有效地附著在墻體上，并能長期保持水分。可在拆模當天立即進行養護；養護保護膜鋪好后，及時在外面覆蓋一層土工布，進行兩層保溫[5]。測溫記錄表明，保水樹脂固化膜的保水時間可超過20d，鋪設固化膜和覆蓋土工布的效果更好。圖1 是吸水樹脂養護膜，圖2 是覆蓋土工布圖。

圖1 吸水樹脂養護膜

圖2 覆蓋土工布

3 工程實體監測數據分析對比

地鐵站側墻試驗段長度設計為施工段，混凝土澆筑嚴格按照技術方案和措施進行。地下室結構內部環境中各種因素的變化參見圖3、圖4所示。

圖3 混凝土內的溫度變形曲線圖

圖4 混凝土內的微應力變化曲線示意圖

從圖3、圖4 可以看出，車站地下結構混凝土成型溫度和中心溫度在27h 后達到峰值，內部和外部溫度在26h 后達到峰值。與其他膨脹劑相比，氧化鎂膨脹劑的初始水化過程較慢，但中后期的收縮作用更強，特別適用于收縮時間較長的地鐵車站地下室側墻。氧化鎂膨脹劑也更適用于側墻大體積混凝土的實體。28d 內最大內外溫差為6～7oC，中心溫度達到溫度峰值后冷卻速率為3～5oC/d，證明了一層土工布加一層養護膜的養護方法具有較好的保溫保濕效果。圖5 和圖6 分別是空白段圖片和試驗段的圖片。

圖5 空白段

圖6 試驗段

根據現場施工試驗段邊墻的實際觀測對比，試驗段結構墻外觀質量良好，未發現有害裂縫和漏水現象，防滲防裂效果與實測數據結構一致，無滲水現象。

4 工程實例論證——測溫度和應力場變化

應變傳感器分別放置在混凝土M 和混凝土N 的澆筑體內。選取地下側墻關鍵部位，實時監測工程現場溫度場和應變部位，指導混凝土工程的養護，建立計算機數據分析庫，分析混凝土內應力變化和表面裂縫的形成過程[6]。從圖3 和圖4 中可以看出，混凝土M在27h 左右達到應變峰值。

5 結論

第一，氧化鎂膨脹劑膨脹速度較慢，用于地下室外墻體具有良好的抗裂防滲效果。

第二，“水能”專利產品固化膜能有效緊貼結構表面，具有防水保溫的特點。在冬季或氣溫較低時，結構表面再覆蓋一層土工布，以確保有效控制混凝土溫度的下降速度。

第三，地鐵站試驗段結構與墻體混凝土配合比調整后的微應變在14d 內達到平均值，30d 后降至-50～40uε，中心溫度達到試驗數據。結果表明，保溫、保濕等現場維護措施合理，對主要部件的補償縮短效果顯著，兩個多月后試驗段無有害裂縫和漏水。