浅谈海陆交互相沉积层地质地铁结构防水控制的技术应用

浅谈海陆交互相沉积层地质地铁结构防水控制的技术应用

樊中淮

中铁六局集团广州工程有限公司

摘要：佛山市城市轨道交通三号线工程，工程所在地为广东省佛山市顺德区，为珠江三角洲冲积平原地貌。气候类型为季风气候，温暖多雨。地质情况主要是海陆交互相沉积层，多为淤泥质土，常与薄层淤泥质砂构成互层裂隙水、地表水发育，给地铁防水施工带来巨大挑战，在此种地质条件下，如何做好施工防水，能够使防水技术更系统化，可靠性得到很好的应用，显得尤为关键。本文以佛山地铁三号线高村至北滘明挖区间深基坑结构防水施工为例，针对该工程所在地区的天气和地质、水文的特殊性，结合现场实际施工过程中遇到的情况所采取的技术措施进行阐述，希望能够为类似工程地质条件下，深基坑及地下暗挖工程结构防水施工提供一点借鉴。

关键字：海陆交互相沉积层  深基坑结构防水  技术措施

1、前言

目前，随着国家经济的飞速发展，随之而来的与发展相适配的城市基础设施建设也在不断地更新完善。地铁是越来越成为城市人们首选的快速出行的轨道交通工具，因为其具有载客容量大、环保、舒适、内耗小等优点，在国内一直享有“地面波音”之美誉。随着社会及人口发展增加、人们对道路网络不断的扩大以及服务水平不断提高提出新的要求,因此城市发展优先解决城市交通问题，已经成为现代人无法面对的通病。世界各国都在探索挖掘地下空间利用，大力发展地铁交通系统运用，以便解决应对日益严重的地面交通压力。

然而，不容乐观的是，地铁施工由于空间区域限制，地铁的建设就离不开深基坑及地下暗挖施工，地铁主体结构工程大部分都会在地下水位下面，地铁投入运营后由于防水施工或者设计质量缺陷，导致渗漏水现象发生。因此，地铁渗漏水问题不妥善解决的话，势必会影响到地铁的正常运营以及乘客的舒适度，甚至会危及到交通安全事故的发生。如何做好施工防水，能够使防水技术更系统化，可靠性得到很好的应用，杜绝渗漏质量通病的发生，一直困扰着工程界、成为工程界 永久而又无法完全破解及富有挑战性的课题。本文以佛山地铁三号线高村至北滘明挖区间深基坑结构防水施工为例，针对该工程所在地区的天气和地质、水文的特殊性，结合现场实际施工过程中遇到的情况所采取的防水技术措施进行阐述，希望能够为类似工程地质条件下，深基坑开挖及地下暗挖工程防水施工提供一点借鉴。

2、工程概况

2.1项目基本概况

佛山市城市轨道交通三号线高村至北滘明挖区间，区间总长443.788米，毗邻林西河北侧。区间小里程基坑宽度为19.70米，大里程基坑宽度为46.00米。基坑开挖深度为16.4～22.5米。基坑支挡结构为地下连续墙加内支撑。林西河大致呈东西向展布，河床较稳定，河涌水面宽约15~30m，常水位约1.0~2.0m，线路左侧地连墙距离林西河最近点4.7m。本项目主体结构设计防水等级为一级防水，防水完成后要求混凝土表面没有湿的印子，实体混凝土墙、板不允许渗水。施工中，防水施工要求采用“以防为主，刚柔相济，多道设防，因地制宜，防堵结合，综合治理”的方法。

2.2地质情况

2.2.1场地条件

施工区域属为珠江三角洲冲积平原地区，地形地势比较平坦。

2.2.2地质情况

线路范围大部分地层结构是新生界第四系地层以及白垩系地层组成。其中土层主要为淤泥质土以及砂层，陆相冲积和洪积砂层，土层及河湖相沉积淤泥质土层，下伏基岩为红层碎屑岩。

