工程位于乌鲁木齐市沙坪路, 西起八钢公路, 向东延伸, 工程终点与城北主干道地下综合管廊衔接, 构成新市区管廊网络, 是2017年政府投资的重点基础设施建设项目。本工程为三舱断面的现浇钢筋混凝土结构, 抗震设防烈度为8度, 断面尺寸为9m×4.2m, 总长为2 966m;纳入综合管廊的市政管线有燃气、给水、绿化给水、通信、污水、电力等, 并采用明挖式基坑, 埋置深度为10m以上, 敷设于道路两侧非机动车道、绿化带以及人行道下, 工程造价约为2.85亿元。

地下综合管廊相比地面工程复杂程度高, 更易受到地下水侵蚀和细菌污染;地下综合管廊的变形缝、施工缝、阴阳角、穿墙管、集水坑等工程节点及特殊部位的防水构造, 会因施工处理不当等原因发生窜水、漏水现象;且地下综合管廊建成后, 需长期沤在土层里, 地下水腐蚀工程材料造成霉变导致的渗漏现象时有发生。因此, 如何进行防水设计成为综合管廊工程建设的重中之重。

根据GB50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》 (以下简称《规范》) 规定:综合管廊工程的结构设计使用年限应为100年, 结构安全等级为一级, 应按乙类建筑进行抗震设计, 防水等级标准应为二级。因此, 目前地下综合管廊成为市政基础设施工程设计使用年限最高的建筑物。采取以防为主的设计原则, 即实施结构承重和防水处理合二为一的模式, 并构建多道防线的防水防渗体系, 以满足高标准的防水和耐久性。

基于设计原则构建“以防为主、刚柔并济、排堵结合、多道防线”的防水防渗体系, 其内容包括: (1) 刚即通过调整混凝土配合比、掺加外加剂, 达到P8抗渗等级的防水混凝土管廊主体, 以提高混凝土结构自身的密实性、抗蚀性和抗渗性, 实现混凝土自防水; (2) 柔在管廊主体外表面 (包括底板、侧墙以及顶板) 用防水卷材全包裹式铺贴防水层; (3) 排在管廊内设置一定容积的集水坑, 汇集渗漏水、管道放空水, 当水位达到一定位置时, 启动设在集水坑内的排水泵, 将集水坑里的水提升到排水管网的高度, 再通过排水管网排出; (4) 堵在管廊工程节点和特殊部位用防水材料处理细部构造, 以堵住工程节点处地下水的侵蚀和渗漏。

据调查, 窜水渗漏是地下综合管廊防水工程失败的主要原因之一。目前, 多数管廊工程因传统的沥青防水卷材成本相对低廉、工人对操作工艺熟悉程度高而被广泛使用, 但卷材吸水率大、耐久性差、机械强度低、施工工序多、热熔烘烤、潮湿基层不能施工、工期长等缺陷, 成为防水工程的难点。尤其是应用于地下综合管廊, 一旦发生渗漏极难修补, 直接影响管廊主体的质量和运行。因此, 防水材料的好坏是确保地下综合管廊施工质量和满足百年运行管理的重要基础。CPS反应黏结型高分子膜基防水材料的卷材可用于大面积铺装, 密封膏可解决工程节点部位的特殊防水处理, 工序少、工艺简单、黏结性高, 成为目前地下综合管廊防水工程的一项新技术。

CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材是密封胶里的活性成分与水化过程中的水泥净浆发生化学交联与物理卯榫的协同作用 (chemical bonding and physical crosslinking synergism, 简称CPS) ;主要由沥青、橡胶、CPS反应粘密封胶、交叉弹力膜等增强材料及隔离膜组成, 是一种新型自黏改性沥青防水卷材。高分子膜基湿铺防水卷材的外观质量如表1所示, 主要物理性能依据GB/T35467—2017《湿铺防水卷材》中规定, 指标如表2所示。

1) 双重功效性该卷材不仅能与混凝土基层粘贴牢固, 而且可在混凝土基层形成牢固的界面密封反应层, 起到涂料防水和卷材防水的双重功效, 以防止发生窜水现象。

2) 环境适应性该卷材可直接在潮湿或有潮气的混凝土结构基层上施工, 不仅可以解决传统防水卷材与混凝土黏结过程中因受环境湿热循环、水汽溶胀、基层运动等因素影响, 而产生脱贴、空鼓等质量问题, 还可以提高工序协调的循环率, 有效缩短施工周期。

防水密封膏是在上述防水卷材性能的基础上, 开发了级配复合黏结技术和橡胶基水性膏化技术而制成的水性膏状材料。黏稠度适宜可直接用于建筑物的立面、管 (墙) 根节点等特殊部位进行涂抹施工, 从而解决工程节点处的塑料管、金属管以及与木材、玻璃、瓷砖等多种材质界面难黏结或不黏结以及易脱落等问题, 实现黏结密封防水的效果。防水密封膏主要物理性能指标如表3所示。

