福建省城市轨道交通工程渗漏分析及治理
0 引言
城市轨道交通建设拓展城市发展空间,缓解城市交通拥挤问题,目前已成为现代城市居民出行的主要方式之一
如防水构造、等级确定不合理,防水措施使用不当;(2)防水施工如现场施工单位不具资质、施工人员素质较低,防水施工不规范、施工不到位;(3)验收如关键部位未严格检查、隐蔽工程未按特定要求进行验收;(4)防水材料如选材不当、防水材料质量存在缺陷;(5)维护管理如未能定期进行检漏,出现渗漏未及时治理等。为此,采取快速有效的渗漏治理措施,对城市轨道交通工程具有重要意义。
1 渗漏调查
对福建省城市轨道交通工程渗漏现象进行调查,结果表明,渗漏现象主要集中于结构裂缝部位,施工缝,诱导缝,车站与隧道连接部位、车站主体与附属连接部位变形缝,盾构隧道管片纵环缝及预埋件、螺栓孔、管道根部等
2 渗漏原因分析
为准确有效地对轨道交通工程进行渗漏治理,对渗漏原因进行分析十分必要。引起渗漏的原因较多,有主观、客观原因,有设计、施工、材料及周边环境原因,但大多数渗漏的产生主要与人为因素、施工工艺及施工方法有关。为减少渗漏情况,须严格按设计图纸、相关标准的要求施工,采取行之有效的施工工艺,并在施工过程中科学组织、精心管理,提高结构自防水能力,保证结构外包防水质量,确保轨道交通工程结构的安全性与耐久性。
2.1 混凝土开裂原因分析
混凝土结构在水压力作用下,裂缝处发生渗漏,分析混凝土开裂原因能更好地预防和治理裂缝处渗漏。除设计、施工等主观因素引起的开裂外,客观因素主要包括以下几种
2.1.1 收缩引起的开裂
混凝土表面或内部所受拉应力超过其自身抗拉强度时产生收缩开裂,轨道交通工程中混凝土的收缩开裂主要分布在大体积混凝土墙、板结构中。收缩开裂主要有水泥水化热导致的开裂、新浇筑混凝土硬化过程中干燥收缩导致的开裂及周围环境温度变化导致的开裂。
1)水泥水化的影响
轨道交通工程伸缩缝、变形缝间距设置较长,而墙、板厚度均较大,这些超长大面积混凝土构件在施工过程中往往要求一次性整体浇筑,在浇筑过程中混凝土内部大量水泥水化热不易及时散发,而混凝土表面散热较快,混凝土内部与表面形成较大的温差,当温度应力大于混凝土抗拉强度时在混凝土构件表面产生开裂。
2)混凝土硬化的影响
混凝土浇筑完成后,在硬化过程中产生多种类型的收缩,主要有化学收缩、塑性收缩和干燥收缩等。化学收缩主要由于水化反应前后化合物密度不同所致,水泥水化过程中,水泥基材料水化产物的绝对体积小于水化前水泥与水的绝对体积之和;塑性收缩指混凝土硬化前,混凝土内部毛细管在表面失水过快的过程中会产生较大负压,混凝土强度无法抵抗其自身收缩力,出现开裂;干燥收缩指混凝土浆体中的水分在长期干燥环境中逐渐逸出挥发,在毛细管中形成负压导致收缩。
2.1.2 耐久性下降引起的开裂
轨道交通工程中,由于混凝土耐久性下降引起的开裂主要发生在受动荷载、静荷载与结构次应力等荷载长期作用下的混凝土结构中,多表现为渗透开裂及锈蚀开裂。
1)渗透开裂
对于轨道交通工程中大体积混凝土结构而言,在运营过程中,由于受气候、变形和荷载作用,混凝土会逐步劣化,产生微裂纹。由于轨道交通工程大多处在地下或隧道的潮湿环境中,混凝土微裂纹导致渗透通道相互联结,环境中更多的水和有害化学物质渗入到混凝土微裂纹与渗透通道中,导致混凝土性能进一步劣化。
2)锈蚀开裂
福建省城市轨道交通工程混凝土结构多处于地下水丰富、透水性强的地层中,沿海的福州、厦门轨道交通工程多处于海水中,海水富含氯离子侵蚀性介质。长期受地下水浸泡及氯离子侵蚀,导致钢筋受到锈蚀,强度大幅降低。钢筋锈蚀将减小自身截面面积,也因锈蚀产物膨胀对混凝土保护层产生挤压应力,导致自身结构刚度及耐久性降低,引起混凝土结构的开裂破坏。
