水性喷涂持粘高分子防水涂料在明挖隧道结构中的应用

李云刚，张涛，胡传鹏，韦家昕

（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）

0 引言

在城市地下隧道建设中，防水设计是影响工程安全可靠的重要因素之一，地下水渗漏会对隧道主体结构造成严重侵害，渗水会引起结构内部钢筋锈蚀，降低混凝土耐久性，直接影响隧道主体结构承载能力。目前明挖隧道常用卷材作为结构主要外包防水层，卷材防水在施工过程中存在以下缺点：（1）防水卷材需采用热熔或者密封胶进行搭接，由于施工工艺落后，大多为现场手工完成搭接，缺陷率较高；（2）明挖隧道施工过程中，防水卷材铺贴后经常会受到高温紫外照射，会加速卷材老化，降低防水卷材的性能，给防水工程留下渗漏隐患；（3）防水卷材在施工中难与隧道结构达到满粘，粘接效果较差，卷材局部经常会与结构基体脱开形成空鼓，如有任何一处发生破损，渗水会沿防水层与主体结构间窜流，造成大面积渗漏，后期补修较为困难[1]。

针对上述防水卷材存在的诸多缺陷，以水性喷涂持粘高分子为代表的自适应防水材料应运而生。水性喷涂持粘高分子防水涂料是一种新型高端防水材料，具有以下特点：（1）-10～40 ℃可直接喷涂，施工完成后，不固化，不溶于水，与结构面的粘结性能好，能在复杂的施工条件下喷涂；（2）防水材料安全环保，不含有毒溶剂；（3）有较强的蠕变性能，能长期保持粘稠胶质状态，具有自愈合、拉伸力强、抗疲劳性强、耐老化等特性[2]；（4）能与多种防水卷材及涂料复合使用。

本文结合厦门某地下通道项目，以水性喷涂持粘高分子防水涂料为例，进一步研究了自适应防水体系在明挖隧道中的具体应用及施工工艺，以期为今后的富水城市明挖隧道防水设计提供借鉴。

1 工程概况

本项目隧道全长2834.8 m，双向六车道标准，敞开段隧道主体结构采用U型槽结构，暗埋段隧道结构为单层双孔矩形框架型式。

（1）地表水：隧址区地表水主要为埭辽水库水，勘察期间测得水位高程为3.05 m，主要受大气降水和人工补给。

（2）地下水：地下水位埋深一般为2.70～9.30 m，一般标高-2.37～4.09 m。根据收集的周边工程资料，陆域地下水年变幅2.0 m左右。

2 防水总体设计

本项目防水等级为一级，根据地下结构防水设计原则，确立以隧道混凝土结构自防水为主，外包柔性防水层为辅的防水体系。柔性防水材料选用1.5 mm水性喷涂持粘高分子防水涂料层+1.5 mm喷涂橡胶沥青防水涂料或防水卷材共同组成的复合式防水层。具体形式如图1所示。

图1 明挖隧道主体结构防水设计

3 水性喷涂持粘高分子防水涂料

水性喷涂持粘高分子防水涂料由优质改性沥青、功能性高分子改性剂及特种添加剂组成，常规状态下直接喷涂在隧道结构外侧，喷涂成形后不固化，能始终保持弹塑性状态，可单独作为防水层也可与其他防水材料复合使用。

3.1 水性喷涂持粘高分子防水涂料

水性喷涂持粘高分子防水涂料是一种双组分涂料，A组分由高固含量的阴离子乳化沥青、高分子改性材料、增韧剂和特殊助剂等组成；B组分为固化剂（破乳剂）。产品经专用设备喷涂后，在混凝土结构面上快速形成高聚物无缝薄膜，满粘在主体结构上，整体性好，同时防水薄膜具有断裂延伸率大、耐穿刺性强等特点。

3.2 水性喷涂持粘高分子防水涂料性能

（1）施工便捷性

常温下喷涂法施工，固化成膜，对基面要求较低，可在潮湿基面作业，施工简便，实现无缝连接，尤为适用形状复杂或异形结构部位（如桩头、格构柱，钢筋预留部位等）。

（2）环保性

不含挥发性有机物，产品环保安全，适用于密闭空间。

（3）耐久性

涂层耐热、耐酸碱、耐老化性能优越，固化成膜后具有出众的断裂伸长率和弹性恢复率。可保持粘稠胶质状态，具有自愈合、拉伸力强、耐老化、低温不断裂、高温不流淌等性能。

（4）相容性

水性喷涂持粘高分子防水涂料可与防水卷材或其它防水涂料共同组成复合式防水层，也可与其他防水材料层分开设置形成多道防水层。

4 关键节点防水设计

4.1 与既有地道相接防水构造（见图2）

图2 与既有地道相接防水构造

敞开段隧道起点需与既有地道连接，衔接缝位置无法预埋中埋式止水带，根据实际条件，在结构接缝内部选用遇水膨胀止水胶+注浆导管的防水形式，外包选用1.5 mm水性喷涂持粘高分子防水涂料+1.5 mm喷涂橡胶沥青防水涂料，最后选用低模量聚氨酯密封胶进行封口。

