噴射纖維混凝土作為剛性內(nèi)防水層在工程中的應(yīng)用
     1 單層襯砌地鐵車站的結(jié)構(gòu)考慮
     在上海這一類高水位、軟土地基的城市, 為了保證地鐵車站在施工過程中對(duì)周邊建筑物、管線等環(huán)境的影響降低到足夠的安全范圍之內(nèi), 圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用加厚的地下連續(xù)墻。在這種情況下, 如果還是采用傳統(tǒng)的雙層襯砌(即圍護(hù)結(jié)構(gòu)加內(nèi)襯墻)的結(jié)構(gòu)形式,加厚的地下連續(xù)墻雖然解決了車站基坑的安全穩(wěn)定問題, 但同時(shí)也會(huì)加寬車站的限界, 并增加結(jié)構(gòu)的一次性投資。在一些施工環(huán)境相當(dāng)狹小的地區(qū)、車站限界無(wú)法加寬的情況下, 單層襯砌的地鐵車站便應(yīng)運(yùn)而生。
     是一個(gè)典型的單層襯砌地鐵車站的橫剖面。地下連續(xù)墻在施工階段就作為基坑開挖過程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu), 當(dāng)車站的頂、底板及中樓板與地下墻澆筑在一起之后, 地下連續(xù)墻就作為車站永久結(jié)構(gòu)的側(cè)墻部分。


2 單層襯砌地鐵車站側(cè)墻內(nèi)防水的基本考慮
     地下連續(xù)墻的混凝土是在護(hù)壁泥漿中澆筑的[1,2],致使墻體內(nèi)表面夾雜泥砂現(xiàn)象嚴(yán)重, 如果不做適當(dāng)處理, 則與車站模筑的頂板、底板的高性能混凝土相比,其使用年限難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求; 又受所處地質(zhì)環(huán)境影響, 地下墻的成槽質(zhì)量具有一定的不確定性, 因此地下墻在開挖后的平整度差異會(huì)很大。在實(shí)際單層襯砌地鐵車站施工過程中, 地下墻的內(nèi)表面都要求鑿平處理。在地下墻表面鑿平的過程中, 施工單位為了保證將墻體內(nèi)表面夾雜泥砂的不密實(shí)混凝土清除干凈, 往往就會(huì)把所有墻體內(nèi)側(cè)的保護(hù)層全部鑿除, 直至露出地下墻的鋼筋。以往通常采用剛性防水砂漿來充當(dāng)?shù)叵聣Φ膬?nèi)保護(hù)層及找平層。
     根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的要求, 地鐵車站是需要設(shè)置全包防水的, 其中單層襯砌的側(cè)墻也不例外。由于地下連續(xù)墻的特殊施工工藝, 決定了其迎土(水)面的外防水層是幾乎無(wú)法施做的, 因此只能在整個(gè)車站主體結(jié)構(gòu)完成后, 在地下連續(xù)墻的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)防水層。考慮到地下墻內(nèi)保護(hù)層及找平層的因素, 地下墻的內(nèi)防水自然應(yīng)為剛性內(nèi)防水層。
     在車站的使用全壽命過程中, 應(yīng)對(duì)地下墻的剛性內(nèi)防水層做定期的維護(hù)檢查, 在必要的情況下, 還需要進(jìn)行大面積維修。維修的周期根據(jù)剛性防水砂漿的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)本體滲漏情況及環(huán)境劣化程度而定。
3 單層襯砌地鐵車站側(cè)墻內(nèi)防水的傳統(tǒng)處理方法
     早在上海地鐵 1、2 號(hào)線中就有單層襯砌地鐵車站的設(shè)計(jì), 其中的側(cè)墻內(nèi)防水層均采用“四層剛性抹面”的方法[3]。四層剛性抹面防水層的設(shè)計(jì)與施工是較為傳統(tǒng)的方法( 見圖 2 所示), 主要是利用素灰( 即較稠的純水泥漿)和水泥砂漿分層交叉抹面而達(dá)到防水目的。但四層剛性抹面防水層從強(qiáng)度來看, 很難達(dá)到地下墻混凝土的強(qiáng)度等級(jí), 因此作為地下墻內(nèi)保護(hù)層比較勉強(qiáng); 其防水效果除了要按正確的配合比配置水泥漿及水泥砂漿以外, 主要還是取決于施工人員正確的施工方法及地下墻的滲漏情況、堵漏措施等因素。所以工序繁復(fù)的四層剛性抹面防水層在不同工程項(xiàng)目中, 甚至在同一項(xiàng)目中的不同部位的防水效果也會(huì)有所不同。
