西安地铁车站自防水混凝土关键技术研究

吴 超

随着城市地下工程的快速发展，在建地铁规模不断扩大，地铁施工过程中的地下结构渗漏水问题也尤为突出，对地下工程结构安全性和耐久性产生了较大影响。防水混凝土又称自防水混凝土或抗渗混凝土，该混凝土结构本身既是承重结构，又具有很好的防水性能［1］，施工简便，质量可靠。在防水混凝土施工过程中，无论采用何种措施，目的都是减少混凝土的孔隙率，改变孔隙特征，提高混凝土的密实性，从而达到抗渗的目的［2］。笔者长年工作在西安地铁施工一线，参与了西安地铁多个地下车站的施工，对地下车站防渗漏积累了一定的施工经验。下面仅以西安地铁某车站为例简要论述防水混凝土防渗漏施工关键技术措施。

1 工程简介

西安地铁某车站为线路的始发站，为3层三跨箱体框架结构，车站总长度为140m，宽21.7m，高20.79m，标准底板设计埋深约为23.79m。由于车站周边靠近河流，地下水位稳定埋深8.8～11.6m，车站采用明挖法施工。地下车站主体、人行通道及机电设备集中区段防水等级为一级，结构不得渗水、表面无湿渍。车站防水设计体系如表1所示。

本站防水设计强调钢筋混凝土结构的自防水能力。车站设计混凝土为C40 P10，底板厚0.8m，侧墙厚0.6m，顶板厚0.7m，该地铁站水位高，水压大，防水施工质量直接影响结构安全性及耐久性。为保证该车站防水混凝土质量，特邀请专家分析论证，确定采用“双掺”技术，加入胶凝材料总量约20%～30%的优质粉煤灰及外加剂，配置后混凝土的高性能减水剂及引气剂掺量经试验确定，取得了良好的抗渗漏效果。自线路开通运营后该车站无任何渗漏现象，得到了建设方的高度好评，现归纳以下几点施工技术措施，仅供参考。

表1 西安地铁车站防水设计体系

2 原材料质量控制

2.1 水泥

水泥标号不得低于42.5号，主要是选择水化热低，安定性能好、抗水性好的水泥，在普通条件下不受侵蚀性介质和冻融作用下，宜采用火山灰水泥、普通硅酸盐水泥。尽量采用大厂生产的水泥，谨慎使用小厂水泥，严禁使用过期水泥，特别是已受潮而成团、结块的水泥，否则将由于水泥水化作用不完全，而影响混凝土抗渗性和强度。

2.2 砂石

除应符合国家有关规定外，配置混凝土优先选用中粗砂，推荐采用Ⅱ区优质河砂，石子最大粒径不宜大于40mm，且应进行压碎值指标控制；严格控制有害物质含量，包括含泥量、有机物、硫酸盐等，砂含泥量控制3%以内且不得呈块状，石子含泥量控制在1%以内且石子最大粒径不超过20mm，粗细骨料必须在使用前冲洗干净，重要工程混凝土还应进行碱活性检验，每立方米混凝土中各类材料的总碱含量（Na2O当量）不得大于3kg；同时砂石级配要良好、连续，确保孔隙率较少。

2.3 水

在配制混凝土及养护用水时，应采用不含有害物质的洁净水，要求水中不得含有影响水泥正常水化的有害物质，必须对水中的PH值、氯离子、硫酸根离子、碱含量等指标进行检验。对于野外施工作业，应对水源进行化验，对于PH值＜4的酸性水和PH值＞9的碱性水，硫酸盐含量（按SO4）超过水量1%的水，以及海水、污水、工业废水等，均不得使用，同时，配制的混凝土中要充分考虑碱和反应性骨料的化学性能，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝对工程的损害会随着碱骨料反应的发展而发展，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂。

2.4 外加剂

掺入适量外加剂可以改善混凝土的内部组织结构，增加混凝土密实性，并提高其抗渗性。目前应用较成熟的工艺主要有：TMS型高效减水剂和UEA型微膨胀剂、引气剂、三乙醇胺、氯化铁等。外加剂主要是以吸附、分散、引气催化或与水泥的某种成分发生反应等物理、化学作用，使混凝土得到改性。不同的外加剂，其性能作用各异，选用外加剂应根据工程结构和施工工艺等对混凝土的具体要求，做经济效益分析，选择技术经济合理的外加剂方案。