4.2 主线隧道与BRT桥相交防水构造（见图3）

主线隧道与BRT相交段利用隧道结构进行托换，根据不同的施工流程，采取相应防水设计。

（1）基坑开挖完成后，通过在底板预留孔洞，保留原桥墩承台及桩基，防水施工时，孔洞预留缝位置预埋中埋式止水带。

图3 主线隧道与BRT桥相交防水构造

（2）隧道结构顶板通过植筋完成与既有桥墩的连接，衔接节点依次设置水性喷涂持粘高分子防水涂料+耐根系穿刺层防水卷材+无纺布隔离层，外部增设聚乙烯泡沫塑料保护板，顶部用低模量聚氨酯密封胶封口。

（3）切割既有桥墩桩基后，在接缝处设置遇水膨胀止水胶，完成后浇侧中埋式止水注浆导管的安装，最后浇筑预留孔洞。

4.3 变形缝节点防水构造（见图4）

图4 变形缝节点防水构造

变形缝节点增设水性喷涂持粘高分子防水涂料加强层，两侧宽度各为500 mm，同时在顶板变形缝表面设置双面自粘型丁基橡胶防水密封胶粘，为降低结构伸缩对防水层的损耗，变形缝两侧各200 mm范围密封胶隔离膜不撕掉、不与基层粘贴，但外侧各300 mm宽度范围密封胶必须与基层满粘，不得空鼓。

5 施工工艺

5.1 工艺流程（见图5）

图5 施工工艺流程

5.2 施工要点

（1）基层处理。基面无需抛丸处理，但应保持密实，混凝土结构面不应存在气孔、蜂窝、凹凸不平等缺陷，喷涂作业前要清除基面上的浮尘、杂质及油污等杂物，对坑洞不平处应选用砂浆找平。侧墙模板拉筋在模板拆除后，应将突出的钢筋予以切割，保证切割后的钢筋与结构墙体平齐。

（2）细部加强层施工。对阴阳角等细部节点做防水加强处理，防水加强层采用同规格的水性喷涂持粘高分子防水涂料。底板和侧墙铺设防水层的阴角均应做成R≥50 mm的圆弧或50 mm×50 mm的钝角，并增喷1.5 mm水性喷涂持粘高分子防水涂料，加强防水层延伸不少于250 mm，见图6。

（3）喷涂作业。施工作业前，需在专用喷涂设备上对材料进行缓慢、均匀搅拌。桶内剩余材料应及时封闭，以免混入杂质造成浪费。喷涂作业过程中，喷枪尽量与基面垂直，距离保持适中，缓慢均匀移动。喷涂应按先细部节点后大面结构的顺序连续作业，每次喷涂应多遍、交叉作业，最终达到设计厚度。在结构立面或坡面喷涂时，应按照由低到高、自下而上的方向依次喷涂。在大面积结构施工中，喷涂作业难以一次性成型，宜采用分区段喷涂，可按500～1000 m2为划分标准，区段喷涂应一次性完成。

（4）设置保护层、加强层。喷涂后，涂层在3～5 s时间凝胶成形，根据防水等级、现场条件增设无纺布。在此期间防水薄膜表面会有水析出，排气、排水的现象可能会引起薄膜鼓泡属于正常情况。涂膜干燥后鼓泡会自然消失，不会影响涂膜与基层的粘合力和防水效果；如果干燥后，鼓泡并未消失，则需要采取相应的修补措施。

防水加强层的宽度应遵循相关设计标准，当选用夹铺胎体作为增强材料时，应使胎体充分浸透防水涂料，不得出现露槎及褶皱情况。

相邻区域防水涂料的搭接宽度不应小于100 mm，搭接面应保证清洁，不应有浮浆、油污、灰尘等杂物。

（5）自检、修补。防水涂层局部有破坏的区域，应采用相同的防水涂料进行修补，同时需满足下列要求：①清理去除损坏部位的涂层，清理范围应由需要修补范围向四周扩展50～100 mm，修补边缘宜平滑过渡。②清理干净待修理处，基层重新处理；基层处理完后重新喷涂防水涂料。

（6）质量验收。①施工前需对防水材料进行抽查，材料性能指标应符合相应防水标准及设计要求。②防水层自检修复合格后，方能开展淋水蓄水试验，并对结构防水效果实施全面检查，涂料防水层不得有渗漏现象。③防水涂料层厚作为防水设计的基本保障，其平均厚度需满足相关规范及设计要求，局部最小层厚不小于设计要求的80%。

（7）注意事项。（1）喷涂作业围护结构面时不能有明水，若确实不能封堵围护结构的渗漏水，可以用引流管将渗流水临时引出，主体结构完成后注浆封堵。（2）侧墙围护结构在喷涂前，务必清除虚土。（3）完成防水涂料喷涂作业后若有后续工序应及时覆加防护膜，等浇筑混凝土前揭开防护膜。

6 结语

通常在城市隧道外包防水设计中，大多会采用卷材作为柔性防水层，但此类“卷材-雨伞式防水”主要存在搭接缝防水薄弱、无自我修复能力、无法达到绝对满粘施工、容易空鼓产生窜水等问题，存大较多渗漏隐患。

水性喷涂持粘高分子防水涂料具有自愈合、拉伸力强、抗疲劳性强、耐老化等特性，同时还具有极强的蠕变性能，可永久保持粘稠胶质状态。

在结构迎水面采用水性喷涂持粘高分子防水涂料作为柔性防水层，能与混凝土结构牢固结合，无缝粘结，如同时与其他防水材料组合使用，可形成共同防水结构体系，实现“皮肤式”防水理念，有效增加隧道结构防水的可靠性。