地铁天津站交通枢纽工程地下结构新型防水材料应用技术

专业知识分享版 摘要：介绍地铁天津站交通枢纽地下防水工程的防水原则、要求和防水的选择原则。详细介绍工程所选用的湿铺法改性沥青橡胶防水卷材（聚酯胎）、湿铺法及反应性丁基橡胶自粘型防水卷材、缓膨胀止水胶、钢片丁基橡胶止水带、注浆管、混凝土 界面剂及高渗透改性环氧防水涂料等主要防水材料的产品特性和应用。 关键词：地铁工程；地下结构；防水材料；应用 地铁天津站交通枢纽工程主要组成为地面和地下工程，地面工程为京津、京沈高速铁路站，地下工程为城市公交系统站，地铁 2、3、9 号线东站交汇和换乘，主副地下广场及主副地下广场连续线、地铁地下连乘线等。地下工程防水面积约 50万 m2、地面防水工程约 20 万 m2，工程投资 70 亿人民币（不含高速铁路的费用），是目前国内最大的地下交通枢纽工程。 地下工程为整体地下 1～4 层，地下最大开挖深度 31 m，围护结构采用地下连续墙、钻孔桩、喷射混凝土等，地下工程防水采用结构全包防水层和主体结构自防水相结合的模式。 1 防水设计 1.1 防水设计原则、防水等级和标准 地下结构防水遵循“以防为主、刚柔结合、多道防水、因地制宜、综合治理”的原则。 （1）“以防为主”：主要以混凝土自防水为主，首先，应保证混凝土、钢筋混凝土结构自防水能力，采取有效的技术措施，保证防水混凝土结构规定的密实性、抗渗性、抗裂性、防腐蚀性和耐久性；其次，应加强结构变形缝、施工缝、穿墙管、预埋件、预留通道、接头、桩头等细部构造的防水措施。 （2）“刚柔结合”：从材料性能出发，要求在地下工程中刚性防水材料和柔性防水材料结合使用。 （3）“多道防水”：除以混凝土自防水为主，提高其抗裂、抗渗性能外，应辅以柔性附加防水层，并在围护结构的设计与施工过程中积极创造条件，满足防水要求，达到互补作用，最终实现整体工程防水的不渗、不漏。 （4）“因地制宜”：根据天津站交通枢纽工程的环境和地层条件是气候变化和温差大、地下水位高、补给来源丰富、临海、地层渗透系数大、地下水等对混凝土结构和钢筋混凝土结构具有不同程度的腐蚀作用，确定采用全包防水的措施。在城市修建地下工程，根据环保、水资源保护的要求，防排水设计应采用“防”而不是“排”的原则，严禁将地下水引入地下建筑结构内。 （5）“综合治理”：地下工程防水是一项技术性强、涉及面广的综合性工程，要求结构与防水相结合，并做好其它辅助措施。 防水等级为一级。 标准：不允许渗水，结构面无湿渍。 1.2 防水设计要求 （1）地下工程防水设计应着重于加强工程地质、水文地质和环境条件等资料的完整性、可靠性，使结构防水建立在可靠的技术数据基础上。根据天津站交通枢纽工程水文地质条件、地区环境特点、周围及地下建筑设施等确定结构型式、施工方法和结构防水体系，做到结构与防水相结合。 （2）该工程地下水位高，近临海河，补给来源丰富，地下工程基本修建在含水地层中，地下水为第四系孔隙潜水及浅层微承压水和深层承压水。地下水对混凝土、钢筋、钢结构具有不同程度腐蚀性的地段，应采用相应的防水和防腐措施，保证混凝土、钢筋和钢结构的耐久性。 （3）在城市修建地铁和地下工程，根据环保和水资源保护的要求，永久性的防水设防应采用“防”，而不是采用“排”，严禁将地层中的地下水引入天津站交通枢纽地下工程中，在施工期间，应做到无水作业，可以采用“防、排、截、堵”相结合。 （4）施工中严格控制围护结构的变形，确保围护结构基面的平整、不开裂，在施工期间围护结构做到无明水。 （5）加强细部构造的防水，做到不渗不漏。 （6）结构自防水混凝土在设计和施工过程中，要求采取切实有效的防裂、抗渗措施，并保证混凝土良好的密实性、整体性，减少结构裂缝的产生，提高结构自防水能力。 1.3 一般规定 （1）地下工程的防水设计应定级准确、技术先进、可靠、经济合理、使用安全，确保质量要求。 （2）地下工程防水是一项系统工程，要求建筑结构与防水密切配合，防水与耐久性相结合，理顺建设单位、勘测设计单位、施工单位、监理单位、材料供应单位等各方面的关系，依法对建设质量负责。 （3）工程防水设计：主体结构及其附属结构采用以钢筋混凝土自防水为主，附加柔性防水层为辅的防水方式。 （4）地下工程变形缝、施工缝、穿墙管、预埋件、预留通道、接头、桩头等细部构造必须加强防水措施。 （5）地下工程防水设计应根据工程特点、结构形式等搜集有关资料：地下水位、地下水类型、补给来源、水质、流量、流向、压力、腐蚀性等；工程地质构造、含水层的特性、分布情况、渗透系数；地下建筑物、地下构筑物、管线资料等。 （6）防水设计内容 防水等级和设防要求；防水混凝土抗渗等级、技术指标和质量措施；附加防水层选用的材料及其技术指标、质量保证措施；围护结构的防水要求；工程细部构造的防水措施，选用的材料及其技术指标、质量保证措施。 2 防水材料选择原则 （1）在工程中选用的防水材料，应经过国家指定的材料质检部门检测和国家有关部门鉴定，并符合国家标准和行业标准，且在实践中检验行之有效的材料。 （2）适合天津地区地下工程的建筑特点。要求防水材料应有防水可靠性、可操作性和耐久性。 （3）具有良好的防渗效果、耐酸、耐碱、抗腐蚀性能，对环境无污染，保证施工人员的安全。 （4）防水材料对外力和结构变形的适应性：即材料具有良好的拉伸强度、断裂伸长率，能承受温度的变化以及各种外力与结构伸缩、开裂所引起的变形。 （5）在一个工点内，防水材料种类要少，确保防水质量的控制。 （6）防水材料接缝要可靠、牢固。保证防水材料与结构的密贴，与结构形成稳定可靠的不透水整体。 4 防水材料的选择及其要求 本文介绍的防水材料主要是外包柔性防水卷材、施工缝和变形缝采用的材料及特殊部位的防水材料。 4.1 外包柔性防水层的选择类别及其要求 天津交通枢纽工程外包柔性防水层原则上采用卷材，不采用涂料。柔性防水卷材选用目前国内外最新的新型防水卷材：湿铺法（水泥浆作为基面粘接材料）改性沥青橡胶防水卷材和反应性（水泥浆反应）丁基橡胶卷材，这 2 种材料克服了卷材与基面串水的通病，可保证粘贴牢固，防水可靠，施工方便。 4.1.1 湿铺法改性沥青橡胶防水卷材（聚酯胎） （1）执行标准：JC898—2002； （2）设计厚度 4 mm； （3）粘结剂，不得采用有机材料粘结，应采用聚合物砂浆混凝土中的水泥浆粘结； （4）胎体应采用聚酯胎，不得采用玻纤胎，聚酯胎的厚度不得小于 0.6 mm，SBS 改性沥青中的 SBS 高分子树脂的成分不得少于 12%； （5）选择该材料的原因： ①改进了自粘橡胶卷材的胶料配方，使其中特有的高分子胶料可在水中与混凝土及砂浆粘接，又能与后浇的混凝土粘结牢固，可有效防止粘接面窜水； ②该自粘卷材自粘层选用丁基橡胶改性优质沥青生产，其内聚力小，能够长期保证粘接密封效果，自粘卷材与混凝土粘接牢固，能够适应混凝土结构收缩、温度及沉降变形，有效防止卷材脱落； ③自粘卷材冷施工、操作简便，并能保证工程施工质量受人为影响较小，施工现场无溶剂、无明火、无噪声、安全，符合环保要求； ④SKT湿铺法施工技术自粘卷材，只须在基面无明水的情况下使用水泥砂浆或防水砂浆来粘结 SKT自粘卷材。