新型聚脲防水材料在海洋环境水底通道的应用

张书涛

(中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300459)

0 前言

随着地下空间工程的发展，结构防水系统变得越来越重要。其中，隧道渗漏是一个难以彻底解决的问题，尤其是海洋环境中的地下工程，浸泡在海水中，渗漏更是无处不在。

聚脲防水材料是由胺基化合物和异氤酸酯通过化学反应形成的快速固化的新型聚氨基防水材料。与其他防水材料相比，其力学性能和延伸性都比较好，具有优良的防水、防腐、防漏、耐磨性能，表面没有接缝[1]。因此，根据海南博鳌通道工程的实际情况，可采用“新型聚脲防水材料”进行隧道防水施工。

1 项目概述

博鳌通道工程地处海南琼海博鳌，它是一条地下交通通道，连接博鳌亚洲经济论坛的创始地和永久地，位于万泉河河口下部，如图1所示。博鳌通道工程总长度为1.45 km，跨海长度0.8 km，路基段170 m。博鳌通道宽18.15 m，高8.3 m，如图2所示。它是一个双向双车道三孔双管廊结构。

在做好通道结构自防水的同时，也要做好防水层的施工，通道项目防水层结构示意图详如图3。在阴阳角和穿越防水层的管线等关键位置设置加强层，如图3所示。

2 工程水文地质

海洋环境下的博鳌通道工程地处海南博鳌万泉河河口，万泉河流量大，河水丰富。施工区地下水位与现状地表距离大约是2～2.5 m。

博鳌通道工程周围为粗(中)砂地质层和素填土。工程地质表层是砂土层，具有很强的滤水性、中间层是软泥层，含水丰富，渗透率不高。

3 外层防水方案施工比选

3.1 方案优劣比较

外墙外防水层和结构顶板施工有两种方案。

1)方案一：涂刷非焦油聚氨酯防水涂料，通过后涂法进行施作。显著优点：无焦油聚氨酯防水涂料的断裂伸长率高，体积范围收缩不大，不需要进行辅助加热即可马上使用，而且操作安全，涂刷方便，施工简便，无需借助其他特殊工具[2]。主要缺点：喷涂最小间隔必须>24 h，凝固周期较长。此外，施工大多通过手工进行，不能确保防水效果。相关检测指标和数据见表1。

2)方案二：喷涂新型聚脲防水涂料，通过后涂法进行施作。主要优点：SPUA喷涂聚脲弹性体固化快，能够全都凝固成固体状态，没有挥发性的有机化合物，绿色环保不污染环境；防腐防水性能非常优异，没有缝隙；具有一定热稳定性，在40～80 ℃温度范围内都能够应用[3]。主要缺点：养护热值大，容易形成一些针状小气孔。相关检测指标和数据见表2。

3.2 具体对比分析

3.2.1 工期对比分析

非焦油聚氨酯涂料表面干燥时间≥12 h，而喷涂聚脲防水涂料表面干燥时间≤2 min。如厚度达2.5 mm，非焦油聚氨酯涂料需先后进行8次刮涂才能满足设计厚度要求。

表1 单组份非焦油聚氨脂防水涂料性能指标要求及检测结果

表2 喷涂聚脲防水涂料性能指标要求及试验段检测结果

喷涂聚脲防水涂料干燥时间不太长，也比较方便，只进行1次喷涂即可实现1.5 mm厚度。

3.2.2 施工环境对比分析

非焦油聚氨酯防水涂料凝固的速度比较慢，基面含水率必须满足≤3%的条件时才能开展非焦油聚氨酯防水涂料的施工。而聚脲防水涂料凝固的时间比较短，只需要基面满足含水率<7%的条件就能够进行正常施工[4-5]。当基面含水率超过7%时，能够借助热风机提高通风效果，当基面含水率有效降低后再开展聚脲防水涂料的喷涂操作。另外，热风机还能有效加快基面水分的蒸发，避免出现起泡的及空鼓的情况[6]。

按照实际工期部署，本项目防水施工的开始时间为2018年12月，此时项目所在地的琼海地区降雨量比较小，比较容易控制基面的干燥状况，另外，聚脲防水涂料的施工受潮湿气候的干扰不大。

3.2.3 外观质量对比分析

非焦油聚氨酯容易出现涂料流淌情况，从而形成褶皱，影响外观质量，需要另外通过人工刮涂才能有效弥补外观质量的缺陷。

聚脲涂料能提高施工质量，表面非常平顺、平滑，无流动。此外，聚脲涂料中A、B组分的配比可以借助电脑智能系统进行，以提高配比的精确度和配料的稳定性。

3.2.4 比较分析

聚脲防水涂料比聚氨酯防水涂料贵，但工期可提前15 d。从施工环境来看，聚脲防水涂料更为绿色环保。喷涂聚脲防水涂料的施工过程由计算机控制，可有效保证施工质量。

比选结论：虽然聚脲防水涂料增加了施工成本，但是却可以确保防水施工工期和质量，最终选择聚脲防水涂料进行施工。

4 聚脲防水涂料防水施工

4.1 基层质量要求

原基层必须密实，无开裂、剥落等缺陷。

4.2 聚脲施工工艺

聚脲防水涂料施工工艺流程图如图4。

4.3 聚脲涂料施工要求

聚脲涂料施工之前，做好“压枪”处理。为保证涂层的均匀性，每层喷涂方向必须垂直。喷涂设备总压力确保650 Pa；加热器温度≥65 ℃。顶板和侧墙的详细防水构造见表3。

