装配式地下共构体防水方案探讨*

王宝泉，上官士青，王斌斌

中交公路规划设计院有限公司，北京 100088

近年来，随着建筑工业化的不断深化，在地下结构中采用装配式混凝土结构成为重要的发展趋势。与传统现浇混凝土结构相比，装配式混凝土结构具有施工速度快、构件质量好、环境污染小、大幅节省现场模板与支撑、减少现场劳动力等优点，社会经济效益显著。但地下结构面临着防水问题，特别是采用装配式结构后，接缝较多，做好结构防水成为一项重要工作。

国内一些新区在规划研究的过程中提出了采用隧道—管廊共构模式，即在市政道路上开发全部的地下空间，并将两侧地块的地下空间与市政道路上的地下空间连成一个整体，形成市政工程地下空间共构体，如图1所示。对于这种新型的多层地下结构物，如果采用装配式施工，其构件连接构造、接缝接头防水方案等方面尚有较多关键技术难题亟待开展研究。

图1 地下共构体示意图

目前国内外大型地下结构采用装配式的施工案例主要有盾构隧道、管廊、沉管隧道及地铁等，如综合管廊发展了整节段拼装[1]、叠合板拼装[2]等多种形式，分别采取不同的防水工艺。国内沉管隧道也是由大型预制节段装配，通常采用水压力对接，对接压力大，采用大尺寸GINA止水带等防水措施[3]。国内装配式地铁站也开展了较多尝试，如长春地铁2号线部分站点[4]、北京金安桥站装配式试验段等，这些地铁站点多采用大型PC构件进行装配，配合现浇和外包防水等措施，保证结构的防水性能。

1 混凝土刚性自防水

1.1 混凝土刚性自防水的必要性

地下结构采用装配式施工，主要是为了提高施工效率，采用传统的外包柔性防水增加了外包防水膜的工序，施工流程复杂，效率低，故全面采用混凝土刚性防水是技术发展的必然趋势。

在规范支持方面，2009年《补偿收缩混凝土应用技术规程》（JGJ/T178—2009）指出：“当采用补偿收缩混凝土的地下结构或水工结构做结构自防水时，在施工保证措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水”。该规程肯定了刚性防水系统作为结构防水的主要系统的性能和效果。部分地区近几年也推出了刚性防水的地方标准，如《刚性复合防水系统应用技术规程》[DB13（J）/T259—2018]和《混凝土刚性防水系统应用技术规程》（DBJ 61/T 159—2019）。

1.2 混凝土自防水出现裂缝的原因

普通的外加防水剂可以提升混凝土初次防水的能力，但是在混凝土出现裂缝后，其抗渗性能大打折扣，因此混凝土的多次防水能力也是评价其性能的重要指标。混凝土在使用过程中常常出现裂缝，原因主要包括混凝土本身的抗裂性不符合具体工程的实际要求，混凝土在施工及其后期养护过程中未能严格控制质量致使后期形成裂缝，地下结构受不均匀沉降、振动荷载、外部腐蚀等不良影响而发生开裂，在较大温差作用下由温度应力导致裂缝。

1.3 抗裂缝措施

近年来以水泥基渗透结晶材料为代表的混凝土裂缝自修复技术被广泛应用于混凝土结构工程中。通过在混凝土中添加有效组分，在混凝土出现裂缝时实现材料的内部修复，可以实现混凝土的多次防水，提高混凝土耐久性以及抗渗性。该方法由于具有永久性防水、抗化学腐蚀、易于施工、对人体无害等特点，在欧美、日本等地已经得到了一定的认可，已应用于地下建筑工程、市政管道工程、桥面防水工程等领域。

在采用刚性自防水材料的同时，应配合结构抗裂缝措施。针对地下装配式混凝土结构可能出现的裂缝，通常采用优化混凝土配合比设计、控制混凝土塑性收缩、控制混凝土干燥收缩、避免应力集中、控制分层浇筑产生的约束应力、控制结构的不均匀沉降等措施来避免裂缝对地下装配式混凝土结构产生的破坏。