2.2 施工缝渗漏原因分析
施工缝渗漏原因主要包括:(1)施工缝处残渣未清理,存在夹砂、夹泥、积水等现象,造成新旧混凝土结合面黏结性不佳,从而产生裂缝;(2)施工缝处下料方法不当,骨料集中在该处;(3)止水带或止水条安装不准确、固定不牢或后期遭人为破坏失去防水效果;(4)遇水膨胀胶条与混凝土面粘贴不密实,或受水侵蚀先行膨胀,后期无法起到作用等;(5)施工缝处振捣不密实;(6)未采用补偿收缩混凝土,接缝部位易产生收缩裂缝等。
2.3 变形缝、诱导缝渗漏原因分析
变形缝、诱导缝渗漏原因主要包括:(1)混凝土浇筑前,橡胶止水材料表面未清理干净,影响橡胶止水带与混凝土间的黏结力;(2)在后期施工过程中,前期已埋好的橡胶止水带因保护不利受到损坏或因自身质量问题发生脱开等情况;(3)结构施工时因温度变化大,导致混凝土热胀冷缩变形大,造成橡胶止水带与混凝土间的结合面产生微小缝隙,缝隙处易发生渗漏。此外,变形缝处后期变形逐渐增大,超出止水带变形能力,也易造成渗漏。诱导缝处更易开裂,多数情况下诱导缝渗漏的产生是由于该部位混凝土振捣不密实、存在施工质量缺陷导致。
3 渗漏治理
3.1 治理原则
福建省城市轨道交通工程渗漏治理遵循“以堵为主,堵排结合,因地制宜,多道设防,综合治理”的原则。治理思路为:先排后堵
3.2 治理材料
材料对于有效治理渗漏较为关健,在实际调查及渗漏原因分析的基础上,对现有渗漏治理材料的性能、技术指标、优缺点、适用范围进行分析。在条件允许的前提下,对于不满足要求的材料,改变其性能、技术指标,使之更加适应福建地区特殊的水文地质条件。
现有轨道交通工程防水及治理材料主要包括具有较高强度且无延伸能力的防水材料、具有一定柔韧性和延伸率的防水材料等,具体为
3.3 治理措施
明挖法车站防水工程以混凝土结构自防水为主,以接缝防水为重点,并在结构迎水面设置柔性全包防水层或柔性半包防水层加强防水。矿山法车站迎水面主体结构采用防水混凝土,并采用复合式衬砌半包防水做法,设置防水注浆系统,同时根据工程需要在变形缝等特殊部位设置防水分区系统
3.3.1 混凝土裂缝渗漏治理
1)潮湿而无明水或表面存在湿渍裂缝的治理
采用快速封堵或注浆止水
2)有水压或出现渗漏裂缝的治理
采取钻孔注浆止水,工艺流程为:布点、钻孔→埋管→密封检查→注浆→凝结待强→拆管、修补→设置刚性防水层。
根据渗水情况决定钻孔位置、密度和深度,钻孔一般按梅花形布置,斜穿裂缝并交叉布置在裂缝两侧,孔与裂缝水平距离宜为100~250mm,垂直深度宜为1/3~1/2混凝土结构厚度(h),钻孔间距宜为250~300mm,孔径10~12mm,斜孔倾角宜为45°~60°(见图1)。钻孔结束后为确保浆液能顺利注入并填满裂缝,应将孔内粉末及碎屑清理干净,防止或减少粉末、碎屑堵塞注浆孔。注浆管插入钻孔后用止浆塞塞住注浆管与孔壁间的空隙,外接注浆设备。注浆材料采用水泥基、改性环氧树脂等灌浆材料。进行第1孔注浆时,试调注浆压力,注浆压力宜为0.5~1.0MPa,应逐渐增大,并根据裂缝和地下水情况确定稳定压力,稳压5~10min,如遇特殊情况宜改变注浆参数。对于有补强要求的裂缝,钻斜孔并注入灌浆材料,宜分2次进行,钻孔垂直深度第1次不宜小于结构厚度的1/3,第2次不宜小于结构厚度的1/2,2次钻孔平面位置应错开,间距为300~500mm。注浆完成后沿裂缝走向在两侧各200mm宽范围内的基层表面先涂抹1~3mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料,然后单层抹压6~8mm厚聚合物水泥防水砂浆。对于有补强要求的渗漏治理,还应在砂浆层铺设耐碱纤维网格布,增强抗拉作用。
