轨道交通工程地下室外墙抗裂防渗技术研究与应用

丁百华

（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，江苏苏州215000）

0 引言

江苏省苏州市位于长江三角洲，毗邻长江和太湖流域。该区域湖泊众多，水域面积大，地下水丰富，水位高，容易导致轨道交通车站地下室室外侧墙防水困难。轨道交通工程使用寿命长，混凝土等级需满足设计要求，应注意使用功能和安全。漏水和裂缝是导致其使用寿命达不到要求的重要原因。大多数轨道交通项目车站采用外包卷材+结构刚性防水设计。在施工过程中，外部预防效果有限，混凝土裂缝无法得到有效控制。混凝土裂缝与其原材料、配合比和施工措施密切相关。因此，在施工前和施工中采取有效措施控制裂缝和渗漏非常重要。如何提高钢筋混凝土的抗裂防渗性能，是该地区铁路车站地下室结构的一个现实关键问题。苏州地铁8 号线车斜路站位于苏州工业园区松涛街，站台长宽175m×24.1m，它是地下室三层结构，标准断面的基础埋设24m 深。车站地下室采用明挖法施工。城市主干道松涛街位于结构上方，顶部覆盖层厚3.5m。该试验选取地下室三层1 轴与15 轴之间的三层侧墙结构（共24 面墙）。混凝土强度为C35P10，壁厚1000mm，侧墙一次浇筑高度为5.1m，长度为20m/段，侧墙与相邻墙段之间设置施工缝+镀锌止水钢板（背贴式止水带）。

1 轨道交通工程地下室外墙渗漏的原因

施工阶段相应的裂缝主要包括混凝土振捣不密实，混凝土配合比设计不满足水分蒸发要求，薄弱部位出现裂缝；过大的坍落度、过度振捣或漏振会使粗骨料掉落，表面砂浆过多是产生裂缝的另一个原因。

1.1 温差影响

结构中使用的水泥具有热膨胀和冷收缩的特点。当构件的内部温度和表面温差在各种外部因素的影响下发生变化时，就会形成相应的形状变化和内应力。如果水泥本身的抗拉强度低于温度应力，构件就会出现裂缝，尤其是早期水泥的抗拉强度非常低。由于内部温度不平衡，容易形成高温裂纹。

1.2 收缩裂缝

骨料含泥量大，颗粒级配不均，骨料中片状颗粒含量大，水泥品种选择不当，水泥、粉煤灰等材料用量不合理，会导致结构内部收缩变形，形成超出自我约束范围的裂缝。但是，商品混凝土搅拌不均匀，未在规定时间内使用，甚至恶意加水；石头、砂子和其他材料的黏结力降低，浇筑过程中振动过大或漏振，以及浇水和维护不及时，都会增加裂缝的可能性。

1.3 控制裂缝的措施

近年来，在轨道交通工程的地铁车站结构施工中，均使用商品混凝土。原材料供应受市场影响，不受独立控制。但是，通过优化施工配合比，降低应力收缩值、降低温升，可以达到防渗抗裂的要求。现与苏州市轨道交通8 号线车斜路站、东延路站工程相比，实际混凝土标号为C35 防渗P10 商品混凝土（简称M），商品混凝土中掺粉、纤维结构材料N（简称N），对混凝土结构的收缩变形进行了比较分析，并对两种材料的性能特点进行了研究和比较。水泥P.O42.5。江苏金峰水泥厂加减水剂（武汉三源公司减水率25%）；外加剂（苏州航顺公司）、碎石合理级配（浙江湖州）、天然中砂（江西赣江）、镁质混凝土外加剂，经加工以满足南京苏伯特有限公司《混凝土用氧化镁膨胀剂》中规定的技术要求，水采用自来水[1]。

矿渣粉可能增加混凝土的收缩，试验段未在混凝土配合比中添加矿渣粉。此外，考虑到控制结构材料的收缩，车站地下室结构的侧墙厚度为1000mm，大体积混凝土结构施工后，内部温度迅速升高。与硫铝酸钙和氧化钙膨胀剂相比，氧化镁外加剂更适合在车站结构中使用。混凝土中掺入外加剂时，混凝土胶凝材料的比例不宜过大，不宜大于0.42。根据《混凝土用氧化镁膨胀剂应用技术规程》（T/CECS 540—2018）的相关要求[2]，混凝土膨胀率不得小于0.02%，试验要求将膨胀率限制在不小于0.005%。经相关资料比选，确定镁外加剂掺量为30kg/m3，混凝土试块各阶段养护温度为40oC，湿度为95%。经过多次验证，地铁车站地下室试验段结构墙配合比最终确定见表1所示[3]。