该施工方法完全解决了过去自粘卷材无法在潮湿基面上施工的问题。由于自粘卷材采用水泥砂浆或防水砂浆作为粘结剂，该材料与基面为同类材质，并且采用满铺的施工，所以更有效地使防水系统与主体结构形成整体性，彻底避免“串水”渗漏的问题，被人形象地称为“植肤式”防水施工法； ⑤可以采用湿铺法施工，混凝土有强度就可以施工，缩短工期，节约资金，施工简便、快捷、更安全、更环保。 4.1.2 湿铺法及反应性丁基橡胶自粘型防水卷材 （1）产品介绍 反应性自粘型防水卷材是及吉田汇聚（天津）科技发展有限公司引进日本旱川橡胶株式会社的合成高分子橡胶类防水卷材，该产品是以丁基橡胶为原料合成，由于卷材和现浇混凝土发生化学反应，使卷材与混凝土紧密结合成为一个整体，形成永久的防水层，能有效地解决地下工程外包防水的窜水问题，该产品已经通过天津市建委新技术、新产品的推广使用认定，其性能指标符合GB18173.1 的要求。 （2）防水机理 卷材中的活性离子与混凝土中的离子发生化学反应使卷材与混凝土自行粘接成一个整体，形成永久性防水层。 （3）材料的特点 ①“皮肤式”防水：卷材与混凝土发生化学反应，形成永久性防水层，即使发生局部穿孔破损，也不会出现“窜水”的现象。 ②粘结力强：卷材与混凝土的粘结强度可达 0.9 MPa 以上，相当于 98 m高的水头压力，远远超过地下水压力；抗撕裂性能好：常温下可达 35 N以上；抗拉强度高：断裂延伸强度在8 MPa 以上。 ③对混凝土裂缝追随性好：当混凝土出现裂缝时，卷材随裂缝延展，外包防水功能不会受到破坏。 ④特别适用于地铁工程：由于卷材与混凝土结合成一体，当沉降引起的地下箱体位移时，外包防水层 随箱体同时移动，绝不会出现外包防水层渗漏。 ⑤耐腐蚀性：抗酸、碱腐蚀性能好；材料着火点高，阻燃；耐菌防霉：与传统的材料相比有良好的耐菌防霉效果。 ⑥抗穿刺能力强：施工中不用过多保护。 ⑦耐久性好：经测试和理论推算，在屋面使用年限可达80 年以上，在地下工程中使用年限可达 100 年以上。 ⑧环保无害：材料在生产和施工过程中不会影响自然环境。 （4）设计厚度 1.5 mm。 （5）技术标准：根据工程特点和耐久性的要求，某些指标与 GB18173.1 硫化橡胶类有所提高（见表 1）。 4.2 施工缝防水材料选择及其要求 4.2.1 缓膨胀止水胶 缓膨胀止水胶是一种单组分液体，是目前国内外应用在施工缝中防水效果最好的材料之一，本工程使用上海辰日公司的产品。其特点： ①遇水膨胀，体积膨胀率 250%，充填空隙，发挥良好的止水效果； ②遇水膨胀经硬化后成为良好的橡胶弹性体，其抗拉强度高（0.3 MPa），扯断伸长率≥500%； ③有缓膨胀功能，遇水膨胀硬化成型约 200￣250 h； ④硬化后体积收缩率小，不会产生新的缝，耐久性强； ⑤对混凝土、金属、玻璃等粘接性好； ⑥施工简单。 4.2.2 反应性自粘型丁基橡胶钢片式止水带 钢片丁基橡胶止水带是利用钢片的刚度，经过特殊加工在钢片上覆膜 1 道反应性丁基橡胶腻子，宽度 100￣300 mm，长度 5100 mm，厚度 4、6、10 mm。分中埋式和外贴式钢片丁基橡胶止水带。反应性丁基橡胶中的离子与水泥浆发生反应（离子结合），使其与混凝土成为一个整体，形成永久性防水层，能有效解决地下工程中施工缝窜水问题。本工程采用吉田汇聚（天津）科技发展有限公司生产的产品。 （1）性能指标（见表 2） （2）注意事项 在运输与贮存时，应注意勿使包装损坏，放置于通风、干燥处，并应避免阳光直射，禁止与酸、碱、油类及有机溶剂等接触，且隔离热源；应保存于室内，并不得重压。