3 混凝土配制方案

3.1 水灰比的控制

混凝土拌合物的水灰比，对硬化混凝土孔隙率的大小、数量起决定性作用，直接影响混凝土结构密实性。水灰比越小，混凝土密实性越高，抗渗性及强度越高。反之，水灰比过大，混凝土抗渗性也随之降低。适宜的水灰比的前提是应保证混凝土具有良好的抗渗性及适宜的和易性，单位体积混凝土胶凝材料用量见表2。

表2 单位体积混凝土胶凝材料用量

3.2 砂率及灰砂比的控制

在一定水灰比限值内，砂率对混凝土抗渗性的影响比较明显。防水混凝土一般采用较高的砂率。另外，砂率的选择必须与水泥用量相适应，在一般水泥用量情况下，卵石防水混凝土砂率可选用35%左右，而碎石防水混凝土空隙率较大，砂率以35%～45%为宜。在最小水泥用量已确定的前提下，灰砂比对抗渗性的影响更为直接，如灰砂比偏大（砂率偏低时），则由于砂子数量不足，水泥和水的含量多，混凝土往往出现不均匀及收缩大的现象，而使混凝土的抗渗性较差。

4 防水混凝土施工

防水混凝土结构工程质量的优劣，除取决于优良的设计、材料的性质及配合成分以外，还取决于施工质量的好坏。因此，对施工中的各主要环节如混凝土搅拌、运输、浇筑、养护等，均应严格遵循施工及验收规范的操作规程的规定进行施工。

4.1 混凝土搅拌

现场搅拌混凝土，应严格按施工配合比，准确称量每种用料。

（1）外加剂应事先均匀掺入拌合水中投入搅拌机，不宜直接投入。这样外加剂在混凝土中分散更均匀，得到充分拌合。

（2）材料按石、水泥、砂顺序倒入上料斗内，先干拌30～60s再加水，加水后搅拌60～120s。此外为保证混凝土有良好的匀质性，必须采用机械搅拌，搅拌时间比普通混凝土略长，一般不少于2min。

4.2 混凝土运输

防水混凝土在运输过程中，要防止产生离析现象及坍落度和含气量损失，同时要防止水泥浆损失。混凝土从搅拌机卸出后，用翻斗车、手推车或吊斗及时运送到浇灌地点。常温下应于半小时内运至现场，并于初凝前浇筑完毕。浇灌前发生显著泌水离析现象时，应加入适量的原水灰比的水泥浆复拌均匀，方可浇灌。

4.3 混凝土浇筑和振捣

结构自防水混凝土施工布料是一项重要的工序，往往由于施工安排不周，布料混乱，不分层次和地段，浇筑面积过大或分布点太多，造成施工冷缝。为达到防水目的，要科学地安排施工操作人员，在布料点要有专人负责，监督和指挥操作人员施工，混凝土浇筑要分层均匀布料，布料厚度应符合规定。混凝土振捣的好坏，也是直接影响混凝土防水性能的关键工序，振捣一定要严格按施工规范进行，振动棒要快插慢拔，表面浮浆即可。振距一定要掌握好，不应漏振和过振，直至将混凝土振密实。对坍落度较大的商品混凝土，振捣时间宜短，以免石子下沉、砂浆上浮，从而严重影响混凝土的匀质性。不要用振捣棒代替布料，对钢筋密集的地方棒插不下去，可采用离筋振捣后钢筋复位的方法。不应以振捣钢筋代替振捣混凝土，特别是结构钢筋振动会直接破坏已初凝混凝土与钢筋的粘接力，这样不但影响混凝土的防水效果，也会影响钢筋混凝土结构的力学性能。

混凝土浇筑采用“横向分层、纵向分段、自然流淌、连续推进”的施工方法；分层厚度宜为0.4～0.5m，并按1.5～1.6°的坡度斜向推进，从而可很好地保证上下层混凝土不超过初凝时间。

4.4 混凝土的养护

防水混凝土的养护质量，对其抗渗性能影响极大，特别是早期保温保湿养护。通过长期实践表明，保温保湿养护时间应不少于14d。应经常检查塑料薄膜的完整情况，保持混凝土表面湿润。