表1 地铁车站结构防渗抗裂混凝土配合比表

2 地下室侧墙混凝土工程施工质量控制措施

2.1 混凝土施工

外墙浇筑时，施工缝处的外墙一次浇筑至板面以下或以上400mm，同时设置镀锌止水钢板。施工缝接缝处的外墙内外表面应平直。施工过程中采用以下方法：侧墙底部和上部采用外加工成型止水钢板，与水平工字型钢板搭接10cm，两侧全焊，第一段浇筑的施工缝应凿毛并刷水泥基渗透结晶，并在原有钢板止水带的基础上，在外侧增加背贴式止水带，以提高防渗效果，使外墙施工缝处的防渗要求与外墙外观更好地结合[4]。

2.2 施工缝设置

该工程纵向（南北）设置6 个横向施工缝，最南端第6、7 仓纵向长度小于30m。与设计沟通后，将两仓优化调整为一个，减少一个横向贯通缝，避免一个泄漏点。

2.3 外墙防水施工

由于该工程地下结构所处土体含水量较高，侧墙外侧采用高分子改性沥青卷材（4mm）+施工缝处60cm 宽的加固层，侧墙内侧采用定制型钢模板，满足侧墙一次浇筑成型的需要。

2.4 保湿保温养护

根据以往的施工经验，侧墙模板一般在混凝土施工完成后1～2d 内拆除，但模板拆除后，除缝隙浇水和洒水管维护外，没有其他保养方法，因此上述方法存在缺陷；水泥的内部温升通常在1～2d 内达到最高点，提前拆模时间必然会增加水泥的内部冷却速度。内表面和表面之间的温差会增加内应力，内部收缩应力会随时间增加；有时，人工单向浇水后，墙体上下结构的水量消失得太快，难以维持，这也会增加温度下降的速度。如果设置喷淋管进行维护，往往会出现水流控制不一致，墙体上干湿块间隔状，强度下降速度加快。

影响车站地下室结构墙体早期开裂和渗水的主要原因是早期温度收缩和应变应力。首先，应延长拆模时间，在结构内部温度达到峰值后拆模；其次，地下结构外墙试验段采用先进的薄膜养护保湿保温材料控制拆模时间，确保混凝土浇筑3d 后拆模时间得到适当控制，有利于地下室侧墙的早期收缩。保湿保温措施：覆盖“水能”专利技术固化膜和土工布。该产品是一种新型专利材料，粘贴在混凝土表面，无需反复浇水养护。固化膜材料能有效地附着在墙体上，并能长期保持水分。可在拆模当天立即进行养护；养护保护膜铺好后，及时在外面覆盖一层土工布，进行两层保温[5]。测温记录表明，保水树脂固化膜的保水时间可超过20d，铺设固化膜和覆盖土工布的效果更好。图1 是吸水树脂养护膜，图2 是覆盖土工布图。

图1 吸水树脂养护膜

图2 覆盖土工布

3 工程实体监测数据分析对比

地铁站侧墙试验段长度设计为施工段，混凝土浇筑严格按照技术方案和措施进行。地下室结构内部环境中各种因素的变化参见图3、图4所示。

图3 混凝土内的温度变形曲线图

图4 混凝土内的微应力变化曲线示意图

从图3、图4 可以看出，车站地下结构混凝土成型温度和中心温度在27h 后达到峰值，内部和外部温度在26h 后达到峰值。与其他膨胀剂相比，氧化镁膨胀剂的初始水化过程较慢，但中后期的收缩作用更强，特别适用于收缩时间较长的地铁车站地下室侧墙。氧化镁膨胀剂也更适用于侧墙大体积混凝土的实体。28d 内最大内外温差为6～7oC，中心温度达到温度峰值后冷却速率为3～5oC/d，证明了一层土工布加一层养护膜的养护方法具有较好的保温保湿效果。图5 和图6 分别是空白段图片和试验段的图片。

图5 空白段

图6 试验段

根据现场施工试验段边墙的实际观测对比，试验段结构墙外观质量良好，未发现有害裂缝和漏水现象，防渗防裂效果与实测数据结构一致，无渗水现象。

4 工程实例论证——测温度和应力场变化

应变传感器分别放置在混凝土M 和混凝土N 的浇筑体内。选取地下侧墙关键部位，实时监测工程现场温度场和应变部位，指导混凝土工程的养护，建立计算机数据分析库，分析混凝土内应力变化和表面裂缝的形成过程[6]。从图3 和图4 中可以看出，混凝土M在27h 左右达到应变峰值。

5 结论

第一，氧化镁膨胀剂膨胀速度较慢，用于地下室外墙体具有良好的抗裂防渗效果。

第二，“水能”专利产品固化膜能有效紧贴结构表面，具有防水保温的特点。在冬季或气温较低时，结构表面再覆盖一层土工布，以确保有效控制混凝土温度的下降速度。

第三，地铁站试验段结构与墙体混凝土配合比调整后的微应变在14d 内达到平均值，30d 后降至-50～40uε，中心温度达到试验数据。结果表明，保温、保湿等现场维护措施合理，对主要部件的补偿缩短效果显著，两个多月后试验段无有害裂缝和漏水。