本产品保质期 1年。 4.2.3 注浆管 注浆管管身以硫化硬质橡胶管为骨架，底面设置注浆孔，出孔外侧覆盖硫化海绵橡胶阀，橡胶阀与骨架间采用粘胶固定。施工时，事先将注浆管预埋在施工缝表面，一旦出现渗漏时可立即注浆，使注浆液填满和密封空隙或裂缝来进行防水。随渗漏随注浆，可以反复多次使用，达到混凝土施工缝在全寿命期间不渗不漏的目的。本工程使用上海辰日株式会社的产品。 （1）注浆管使用 注浆管上部的圆形结构使其能有效抵抗混凝土浇筑时外界的冲击力，底部的平面造型使其很容易和施工缝、变形缝等基面贴紧，管、阀之间的斜面加工防止注浆材倒流，橡胶阀外侧的两道凹槽可减小注浆液流出时阻力。硫化硬质橡胶管具有弹性，在后浇混凝土重力作用下，不会沿壁产生缝隙。单根管长与管内径匹配，确保管端有足够的压力以使注浆液顺利注入。 两端的导管采用一定柔性的加筋塑料管，与注浆管连接、起到导浆和排气的作用。 （2）注浆管的物理力学性能指标（见表 3） 4.2.4 混凝土界面剂 （1）执行标准：JC/T907—2002《混凝土界面处理剂》； （2）厚度 3￣5 mm； （3）技术指标见表 4（应用Ⅰ型指标）。 4.3 变形缝防水材料的选择 （1）变形缝采用“三防一注浆”的施工方法； （2）“三防”采用的材料 一防：变形缝位于结构的迎水面，增加 1 道防水加强层，宽度 60 cm，采用与外包防水材料相同的材料； 二防：变形缝中要设不锈钢边橡胶止水带，宽 350 mm，钢片厚度 1 mm； 三防：变形缝内侧口部设置 30 mm（宽）×30 mm（深）双组分聚硫密封胶； 一注浆：应预埋后注浆管。 4.4 特殊部位防水层的处理——高渗透改性环氧防水涂料的应用 特殊部位防水层是指底板下的工程桩与下翻梁、围护结构与主体结构的底板和顶板相交处有钢筋连接，不能铺设柔性防水卷材，形不成外包延续防水层，在该位置采用喷涂高渗透改性环氧防水涂料。 4.4.1 高渗透改性环氧防水涂料简介 混凝土构筑物长期在偏碱性的水或海水的作用下会受到腐蚀破坏，其它酸性或碱性介质也会造成混凝土的腐蚀破坏，而环氧树脂是高分子材料中抗腐蚀性能的佼佼者。经比选确定选用广州科化防水防腐蚀补强有限公司的高渗透改性环氧防水涂料。该产品为高渗透改性环氧防水涂料，能渗入混凝土中，使其表面形成一定厚度（2￣5 mm）的不透水固结层，能长期抵御各种腐蚀介质的渗入和腐蚀，是钢筋混凝土、污水处理池、地铁盾构管片、桥面防腐蚀防水的专用理想材料。 4.4.2 材料的特点 ①喷、涂、刷后能自行渗入被处理混凝土构件表面内形成2￣5 mm的固结层，该固结层力学强度比原混凝土的强度提高30%以上，因而起到增强作用。防水涂层用量为0.5 kg/m2，在使用过程中严禁加溶剂。 ②具有优异的耐腐蚀和耐老化性能。 ③该材料固结前有一定的亲水性，施工方便，对潮湿的混凝土也具有渗透固结的特性。 ④粘合剂固结体无毒，不产生污染。 4.4.3 材料性能（见表 5） 5 结 语 天津交通枢纽工程是国家重点的综合大型建设项目，建设项目有 6 大组成部分：轨道换乘中心工程、副广场地下工程、海河东路地道及主广场地下工程、五经路地道工程、前后广场联系通道工程、李公楼立交改造地下工程等，结构最深为地下 4 层，近邻环勃海和海河，地下水位高且有腐蚀性，要求防水标准高。因此，设计采用了 3 道防水防线（围护结构防水、外包柔性防水卷材防水、混凝土结构防水）和特殊部位防水，并采用国内外先进的防水材料。 使命：加速中国职业化进程