防止混凝土养护不良。混凝土浇筑后养护不及时，或拆模后即暴露在大气中，不采取养护及其他防范措施，容易造成早期脱水，不仅使水泥水化不完全，而且游离水通过表面迅速蒸发形成彼此连通的毛细管孔网，成为渗水通路。同时混凝土收缩增大，出现龟裂，使混凝土抗渗性能急剧下降，甚至完全丧失抗渗能力。

4.5 混凝土模板拆除

地下混凝土墙板结构模板不宜过早，特别是底模及支架拆除时混凝土的强度，必须符合规范及设计要求，特别是＞8m的梁板结构，混凝土强度必须达到设计强度的100%，否则混凝土结构因沉降极易造成贯穿性裂缝，成为渗水通道。

5 细部构造处理

防水混凝土结构施工应认真做好结构内部预埋件、穿墙螺栓及施工缝等易渗部位处理。

5.1 施工缝、后浇带的处理

施工缝是防水混凝土结构的薄弱部位之一，应不留或少留施工缝。底板的混凝土应连续浇筑。墙体上不留垂直施工缝，最低水平施工缝距离板面应不少于200mm，距穿墙孔洞边缘不少于300mm，施工缝的断面易做成平口缝、企口缝和钢板止水缝等。无论采用哪种施工缝隙，施工前应对表面进行凿毛处理，清除浮粒，用水清洗并保持湿润，浇筑前铺上一层20～25mm厚水泥砂浆，其材料和灰砂比应与混凝土相同。后浇带浇筑时，应将接缝表面凿毛，清除干净浮碴等，并冲洗湿润；然后在其表面涂刷混凝土界面处理剂，最后浇筑混凝土，后浇带混凝土标号应高于已浇筑混凝土标号一个强度等级。施工缝防水细部构造做法见图1。

图1 施工缝防水细部构造做法

5.2 预埋铁件的防水做法

预埋铁件加焊止水铁板，是一种既简便又可获得较好防水效果的好方法。

5.3 穿墙管道及对拉螺栓防水处理

在管道穿过防水混凝土结构处，最好预埋套管，套管上应加焊止水环，止水环应与套管满焊严密。混凝土墙施工时，采用对拉螺栓对模板进行固定，并在穿墙螺栓的中间安装金属止水阀，以起到更好的防渗效果；混凝土浇筑完毕，拆模后抹灰前，应对拉螺栓根部剔凿20mm左右的缺口，用防水砂浆封堵抹平缺口；凡容易形成渗水通道的地方均应安装金属止水盘，以达到防水目的。

MEP管道穿过侧墙防水细部处理见图2。穿墙止水阀见图3。

5.4 钢筋绑扎丝的处理

混凝土保护垫块必须用同配合比的细石混凝土或砂浆块做垫块，确保保护层厚度。垫块宜呈梅花形布置，布置在竖向和横向钢筋的交叉点上，扎丝的结头应弯向钢筋侧，严禁向外接触模板。

5.5 钢筋保护层控制

《地下工程防水技术规范》及《工程建设标准强制性条文》规定：防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm，基础混凝土结构规范中钢筋保护层厚度不应小于40mm。钢筋保护层指主筋的保护层厚度，由于主筋外的箍筋保护层厚度较薄，再加上施工的误差，往往会产生箍筋外露或保护层过薄现象，从而使地下水沿钢筋渗入结构内部，引起钢筋腐蚀，同时对钢筋混凝土结构稳定产生影响，因此施工中要严格控制。

6 结束语

防水混凝土施工技术是目前地下工程施工中的重要应用，影响防水混凝土抗渗性的因素很多，本文以西安地铁某车站为例，主要从防水混凝土原材料选择、混凝土配制方案（“双掺”技术应用）、浇筑、养护方案及细部构造施工方法上进行了简要论述，总结出了防水混凝土防渗漏施工关键技术措施。除上述措施外，还需提高施工人员的技术操作水平，切实提升地下工程防水质量和效果，保证地下工程结构的安全性和耐久性。

［1］ 金忠孝. 地铁防水结构设计及施工研究［J］. 商品混凝土，2015（06）：45-47.

［2］ 施建延. 浅谈建筑工程地下室防水施工控制［J］. 城市建筑，2012（17）：67-69.