2.2.2.1特殊性岩土

特殊岩土大部分为人工填土还有就是软土和风化岩。

1）人工填土：地质勘察揭露的人工填土层主要为路基回填的素填土，层厚0.30～ 7.00m，局部存在上层滞水。

2）软土：区间全线软土为海陆交互相沉积淤泥及淤泥质土层，沿线软土层厚度变化大，局部地段软土厚可达37m。

3）风化岩：场地发育全、强风化白垩系泥质粉砂岩，岩石在水平及垂直深度上风化不均，全、强风化岩具有泡水易软化的特点。

2.2.2.2不良地质作用

明挖区间采用明挖顺做法施工，边坡及基底分布较厚的淤泥、软土、砂土及红层碎屑岩风化残积土，软土抗剪强度低，砂土施工中易发生流砂现象；红碎屑岩风化残积土裸露浸水易软化，从而造成强度降低；地下水埋藏较浅，且临近林西河，在建设过程中可能引发地面沉降，挖方边坡崩塌，给结构防水施工也带来很大挑战。

2.2.3水文条件

地铁基坑南侧紧邻林西河,临西河呈东西向流向，河床较稳定，河涌水面宽约15~30m，河水径向呈不规则半日潮向，随海潮涨落变化。

2.2.3.1地下水类型

地下水种类比较多，主要是第四系孔隙水，基岩风化构造裂隙承压水补给。填土层局部可能存在上层滞水。

2.2.3.2地下水位

钻孔探测地下水稳定水位埋藏深度0.00至5.60m，地下水位的高低变化与地下水的来源、补充方式及向外排出关系密切，基本上每年的4月份到9月份为南方下雨季节，地下水位会上升比较明显，在冬天的时候降雨量会减少，水位会随着补给减少而降低。地下水年变化幅度为1.0至1.5m。

2.2.3.3地下水补给与排泄

地下水主要在砂层中，该层部分为潜水，根据地质剖面图分析，潜水层与地表河涌水有直接的水力联系，天气降雨还有地表面径流水是补给地下水的主要源头，当涨潮时，河涌水对地下水进行补给，退潮时，河涌成为地下水排泄通道；砂层中的承压水，补充和外排是通过侧向径流进行。

2.2.3.4地下水对工程的影响

海陆相交互沉积砂层，砂层本身比较松散，自身稳定性比较差，施工中非常容易发生涌水涌砂造成围护结构变形、失稳、坍塌现象。地下水水压增大，包裹着墙后细颗粒砂加快流失，主体结构底部、后背掏空后形成不均匀沉降，造成主体结构裂缝，因此结构主体防水施工做不好，运营过程中一旦主体结构渗水，就会导致地下水失去原有的水压平衡，导致地下水变动，从而造成地面沉降，主体结构造到破坏，从而影响行车及乘客安全。

2.2.3.4水、土的腐蚀性评价

顺德属湿润地区，分布地层含水量一般在20%~30%，该工程都处于地下水位以下，主体结构处于长期浸水环境且具有腐蚀性，由于混凝土是多孔的，侵蚀性物质进入混凝土结构当中，容易影响到结构的耐久性和强度性能，做好结构防水是阻止地下水侵蚀主体结构的关键技术措施。

2.3防水标准及防水施工原则

区间主体结构防水等级为一级，强调结构自防水首先保证混凝土、钢筋混凝土结构的自防水能力。加强结构各部位的防水措施，本文重点论述，结构自防水、接缝防水、附件防水层及辅助防排水技术措施在本工程中的应用。

2.4结构防水体系

施工过程中因为所处施工环境，工程地质情况以及水文条件比较特殊，且综合其他先行施工标段的深基坑防水施工技术经验，结合本项目防排水特点，制定切实可行的工程结构防水体系，针对不同部位制定各项防水措施，具体见下表。