通过对地下综合管廊防水工程的重要性分析, 以及对传统和新型防水材料的优劣比较, 从设计角度出发, CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水材料更适用于地下综合管廊工程。

防水等级为一级。

防水混凝土 (抗渗等级P8) 结构+外包 (1.5+1.5) mm厚CPS高分子膜基湿铺柔性卷材防水层 (见图1) 。

1) 变形缝按《规范》要求, 综合管廊应沿纵向每间隔30m设置1道变形缝, 除此以外, 还应在结构纵向刚度突变处及上覆荷载变化处设置变形缝, 缝宽宜不大于30mm。本项目设置变形缝多, 按照其所在部位不同可分为顶板、侧墙和底板3种, 其构造均采用企口式防水混凝土浇筑 (见图2) 。

2) 施工缝按照《规范》规定, 不允许设置竖向施工缝, 本工程施工方案是将管廊混凝土分为2部分浇筑。即先浇筑底板并上翻500mm, 在上翻处设置纵向水平施工缝;然后将侧墙及顶板混凝土连在一起浇筑 (见图3) 。

顶板与侧墙连接的阴阳角部位, 湿铺卷材防水层下应设置防水加强层, 加强层在平面和立面的宽度均应≥250mm (见图4) 。

在集水坑底部、侧壁均采用2道卷材防水层, 卷材上翻坑口四周收头≥250mm;设备安装螺栓根部涂刷CPS防水密封膏进行密封处理 (见图5) 。

外墙卷材防水层在穿墙套管周围收头并用密封材料封严, 穿墙管防水构造如图6所示。

乌鲁木齐市沙坪路地下综合管廊工程为现浇钢筋混凝土结构, 采用强度等级为C40、抗渗等级为P8的防水混凝土, 主体结构外包2层1.5mm厚CPS反应黏结型高分子膜基湿铺卷材, 从底板垫层铺设至顶板基面, 在结构外围形成封闭的柔性防水层。

防水施工环节注意以下2点:管廊底板防水施工在混凝土浇筑前进行;侧墙和顶板防水施工在混凝土浇筑后进行。总体施工流程:施工前准备、测量放样→开挖基坑→处理地基→浇筑垫层混凝土→管廊底板防水处理→架设底板模板及底层钢筋→浇筑底板钢筋混凝土→架设墙身及顶板模板、钢筋→浇筑墙身、顶板钢筋混凝土→管廊侧墙、顶板防水处理→回填基坑→回填路基、铺设路面。

1) 施工步骤基层处理→细部节点及特殊部位密封防水加强处理→卷材试铺定位→配制水泥净浆黏结料→涂布水泥净浆黏结料→铺贴防水卷材→辊压排气→搭接缝密封→检查验收。

2) 基层处理基层应坚实、平整、干净, 不得有空鼓、起砂等缺陷;干燥的基面应充分湿润, 但不得有明水;平面与立面的转角处宜抹成半径≥50mm的圆弧或斜角;穿过防水层的管道、预埋件、设备基座等应在防水层施工前埋设和安装完毕。

3) 细部节点防水增强处理对阴阳角、施工缝、变形缝等细部节点部位采用卷材、CPS密封膏加强层与基层紧密黏结, 宽度应符合设计要求。

4) 卷材试铺定位根据施工现场情况, 进行合理定位, 确定卷材铺贴方向, 在基层上弹好卷材控制线。

5) 配制水泥净浆黏结料按水泥 (普通硅酸盐水泥) ∶水=2∶1 (质量比) , 先放水再放水泥的顺序, 浸泡15~20min后倒掉表面多余清水;用电动搅拌机搅拌≥5min;水泥应为≥C42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 采用自来水;先将水泥及水计量好, 置入料桶, 用电动搅拌器搅拌成均匀的黏结浆料, 并宜在2h内用完;气温高于30℃或基面较干燥时, 水泥净浆黏结料中宜再加入约5%水泥用量的聚合物建筑胶 (保水剂) 。

6) 施工放线根据现场确定铺贴方向, 在基层上弹出基准线, 其间距为1幅卷材宽度减去100mm搭接宽度, 即 (1 000-100) mm, 依次类推。

7) 涂布水泥净浆黏结料大面积施工宜采用机械喷涂方法, 小面积宜采用涂刮方法;涂布水泥净浆黏结料的范围, 比卷材的长、短边宜各宽出100~200mm;水泥净浆应涂布均匀、平整, 水泥净浆涂布厚度宜为2mm。