由于水泥基渗透结晶型防水剂已经是一款成熟的商品化防水剂，文章不再对具体的品牌和配比进行赘述。

2 预制构件拼缝防水

文章研究的地下装配式多层结构是一种管廊、隧道相结合的地下共构体，这种装配式共构体沿道路修建，装配接缝、预留接口等节点部位较多，加大了防水的难度。并且其内部和上部都会受长期动荷载的作用，加之周边建筑物施工等可能存在的外部影响，结构容易发生变形，要求在接口部位的防水措施对变形具有一定的适应性。作为地下装配式多层结构的防水薄弱位置，接缝处防水措施的可靠性决定了整个预制结构的防水能否起到良好效果。

2.1 各类型地下结构拼缝防水方法

当前装配式的地下结构主要有管廊、隧道、地铁站等，其中以装配式综合管廊应用较多，防水技术也较为全面。对于地下多层的复杂共构体，可供参考的资料较少。在此，笔者将地下装配式结构的接缝防水进行分类，如表1所示，便于后续讨论。

表1 常见地下结构防水方案

根据表1，可以将地下结构接缝的防水分为两大类：第一种是刚性接缝处的防水，这种刚性接缝通常使用后浇或螺栓等其他机械固定措施将形成接缝的两个预制构件完全固定，在使用阶段该接缝不产生较大的变形，因此可以采用尺寸较小的防水橡胶条或者采用喷涂速凝沥青等防水措施；第二种是柔性或者半刚性的地下接缝防水，此类接缝常见于综合管廊和沉管隧道等地下结构中，对防水有较高的要求。在防水措施上，除了采用尺寸较大的GINA止水带或双道防水橡胶条，还需要在结构设计上采取相应的措施，对止水带施加正面压应力，如装配式综合管廊需要张拉预应力钢绞线，沉管隧道管节之间需要采用水压力对接。此类柔性接缝通常对防水要求较高，尚需要配置第二道防水措施，如外包防水或OMEGA止水带。

2.2 共构体纵向缝防水措施

纵向缝为沿道路方向的接缝，通常连接侧墙—底板或侧墙—顶板，是一种刚性接缝。这种接缝的处理方法可借鉴地上装配式建筑的做法，采用座浆+灌浆套筒或者局部后浇等方式，结构连接形式简单成熟，且在使用阶段不会产生较大的接缝变形，因此可采用（多道）小型止水带压条，也可采取外包防水（如外侧喷涂速凝沥青）作为防水加强层，如图2所示。

图2 侧墙—底板接缝处理方案

2.3 共构体横向缝防水措施

横向缝为侧墙垂直缝、顶底板水平缝等沿道路横向的接缝。横向缝的防水设计应和结构设计相适应，如整体结构为刚性，在使用阶段不会产生较大的变形，则防水可采用小型橡胶条。但是当前综合管廊和沉管隧道大多采用一种半刚性的整体结构，采用钢绞线张拉提供正截面压紧力，使横向接缝在长期使用过程中不产生较大的变形，确保止水带在有效应力下正常工作。为了适应这种钢绞线拉紧的半刚性结构体系，建议采用挤压式止水带和内固定式止水带共同组成的双道止水措施，如图3所示，与沉管隧道的防水做法类似。挤压式止水带主要有GINA止水带、三元乙丙止水橡胶条和遇水膨胀止水橡胶条三种。内固定式止水带主要有OMEGA止水带或粘贴式的新式U形止水带。综合考虑工程成本，建议挤压式止水带选取三元乙丙止水带和遇水膨胀橡胶止水带组合设置，并合理设置结构开槽。当防水压力较大时，挤压式止水带也可选用小型化后的GINA止水带，内固定式止水带则建议采用OMEGA止水带。

图3 顶板水平缝、侧墙垂直缝处理方案

3 结束语

随着装配式建筑的大力推广，市政工程中的部分大型地下结构开展了一些装配式施工的研究和尝试。文章针对地下装配式多层结构的防水设计，在不适用外包防水的情况下，探讨并提出了一套防水方案。该方案主体结构采用混凝土刚性自防水，接缝防水融合借鉴了装配式综合管廊、沉管隧道等地下结构防水方法，针对不同接缝的受力特性，提出了采用遇水膨胀橡胶条（或小型化的GINA止水带），配合OMEGA止水带的防水方案，供工程技术人员参考。