表2.4-1高村至北滘明挖区间防水设计体系表

2.4.1结构自防水

墙板混凝土加入二级粉煤灰和高效减水剂以及引气剂。防水混凝土选用低水化热比较低的水泥，水泥用量大于300kg/m3，水胶比不大于0.45。防水混凝土的塌落度应控制在120~160mm。围护结构要形成初道止水帷幕，应最大限度止水，在帷幕结构表面干燥或达到无明水方可进行防水施工。

2.4.2接缝防水

2.4.2.1施工缝防水

1）环向施工缝间距布置在1/4~1/3跨（有柱）范围，或间距宜控制在16~20m范围。

2）施工缝尽量避开地下水和裂隙水较多的段落尽量与变形缝相结合。

3）水平施工缝留在高出边墙与腋角相交点30cm的墙体，遇到预留孔洞时施工缝距孔洞边缘大于等于30cm。

4）施工缝在初凝后，将表面浮浆和杂物凿除清理干净。

5）3mm厚的镀锌钢板止水带设置在施工缝的中间部位，施工缝内缘预埋可重复注浆管，背贴式止水带加贴在施工缝的外边。

2.4.2.2变形缝防水

1）地质条件以及主体结构变化比较大的位置处，设置一条变形缝，宽度为2cm。

2）背贴式止水带在侧墙还有底板变形缝的外侧位置设置一道。

3）变形缝中部设置带注浆管的止水带，形成一道封闭的防水线。

4）1.2mm厚不锈钢接水槽，设置在变形缝内侧以便将少量渗水进行引排，然后在变形缝缝里边嵌填上密封胶进行有效防水。

2.4.3附加外防水层

顶板：一般顶板防水会用单组份的聚氨酯涂料，一级设防要求时，涂料成膜厚度不小于2.5mm，二级设防时不小于2.0mm，并在其上设70mm厚细石混凝土作保护层；涂料层与保护层之间设置纸胎油毡隔离层。

底板：采用预铺反粘自粘性防水卷材，50mm厚细石混凝土进行保护。

侧墙：复合式结构采用预铺反粘自粘性防水卷材；分离式结构采用自粘性防水卷材。

明挖区间出入段线路中心线以北，有乔木等根系植物种植要求，在顶板防水层上表面设置1.2mm厚的PVC防水卷材防根系穿刺层，保证结构整体防水性效果。

2.4.4防水节点及辅助排水措施

2.4.4.1穿墙管

根据变形量大小，穿墙管一般会采用套管式和固定式防水法，套管位置均按要求设置止水环。

2.4.4.2竖向承载桩

1）桩头钢筋在钢筋底部先采用密封胶密封,然后在桩头上涂刷高渗透性环氧防水涂料。

2）格构柱穿过地板位置沿柱子四周焊接镀锌钢板止水环。

2.4.4.3辅助排水措施

1）变形缝内侧接水系统要有组织地与车站排水系统连通并排水通畅。

2）基坑内降水正常，以保证底板施工时地下水位降至垫层50cm以下。

3、结构防水施工方法

3.1工艺流程

3.1.1根据项目地质、水文以及防水设计体系总体要求，动态调整总结制定了针对这种海陆交互相沉积层地质围岩，地铁结构防水施工工艺流程，如下图所示：

图3.1-1防水施工总工艺流程

3.1.2防水卷材施工流程

基础表面平整→阴、阳角部位混凝土砂浆做倒角处理→防水卷材摊铺→防水卷材固定→验收→防水保护层施工。

3.1.3涂刷聚氨酯防水流程

基层找平压光→阴阳角倒角→涂刷聚氨酯防水涂料→纸胎油毡隔离层→验收→混凝土保护层施工。

3.2预铺防水卷材施工方法

3.2.1基面处理

施工防水层前对结构表面进行清理，平整度应满足H/L小于1/10，H为相邻两凸面最大深度，L为相邻两凸面的最小距离。阴角采用1：2.5水泥砂浆做成5cm×5cm的倒角，阳角采用水泥砂浆做成R=20mm圆角。