4 噴射纖維混凝土在單層襯砌地鐵車站側(cè)墻內(nèi)防水工程中的應(yīng)用
      上海地鐵 2 號(hào)線西延伸段的虹橋臨空?qǐng)@區(qū)站為地下二層的地鐵車站, 總長(zhǎng)約 400 m, 寬約 20 m。車站主體結(jié)構(gòu)為單層襯砌, 其橫向剖面與圖 1 相似, 原設(shè)計(jì)地下墻內(nèi)側(cè)采用四層剛性抹面作為內(nèi)防水層。車站施工總承包單位中鐵十六局為了保證施工工期,提出采用噴射纖維混凝土替代四層剛性抹面作為地下墻的內(nèi)防水層。經(jīng)過設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主等多方論證,同意了施工總承包單位的建議。
     （1） 噴射纖維混凝土的配合比
     依據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》, 工程提出了對(duì)噴射纖維混凝土的技術(shù)要求: 抗壓強(qiáng)度≥ C30( 與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度相當(dāng))、抗?jié)B等級(jí)≥S8。對(duì)于噴射纖維混凝土的強(qiáng)度要求, 主要出于要承擔(dān)起地下墻內(nèi)表面的找平層和保護(hù)層作用的考慮; 當(dāng)然, 作為結(jié)構(gòu)剛性內(nèi)防水層的抗?jié)B要求更是必不可少的, 因本車站的埋深均在 20 m 以內(nèi), 抗?jié)B等級(jí)≥S8 即可。


     根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 施工單位做了大量的試驗(yàn), 最終確定了如表 1 所示的噴射纖維混凝土的施工配合比。噴射混凝土配合比主要參照的標(biāo)準(zhǔn)有: 《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》等。由于噴射混凝土的特殊施工工藝,要求混凝土必須摻加速凝劑, 速凝劑的選用主要參照《噴射混凝土用速凝劑》中的規(guī)定。又考慮到防水抗裂的要求, 選擇了摻加抗?jié)B微晶防水劑和聚丙烯纖維, 其中聚丙烯纖維是根據(jù)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定選用的。
     與地下結(jié)構(gòu)防水混凝土的設(shè)計(jì)原則相一致, 噴射纖維混凝土也首先考慮了控制水膠比。通過表 1 可知, 噴射纖維混凝土的水膠比為 0.39￣0.41 左右, 均高于普通防水混凝土水膠比≤0.45 的要求。通過檢測(cè), 噴射纖維混凝土的 3 d、28 d 的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到 18.7 MPa 和 38.5 MPa, 抗?jié)B等級(jí)也≥S8, 均滿足設(shè)計(jì)要求。
     （2）噴射纖維混凝土施工前的準(zhǔn)備工作
     有在整個(gè)單層襯砌地下車站主體結(jié)構(gòu)全部完成、且結(jié)構(gòu)早期變形穩(wěn)定后, 才能著手地下連續(xù)墻噴射纖維混凝土施工前的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作主要包括: 鑿平地下連續(xù)墻面、地下連續(xù)墻的堵漏與墻面清理等工作。在這些準(zhǔn)備工作中, 最重要的是地下連續(xù)墻的堵漏工作。
     地下連續(xù)墻的滲漏大致分為兩類: 一類為墻縫滲漏, 另一類為墻面滲漏。地下連續(xù)墻作為單層襯砌,地鐵車站側(cè)墻的接頭一般采用十字鋼板 。十字鋼板和先澆地下墻的鋼筋籠焊接在一起,而和后澆墻幅的鋼筋籠無(wú)任何連接, 這就導(dǎo)致了車站主體結(jié)構(gòu)變形時(shí), 地下墻的接縫成為滲漏的頑疾。特別是車站結(jié)構(gòu)處于高水位的地基環(huán)境下, 受環(huán)境溫度循環(huán)變化的影響, 墻縫的變形也有個(gè)反復(fù)變化的過程, 因此地下墻縫的堵漏也要經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過程, 并不能一蹴而就。相對(duì)于墻縫的滲漏處理, 墻面的滲漏受結(jié)構(gòu)的約束, 基本不會(huì)有反復(fù), 因此可以選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)一次性處理即可(不包括地下連續(xù)墻本身的質(zhì)量問題)。