8) 铺贴防水卷材将卷材铺贴在已涂布水泥净浆黏结料的面层上, 铺贴平整, 揭除卷材隔离膜, 操作时卷材不能拉得太紧, 并注意沿标准线方向施工;待卷材铺贴完成后, 用抹子或橡胶刮板、辊筒等从中间向两边刮压排气, 使卷材充分满粘于基面上;搭接铺贴下幅卷材时, 将位于下层卷材搭接部位的隔离膜揭起, 将上层卷材对准搭接控制线平整粘贴在下层卷材上, 为使卷材黏结牢固, 用辊筒再滚压1遍, 进一步刮压排出空气, 达到充分满粘;搭接缝应满粘, 相邻2幅卷材的短边接缝应错开≥500mm。叠合铺贴双层卷材时, 上、下层卷材的自粘胶层应满粘, 上下2层卷材的长边接缝应错开1/3~1/2幅宽, 且2层卷材不得相互垂直铺贴。

底板第1层卷材为单面自粘CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材, 采用空铺法施工;将铺贴的卷材剪裁好后, 反铺于基面上, 自粘层向上 (即底部隔离膜朝上) ;第2层卷材为双面自粘CPS高分子膜基湿铺防水卷材, 分别撕去上、下卷材的隔离膜后, 2层卷材之间采用自粘胶层直接黏结。

侧墙和顶板第1层卷材为双面自粘CPS反应黏结型高分子膜基防水卷材湿铺法施工, 从底面折向侧墙面的卷材接槎部位起, 将卷材直接黏结在浇筑后的管廊结构层上;第2层卷材为单面自粘CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材, 2层卷材之间采用自粘胶层直接黏结。

9) 卷材收头采用防水密封膏封闭黏结, 待封闭处固化后, 在收头处再涂刷1层防水密封膏。

10) 后期检查卷材铺贴完毕后, 需晾放24~48h (环境温度越高所需要时间越短) 。高温天气下, 防水层不宜暴晒, 应采用遮阳布或其他物品遮盖;检查所有铺贴面有无撕裂、刺穿、破损情况, 如需维修, 应将缺陷部位清理干净, 并严格按缺陷部位尺寸再加宽80mm重新铺贴卷材。最后按不同部位要求进行保护层施工。

11) 细部节点及特殊部位的密封防水施工工程细部节点既是防水成败的关键环节, 又是防水施工的难点和重点。为满足综合管廊防水防渗体系构建的高质量要求, 除重视大面积卷材防水施工外, 还专门针对变形缝、施工缝、阴阳角等工程节点以及集水坑、穿墙管特殊部位的密封防水防渗施工工法进行了探索。

1) 顶板变形缝防水施工顶板变形缝内采用30mm厚的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板填塞, 在迎水面和背水面的缝口处用≥25mm厚的CPS防水密封膏封口, 在迎水面企口处采用泡沫棒压角, 先铺1.5mm厚的CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材加强层, 然后再铺设2道相同厚度卷材防水层;铺贴时应注意用刮板将卷材推压平整, 使边缘和搭接处无翘起和空鼓;最后浇筑70mm厚的C20细石混凝土对防水层加以保护。

2) 底板变形缝防水施工底板变形缝是在混凝土垫层上空铺2道1.5mm厚的CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材防水层后, 再增铺2道厚度相同的卷材加强层;在此上浇筑50mm厚的C20细石混凝土保护层;之后浇筑300mm厚的混凝土企口, 企口两端均采用135°连接, 并需要在底板企口处再用卷材干铺1层;底板变形缝内防水施工工艺与顶板变形缝相同。

3) 侧墙变形缝防水施工侧墙变形缝与顶板变形缝均有90°阴角施工, 因此, 二者防水施工工艺相同, 但应注意:采用泡沫棒压角后, 保证了加强层和防水层卷材铺设得更加平顺;侧墙可采用50mm厚的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或砌筑120mm厚的多孔砖墙对防水层加以保护。

由于纵向水平施工缝是防水工程节点的最薄弱部位, 所以, 采取中埋式钢板止水带与外贴式止水带相结合的双重防水方式进行特殊处理。

1) 中埋式将止水钢板两端弯折处朝向迎水面, 用细铁丝固定于专门的钢筋夹或主筋上, 以避免止水带下形成气泡。止水带中心线应与施工缝中心线重合, 接头采用热压焊接。施工缝迎水面用CPS防水密封膏嵌缝, 背水面采用聚合物水泥砂浆嵌缝。

2) 外贴式侧墙混凝土迎水面基层应平整、干净, 不得有明水, 在水平施工缝处铺设1 000mm宽、1.5mm厚的CPS高分子膜基湿铺防水卷材加强层后, 再全面铺设2道厚度相同的卷材防水层;最后采用50mm厚的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或砌筑120mm厚的多孔砖墙对防水层加以保护。