3.3.2 施工缝、诱导缝渗漏治理
施工缝、诱导缝渗漏采用钻孔注浆止水或嵌填速凝型无机防水堵漏材料快速封堵止水的措施治理,与混凝土裂缝治理方法类似。表面设置刚性防水层时,混凝土表面缺损先用环氧树脂胶泥或乳胶水泥等嵌补,然后沿施工缝(诱导缝)走向在两侧各200mm宽范围内的基层表面涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料,再沿与第1次涂抹方向垂直的方向均匀涂刷聚合物水泥防水砂浆,不得有气泡。
3.3.3 变形缝渗漏治理
变形缝处采用钻孔注浆止水,安装外置止水带进行渗漏治理。治理前尽量查清渗漏点位置,顶板渗漏治理时,钻斜孔间距宜为300~500mm,深度为穿过结构至止水带迎水面,注浆范围宜为漏水部位左右两侧各2m宽,注入环氧树脂或水泥基灌浆材料止水。未查清漏点位置时,宜沿整条变形缝注浆止水。在底板渗漏治理过程中,首先在渗漏部位左右两侧各≤3m长的变形缝中布置浆液阻断点,注浆管间距300~500mm,采用速凝型无机防水堵漏材料埋设;然后在变形缝边预留20mm深凹槽(不注浆),并用单组分聚氨酯密封胶封闭凹槽(见图2)。
变形缝钻孔注浆止水结束后,在接缝表面安装止水带,用膨胀螺栓或化学植筋螺栓固定在变形缝两侧基层中,螺栓间距宜≤300mm,止水带在变形缝两侧基层上黏结宽度各≥100mm(见图3)。
3.3.4 预埋件、螺栓孔、管道根部渗漏治理
1)预埋件渗漏治理应将预埋件周边剔成环形沟槽,清除预理件锈蚀,并用水冲刷干净,采用嵌填速凝材料或灌注浆液等方法进行封堵处理。对于振动造成的预理件周边渗水,宜凿除原有设置的预埋件,新替换的预制块表面需先涂抹防水层,再固定于凹槽内(见图4),周边采用速凝材料嵌填密实,表面用聚合物水泥防水砂浆防水层分层抹压平整,并在水泥砂浆层铺设纤维增强材料。
2)螺栓孔渗漏治理应先剔凿螺栓根部的基层,形成深度≥40mm凹槽,再嵌填速凝型无机防水堵漏材料止水,并用聚合物水泥防水砂浆找平。
3)管道根部渗漏治理采用钻孔注浆止水,钻孔时应斜穿基层并到达管道止水环表面,钻孔距管道外侧最近直线距离>100mm,均匀对称布置2个及以上注浆嘴进行注浆。在管道根部剔凿直径≥50mm、深度≤30mm的凹槽,用速凝型无机防水堵漏材料以与基层呈30°~60°的夹角埋设注浆管,并封闭管道与基层间的接缝。注浆压力不宜小于静水压力的2.0倍。注浆止水后,宜在管道周围200mm宽范围内的基层表面涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料。当管道热胀冷缩变形量较大时,宜在四周涂抹柔性防水涂料,在涂层中铺设纤维增强材料,涂层在管壁上的高度宜≥100mm,收头部位宜用金属箍压紧,并宜设置水泥砂浆保护层。
4 结语
对福建省城市轨道交通工程渗漏现象进行调查,结果表明,渗漏主要发生在结构裂缝部位,施工缝,诱导缝,车站与隧道连接部位、车站主体与附属连接部位变形缝,盾构隧道管片纵环缝及预埋件、螺栓孔、管道根部等。详细分析发生渗漏的原因,从渗漏治理原则、治理材料及治理措施等方面进行综合分析,提出具体措施。
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