5 结构关键部位防水施工措施

5.1 沉降缝的防水处理

1)密封胶施工。材料选用复合密封胶，该密封胶为复合材料，与混凝土黏结力强(>1 MPa)，与橡胶、塑料黏结强度好(PE除外)。该材料的黏度具有一定的可调性，材料的黏度能够按照接缝的宽度进行调节。由于这种材料具有自流平性能，缝隙可以自行填充，可以自行形成高强度。采用机械方式进行密封胶密封处理，导流管直接插入混凝土止水带内，采用自下而上浇筑法进行施工。

表3 顶板和侧墙防水构造明细

2)对聚脲涂料进行二次密封处理。填充密封剂的接缝处通过人工聚脲进行二次密封处理。将接缝作为中心，在两侧进行30 cm的人工聚脲操作，厚度达到2 mm。人工聚脲和密封胶、混凝土具备良好的黏接效果。

5.2 细部防水处理

对于阴阳角的防水处理必须提前喷涂厚度为0.5 mm的附加层，然后进行正常喷涂；清理干净基层以后，在主体根部提前喷1 mm厚的SPUA材料形成加固层，然后再进行SPUA涂料的施工；对于主体边缘部位的防水措施为：初始施工时，在防水四边和收头出现的位置，提前在水泥砂浆基层上布置一个宽、深各为1 cm的U型槽，接着涂上LM基层处理剂，然后开展SPUA涂层的施作。避免聚脲出现脱边现象，以防降低整体防水效果，因此对于穿越防水层的管线，需要喷涂宽度≥10 cm的附加层，接着开始正常的喷涂。

5.3 顶板、侧墙变形缝防水处理

图5～6分别是顶板和侧墙变形缝详细的防水构造示意图。

5.4 采取的相关措施

1)变形缝增加长度1 000 mm的HPB300钢筋作为剪力杆。变形缝受剪力杆的影响，横向能够活动，从而避免出现不均匀沉降。按照构造施工的相关规定，在侧墙和顶板分别布置两排和一排剪力杆，接着大范围地进行聚脲防水材料施作。

2)在变形缝内侧增加接水盒以提高防水效果，将钢边橡胶止水带有效布置在中间位置，把上部进行仔细清理，采取人工灌注聚脲的方式对变形缝进行灌注，并采用聚硫密封胶做好密封处理，彻底堵截变形缝的所有渗水。

5.5 底板变形缝防水处理

底板变形缝的防水构造详图如图7～8。变形缝防水措施是：1)当底板厚度h>80 cm时，为了更好地避免出现漏水，将底板变形缝两边设计成凹凸结构。如果底板厚度≤80 cm，在底板变形缝中间位置设置剪力杆，保护止水带。2)为防止出现渗水，通道主体结构施工完成后，将底板变形缝上侧5 cm区域内进行有效清除，确保整洁干净，然后通过双组分聚硫密封胶和聚脲把变形缝彻底封死。

5.6 降水井封堵

在进行降水井的初始施工时，选取的注浆压力为0.4～0.45 MPa，最后双液浆形成凝固态，就能够对降水井进行有效封堵。降水井封堵示意图详如图9。

灌浆过程中，必须全程观察降水井顶部的变形情况，防止灌浆压力过大导致结构起拱。

降水井的注浆止水措施施工完成后，除掉法兰盲板，并在降水井内焊接好钢板，确保降水井的耐久性。

6 结语

因为防水效果对海洋环境下的博鳌通道的工程质量影响很大。对通过科学比对而采用新型聚脲防水材料的工程进行全面验收，使用一段时间后证明博鳌通道结构的防水效果比较理想，无渗漏水现象，可以总结出3点施工经验：

1)喷涂新型聚脲防水材料的施工方便，可以有效节约工期。防水施工应提前规划，科学组织。防水施工作业应避免安排在雨季进行，以减少水分对防水施工的影响。

2)混凝土结构是防水层的基础，加强基础处理，提高混凝土的密实度，确保混凝土基层表面的平整度，能够有效提高防水效果。喷涂聚脲防水材料的工程具有更好的抗结构破坏能力，满足水下和地下工程防水设计使用寿命和结构寿命的要求趋势，更适合在水下和地下市政基础设施防水中进行应用和推广。

3)喷涂聚脲防水材料可减少爆炸事故和地震灾害时对人民生命财产安全的损害，对地下基础设施建设中关键敏感部位的施工具有较大的推广价值。而且喷涂聚脲防水材料施工技术非常环保，是一种环境友好型的施工技术，在地下隧道、综合管廊、人防工程等地下基础设施中具有广阔的应用前景。