为保证管廊的正常施工与运行, 需设置集水坑、下料口、上人孔、排风口等附属设施, 不可避免地会产生阴阳角节点施工, 其防水施工工艺如下。

1) 阴角施工工艺在管廊阴角处的防水混凝土浇筑完毕后, 加铺1.5mm厚的CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材加强层, 加强层立面高度和平铺延伸各为250mm;然后在加强层上铺设2道厚度相同的卷材防水层。

2) 阳角施工工艺管廊顶板与侧墙连接处的阳角部位各铺设250mm宽、1.5mm厚的CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材加强层;再在加强层上铺设2道厚度相同的卷材防水层;最后顶板采用70mm厚的C20细石混凝土保护层, 侧墙处砌筑120mm厚的多孔砖墙加以保护。

集水坑是用来收集综合管廊内部渗漏水或管道排空水等的构筑物。施工时, 在集水坑底部、侧壁均采用2道CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材铺设, 卷材上翻坑口四周收头≥250mm;设备安装螺栓根部涂刷CPS防水密封膏进行密封处理。

穿墙管处的防水施工时, 先将管根周围半径300mm范围内的墙面及管壁清理干净, 并润湿管根周围基面;再在管根部涂刷1.5mm厚的CPS防水密封膏, 管壁上的涂刷长度≥50mm, 管根周围的涂刷半径≥300mm;如遇螺杆洞必须涂CPS防水密封膏加强处理, 涂刷范围为50mm×50mm, 晾干即可;铺贴侧墙防水卷材时, 卷材与管根间留出约10mm宽的预留缝隙, 以便后期加强密封处理;在管根周围卷材收口部位也要涂CPS防水密封膏进行加强处理。

由于所在位置属于寒冷地区, 一般情况下11月份进入冬期施工。为保证初冬时期的施工质量, 制定冬季施工方案, 并采取了配制水泥防冻胶浆以及搭建保温棚的冬季施工措施, 以防止温度过低导致防水卷材龟裂及不黏结。

防水工程冬季施工流程:先清理基层、修补、润湿→搭建暖棚 (保持室内温度>5℃) →配制水泥胶浆→防水附加层施工→防水层铺贴→接缝处采用CPS节点密封膏处理→待水泥固化后拆除暖棚。

1) 配制水泥防冻胶浆设置质量配合比为1∶3∶6 (防冻剂∶水∶水泥) , 按照先将水和防冻剂混合后再放入水泥的顺序, 搅拌均匀、无泡沫、无凝块即可。当室外气温较低时, 可采用热水或5%盐水溶液配制。

2) 增设附加层为保证冬季施工防水层黏结牢固, 防止空鼓、起层、翘边等现象发生。防水层铺贴之前在工程节点处再增设300mm宽的附加层。

3) 搭设暖棚冬季施工养护成品时, 水泥胶浆应凝固, 并与混凝土基层粘贴牢固才能拆除暖棚, 施工时需防止水泥胶浆结冰而影响密封效果。

1) 由于地下综合管廊为百年工程, 建议《规范》将防水工程等级“标准应为二级”修改为“防水等级标准应不低于二级”;对防水有严格要求或重要、特殊的地下综合管廊, 防水等级标准应为一级, 才能满足其运维需求。

2) 地下综合管廊采用CPS反应黏结型高分子湿铺防水卷材和防水密封膏, 可用于大面积铺设和工程节点嵌入或涂抹, 使防水材料与混凝土牢固黏结, 有效阻止发生窜水漏水现象;其次, 由于该材料具有良好的弹性以及蠕变抗开裂功能, 能适应结构变形, 即使基层开裂, 防水层也不会断裂, 从而保证安全性和耐久性。无论是卷材还是密封膏, 施工操作简便, 可直接在潮湿或有潮气的混凝土结构面施工, 环境适应性强, 易在结构转角部位铺贴, 服帖性好, 避免了脱落、空鼓等质量隐患。

3) 有关冬季施工方案的实施情况, 还需跟踪工程实践进一步探索, 以更好地解决寒冷地区冬季施工问题。

4) CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材相比传统防水卷材的造价, 表面上初期投入要稍高一些, 但整体经济成本中CPS反应黏结型高分子膜基湿铺防水卷材性价比具有明显优势: (1) 湿作业潮湿基层可以施工, 大大节省工期, 降低了工程成本; (2) 冷作业不动用明火, 减少安全、环保方面的投入, 节约了工程成本; (3) 防水防渗体系质量可靠, 只要严格按规范施工, 出现渗漏概率很低; (4) 即使出现局部渗漏现象也不会窜水, 可对应修补, 不会破坏整个防水防渗体系, 从工程全寿命期管理角度来看, 降低了投入成本。