3.2.2防水卷材铺设

底板使用预铺反粘自粘性防水卷材，然后铺设5cm厚细石混凝土作为保护层（图3.2-1）。卷材铺贴顺序为：先节点，后大面；先低处，后高处；先远处，后近处。底板铺设防水卷材时，先弹线，按弹线位置空铺在基面上，卷材膜面向基层，隔离膜面向操作人员。第二幅卷材搭接在第一幅卷材边进行摊铺，搭接宽度不小于80mm；搭接时检查搭接位置要干燥、没有灰尘，卷材搭接边要求紧密压实粘牢、无气泡。

侧墙铺设防水卷材时，依然是先弹基准线，然后按线铺设在基面上，且卷材的隔离纸必须向外，固定于侧墙基层上（图3.2-2）；最后隔离膜揭开，进行长、短边搭接，搭接宽度不小于100mm。

图3.2-1底板防水施工                     图3.2-2侧墙防水施工

3.3涂料防水层施工方法

3.3.1基层处理

基面用扫帚和高压水清洗干净，保持干燥、平整，没有松散、泛砂、空壳起翘或者脱落现象，不平整处用1:2.5砂浆找平。当基层上的裂缝有大于0.3mm时，要采用骑缝涂刷，缝两边骑缝涂刷宽度为10cm，然后在缝上面再采用聚氨酯涂膜防水涂刷1.5mm厚进行加强，然后设置聚酯布增强层。

3.3.2聚氨酯防水施工

防水涂料第一道涂刷用毛刷或滚刷将涂料涂刷到基层上，涂刷均匀一致，用量180克/平方米，第二道在第一道涂刷3小时后进行，涂刷方向与第一道垂直，用量120克/平方米。结构侧面边墙防水卷材和顶板还有上翻梁之间，聚氨酯涂膜及纸胎油毡之间一般要进行过渡型连接，其做法详见（图3.3-1）。

图3.3-1侧墙与顶板过渡连接防水施工           图3.3-2顶板上翻梁处防水施工

3.3.3细石混凝土保护层

卷材施工完毕然后报请经验收合格，及时施做防水层的70mm厚细石混凝土保护层，当顶板覆土层表面有绿化要求时，在涂料防水层表面设置4mm厚聚乙烯高聚物改性沥青防水卷材耐根系穿刺层，后浇筑细石混凝土保护层。

3.4施工缝防水处理

根据气象资料，佛山市年平均降水量为1681.2毫米。这种地质及气象条件下施工地下防水工程，综合防水要求比较高，技术比较复杂，接缝防水尤为关键，一旦接缝渗漏水处理不好，结构防水就会功亏一篑。施工前多次联合设计单位在先行标组织观摩，反复比照论证防水措施的可行性，并根据实际情况进行防水方法改进，最终得出一套切实可行的主体结构施工缝防水技术。主体结构施工缝采用：镀锌钢板止水带+背贴式止水带+可重复注浆注浆管+防水卷材（涂料）的方法进行防水处理。

            图3.4-1顶底板（环向）垂直施工缝防水施工

图3.4-2侧墙施工缝防水施工

图3.4-3注浆管布置施工

施工过程中，地下水和裂隙水较多的区段一般不设置施工缝，如果非要设置就要尽量与变形缝、后浇带相结合，减少一旦围护结构后面有地下水防水不密实通过施工缝渗漏到结构表面。

3.5变形缝防水处理

该工程地质条件较差，在主体结构或者是自然地质环境变化比较大的位置，如区间在单双层分界处设置变形缝。

3.5.1变形缝防水施工

检查止水带表面没有裂纹还有小的气泡，止水带在接头位置要采用斜接面热接，接缝部位接好后要求平整且牢固，施工完成后不得有裂口还有脱胶现象，宽度和材质满足各种检测物理性能指标。