      噴射纖維混凝土在施工之前, 要求混凝土基面濕潤(rùn), 以便能和混凝土基面結(jié)合緊密, 所以噴射纖維混凝土對(duì)于一般墻面滲漏( 濕漬) 的處理要求不高。但如果混凝土表面有明水滲漏, 則會(huì)影響噴射纖維混凝土與混凝土基面的結(jié)合及防水性能。
     （3）噴射纖維混凝土施工的主要控制項(xiàng)目


      除了對(duì)噴射纖維混凝土材料質(zhì)量控制之外, 施工過程的關(guān)鍵是如何控制好噴射纖維混凝土的回彈率、厚度等問題。
      和模筑混凝土不同, 在缺少模板約束的條件下,噴射混凝土在凝結(jié)過程中會(huì)發(fā)生回彈現(xiàn)象。從材料控制來講, 可以依靠噴射混凝土中的速凝劑加速混凝土凝結(jié)來控制一部分噴射混凝土的回彈率; 但速凝劑的摻加是有限的, 噴射混凝土的回彈率主要還是靠調(diào)整混凝土的配合比、噴射機(jī)械、噴射速度、噴射距離等施工綜合因素來控制。所以施工單位在正式噴射混凝土施工前, 一定要針對(duì)控制噴射混凝土回彈率做好試噴試驗(yàn)。實(shí)踐表明, 和一般噴射混凝土回彈率的控制要求不同, 作為剛性內(nèi)防水層的噴射纖維混凝土的回彈率要求控制在 15%以內(nèi)為宜。
      噴射纖維混凝土的噴射厚度也是控制施工質(zhì)量的重要項(xiàng)目之一。噴射纖維混凝土作為地下墻內(nèi)側(cè)保護(hù)層, 厚度要求不得小于 5 cm; 作為地下墻內(nèi)側(cè)找平層, 根據(jù)地下墻平整度不易控制的實(shí)際情況, 最厚處應(yīng)達(dá)到 10 cm。綜合噴射纖維混凝土作為地下墻保護(hù)層、找平層、防水層等各種工程需要, 結(jié)合噴射纖維混凝土的材料性能、施工工藝等各種因素, 確定厚度應(yīng)控制在 5～10 cm, 平均厚度為 8 cm。這種厚度控制基本能保證地下墻內(nèi)側(cè)“大平小不平”, 防滲性能滿足車站一級(jí)防水要求, 同時(shí)也能照顧到施工單位對(duì)噴射纖維混凝土厚度控制較難的實(shí)際情況。
     （4）噴射纖維混凝土在工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)
      噴射纖維混凝土在工程應(yīng)用中主要的優(yōu)點(diǎn)為: 施工速度快、材料勻質(zhì)性好、強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、與混凝土基面結(jié)合緊密。
      相對(duì)于剛性四層抹面的傳統(tǒng)施工工藝, 噴射纖維混凝土基本為機(jī)械化施工, 在對(duì)主要施工人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械操作培訓(xùn)后, 即可上崗操作。施工機(jī)械的噴射速度、強(qiáng)度均可恒定, 能有效地保證施工效率和施工質(zhì)量。相對(duì)于剛性防水砂漿, 噴射纖維混凝土的強(qiáng)度大大提高, 混凝土的密實(shí)度及與混凝土基面的結(jié)合強(qiáng)度也隨之提高, 使噴射纖維混凝土的防水性能基本能達(dá)到現(xiàn)澆混凝土的效果。在本工程總噴射面積2 100 m2 的范圍內(nèi), 在噴射混凝土之前, 據(jù)統(tǒng)計(jì)墻面原有 120 多處滲水濕漬; 經(jīng)噴射纖維混凝土處理后,滲水濕漬減少到 40 多處, 沒有一處濕漬面積超過0.15 m2, 總濕漬面積約 2.6 m2 左右, 占整個(gè)墻面的1.3/1000。因?yàn)閲娚淅w維混凝土與混凝土基面結(jié)合緊密, 不會(huì)發(fā)生竄水現(xiàn)象, 而噴射纖維混凝土施工后遺留的滲漏點(diǎn)可以直接從噴射纖維混凝土表面打孔至地下墻進(jìn)行堵漏處理。