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, 但同時也會加寬車站的限界, 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)、車站限界無法加寬的情況下, 單層襯砌的地鐵車站便應(yīng)運而生。
     是一個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,其使用年限難以達到設(shè)計要求; 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很大。在實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混凝土清除干凈, 往往就會把所有墻體內(nèi)側(cè)的保護層全部鑿除, 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法施做的, 因此只能在整個車站主體結(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�？紤]到地下墻內(nèi)保護層及找平層的因素, 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)對地下墻的剛性內(nèi)防水層做定期的維護檢查, 在必要的情況下, 還需要進行大面積維修。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 號線中就有單層襯砌地鐵車站的設(shè)計, 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到防水目的。但四層剛性抹面防水層從強度來看, 很難達到地下墻混凝土的強度等級, 因此作為地下墻內(nèi)保護層比較勉強; 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目中, 甚至在同一項目中的不同部位的防水效果也會有所不同。
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 號線西延伸段的虹橋臨空園區(qū)站為地下二層的地鐵車站, 總長約 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、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》, 工程提出了對噴射纖維混凝土的技術(shù)要求: 抗壓強度≥ C30( 與結(jié)構(gòu)設(shè)計強度相當(dāng))、抗?jié)B等級≥S8。對于噴射纖維混凝土的強度要求, 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≥S8 即可。


     根據(jù)設(shè)計要求, 施工單位做了大量的試驗, 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準有: 《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》、《鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗收標準》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, 噴射纖維混凝土的 3 d、28 d 的抗壓強度分別達到 18.7 MPa 和 38.5 MPa, 抗?jié)B等級也≥S8, 均滿足設(shè)計要求。
     （2）噴射纖維混凝土施工前的準備工作
     有在整個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備工作。準備工作主要包括: 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任何連接, 這就導(dǎo)致了車站主體結(jié)構(gòu)變形時, 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, 墻縫的變形也有個反復(fù)變化的過程, 因此地下墻縫的堵漏也要經(jīng)歷一個相對漫長的過程, 并不能一蹴而就。相對于墻縫的滲漏處理, 墻面的滲漏受結(jié)構(gòu)的約束, 基本不會有反復(fù), 因此可以選擇適當(dāng)?shù)臅r機一次性處理即可(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, 以便能和混凝土基面結(jié)合緊密, 所以噴射纖維混凝土對于一般墻面滲漏( 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目


      除了對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, 一定要針對控制噴射混凝土回彈率做好試噴試驗。實踐表明, 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)量的重要項目之一。噴射纖維混凝土作為地下墻內(nèi)側(cè)保護層, 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際情況, 最厚處應(yīng)達到 10 cm。綜合噴射纖維混凝土作為地下墻保護層、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防水要求, 同時也能照顧到施工單位對噴射纖維混凝土厚度控制較難的實際情況。
     （4）噴射纖維混凝土在工程應(yīng)用中的優(yōu)點
      噴射纖維混凝土在工程應(yīng)用中主要的優(yōu)點為: 施工速度快、材料勻質(zhì)性好、強度高、抗?jié)B性能好、與混凝土基面結(jié)合緊密。
      相對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械化施工, 在對主要施工人員進行簡單的機械操作培訓(xùn)后, 即可上崗操作。施工機械的噴射速度、強度均可恒定, 能有效地保證施工效率和施工質(zhì)量。相對于剛性防水砂漿, 噴射纖維混凝土的強度大大提高, 混凝土的密實度及與混凝土基面的結(jié)合強度也隨之提高, 使噴射纖維混凝土的防水性能基本能達到現(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, 占整個墻面的1.3/1000。因為噴射纖維混凝土與混凝土基面結(jié)合緊密, 不會發(fā)生竄水現(xiàn)象, 而噴射纖維混凝土施工后遺留的滲漏點可以直接從噴射纖維混凝土表面打孔至地下墻進行堵漏處理。