变形缝处按要求设置衬垫板，衬垫板与中埋式止水带中心还有变形缝中心线一定要在一条线上，并且把止水带牢靠固定在端头模板上，如图（3.5-1）。

图3.5-1顶板、底板、侧墙变形缝防水构造图

3.5.2变形缝处砼浇筑要求

1）竖直向止水带两边混凝土要振捣密实，排出止水带与混凝土表面的气泡。

2）水平向止水带下混凝土振捣密以后，把止水带水平放置在混凝土表面并按压出少量混凝土浆，以保证止水带与混凝土面密贴，然后进行止水带上部混凝土浇筑施工。

4、结论与建议

施工过程中地下水对工程施工的影响是短暂的，但是一旦地铁建成后在运营过程中，防排水对地下水的影响就变成永远的了，地下水对地铁的结构是通过改变地铁结构周边围岩状态、通过渗透侵蚀结构混凝土、不断改变结构周围水压力、变迁和流动等各方面因素产生影响的，因此在地铁结构施工完毕后，及时按要求进行结构防水施工及道路和地表恢复，严禁出现地铁结构严重渗漏水现象，保证地铁能够安全运营的同时，恢复原来地下水系统的平衡。

佛山市顺德区地铁三号线高村至北滘明挖区间工程，在处理海陆交互相沉积层地质防水施工中，充分借鉴了先行标及其它相关深基坑施工防水经验，制定科学合理的防水体系，特别是止水钢板、防水卷材背后预留压浆管的应用，增加结构混凝土与防水材料的密贴程度，有效的防止因混凝土振捣不密实等原因，造成接缝处渗漏，通过现场应用，截止2020年9月份由我单位承建的该段地铁施工任务圆满完成，结构防水工程取得了非常好的效果。

1）目前我国地铁多使用全防型和防排结合类型进行地下结构防水，全防型相对来说是比较理想的，但外部压力水一直作用在结构身上，这种防水类型发生渗漏的可能性比防排结合防水要高很多，同时如果发生漏水现象，施工处理起来会比较繁琐。防排结合型主要从防和排同时着手，并且首先考虑以防为主，先把需要排的量控制在一定合理范围内，这样一举两得，既排掉了水减轻了结构的后部水压力减少渗漏的发生，并且节约了排水费用。          2）注重防水的可控制性。过去的地铁及地下暗挖工程，防水都是被动防水，工程完工后对渗漏水只能通过结构表面或者通过局部注浆来进行堵漏，对渗漏源很难查明和修复，同时打孔注浆很容易对已经施工完成的防水结构层造成破坏，其结果往往是堵了还漏，或者堵住一个点旁边其它部位又出现渗漏现象。本文阐述的采用对防水材料设置的各种接缝处内缘预埋可重复注浆管，使结构在分区防水时，出现渗漏情况可以及时进行注浆，增加接缝防水效果，不用打注浆孔和大面积的凿混凝土结构，这种可拆卸的防水设施给在后期地铁防水维护中提供了非常方便、快捷、有效的条件。

本文从本工程所涉及的海陆交互相沉积层地质、水文条件下，地铁深基坑结构防水施工技术应用方面着手，重点对地铁系统防水技术和工艺方法进行了描述，地铁防水技术的应用，涉及到较多个学科、同时也包含很多个领域，但由于本人知识水平和学识有限，本论文在写作过程中查阅资料等涉及面还不够广和深入，存在很多不足之处，希望批评指正。

参考文献：

[1]GB50108-2008 地下工程防水技术规范.北京:中国规划出版社,2008

[2]GB50208-2011 地下防水工程质量验收规范.北京:中国规划出版社,2011

[3]GB50299-1999（2003版）《地下铁道工程施工及验收规范》北京:中国规划出版社,2003

[4]GB50517-2013地铁设计规范.北京:中国规划出版社,2013

[5]高渠清，隧道与地下工程论文选集.北京:中国铁道出版社,1996

[6]刘清文,地铁工程防水技术研究 .2005.10

[7]鞠建英，实用地下工程防水手册. 北京:中国规划出版社,2002

[8]吴军德，武宝山，真空降水在巨厚淤泥质砂层中应用探讨.《城镇建设》,2020.02

作者简介：樊中淮，男，工程师，2021年6月毕业于北京交通大学