地下结构特殊防水施工工法演示教学.docx
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地下结构特殊防水施工工法演示教学
地下结构特殊防水施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
随道我国城市现代化、经济发展的进程，城市轨道交通呈现快速发展的趋势，建设规模不断扩大，新建地铁车站下穿河道的情况也越来越多，对于如何降低车站运营与河道运行的交叉影响尤为迫切，以避免造成广大人民群众的生命安全、经济损失和不良的社会影响。
而对于如何降低车站运营与河道运行的交叉影响，如何保证交叉段车站防水施工质量是确保车站今后运营中不渗不漏的关键，长期以来是一项重大的技术难题，是时下上海建科委、质监站、地铁公司等的重点关注项目。
中铁二局股份有限公司在上海地铁施工中通过对醉白池站的施工，形成了地下结构特殊防水施工工法。
该工法在下穿河道地铁车站顶板防水控制方面效果明显，技术先进，具有明显的环保效益、经济效益和社会效益，前景可观，可广泛应用于市政施工领域。
2.工法特点
2.1本工法采用多道防水体系相结合，最大限度地从源头上采取措施防水。
2.2本工法将聚脲施工与喷涂技术进行了有机融合，提高了工程质量和进度，且在施工和使用中，均无毒、无污染，为“绿色材料、绿色技术”。
2.3本工法一次性投入较大，但降低了后续防水处理、补强等处理的风险，节省了昂贵的维护费用，一次投资，终生受益。
3.适用范围
本工法适用于软土地质条件下，存在地质条件复杂、地下水位高的大型地下工程，特别是针对防水后续补救处理难、风险高、代价大的高难度防水（或防水等级高）地下工程，比如：
人行通道、商场、城市轨道交通、铁路、人防工程等地下工程相互交叉穿越，或下穿既有河道、湖泊、港口等。
4.工艺原理
采用多道防水体系相结合，充分发挥各自优势防控渗漏源头及路径，具体如下：
（1）加强结构自防水能力，为第一道防水：
新建地下结构采用钢纤维防水砼（钢纤维掺量0.4%）一次浇筑成型，不设诱导缝、变形缝，杜绝施工缝，提高自身防水能力。
（2）强化结构附加防水能力，为第二道防水：
附加防水层采用天然钠基膨润土防水毯，单位重量不小于5.5kg/m2。
（3）加强防水毯保护板，为第三道防水：
防水毯保护板钢纤维掺量为0.6%。
（4）增设防水层，为第四道防水：
在膨润土防水毯保护罩面上再喷涂一道聚脲防水防腐，喷涂聚脲弹性体（SprayPolyureaElastomer，简称SPUA）具有力学强度高、耐磨、耐腐蚀、耐油、耐水、耐老化、耐交变温度（压力）等突出性能，在施工方面具有施工速度快、整体性能优异、环保性好等特点。
（5）回填土，加强对增设的防水层的保护：
为了避免对新建地下结构防水层的破坏，在增设的聚脲防水层上回填土后，再施工被穿越结构，回填土厚度不得小于500mm。
图4-1地下结构工法原理示意图
图4-2①详图
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→钢纤维砼结构施工→铺设膨润土防水毯→钢纤维砼保护罩面施工→喷涂聚脲→回填土。
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、熟悉技术要求，掌握主要施工方法及细部构造的施工工艺。
2、组建施工班组，按施工方案和技术规程对操作者进行岗位培训、做好安全技术交底，并下达作业指导书。
3、做好材料进场验收检验工作，并做好验收记录。
4、施工前要进行防水材料的试验性施工，获得建设单位及监理的同意后方可施工。
5.2.2钢纤维砼结构施工
1、钢纤维砼配合比设计
钢纤维砼配合比设计采用计算法，步骤如下：
（1）根据强度设计值及施工配置强度提高系数确定试配抗压强度和抗折强度。
（2）按试配抗压强度计算水灰比，一般应控制在0.45-0.50之间。
（3）根据试验抗折强度，按规定计算钢纤维体积率，一般体积率选1.0～1.5%。
（4）根据试验确定合理砂率（现场应据钢纤维纤维体积率，水灰比等适当调整）,一般应控制在1.1-1.6%之间。
2、钢纤维的投放和搅拌
钢纤维在砼搅拌站采用人工添加，每次投料均需严格计量。
（1）必须采用滚动式砼拌和设备。
当钢纤维体积率较高，拌和物稠度较大时，拌和量不宜超过设备拌和量的60%。
（2）注意拌和料的投放顺序，一般按水泥、钢纤维、细集料、粗集料、水的顺序进行，先干拌后再加水湿拌，钢纤维应分2-3次投放。
（3）钢纤维砼的坍落度要求取决于钢纤维的掺量：
a）直接浇筑：
掺量20-25kg/m3砼，坍落度：
160mm；b）泵送砼到浇筑点：
掺量15-25kg/m3砼，坍落度：
180mm。
3、钢纤维砼的浇筑及振捣
（1）泵送砼至浇筑点，出料及铺筑时卸料高度必须控制在1.5m以内。
（2）加强对钢纤维砼进行振捣，以保证砼密实，同时增强砼和钢纤维之间的锚固。
（3）钢纤维砼表面提浆应及时，应在砼初凝前用浆头覆盖掉露头的钢纤维。
（4）保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振；
（5）应集中资源施工,确保浇筑砼连续，确保使钢纤维砼从拌和到精平完成的时间控制在4小时以内。
4、钢纤维砼的抹光
（1）抹光机表面提浆、搓毛、压实。
（2）若遇局部表面有凹塘或不太平整，应立即进行人补浆抹平，再进行机械抹面。
（3）待整个面层抹平压实，调出原浆后即视为粗抹完成，且粗抹应在砼初凝后不久完成。
（4）平整度复核，机械抹光后用靠尺进行检查，在不平整的地方，还需用手工加工修补抹平。
5、养护
砼完成初期可喷洒养生剂，喷洒均匀，表面无色差，初凝后使用薄膜或草包覆盖，洒水养生养护，保持表面湿润14天，正常保养周期28天，严禁出现砼裸露现象。
5.2.3铺设膨润土防水毯
1、基层处理
（1）铺设膨润土防水毯（GCL）前基层必须整平，也不能有明显的空洞、裂缝，表面应基本干燥，不能有明显的水渍和坑洼,必须确保基层工程验收合格后进行。
（2）基层、立面部位的阴、阳角应做成圆弧形或钝角。
2、铺设前的准备工作
（1）画出膨润土防水毯（GCL）的铺设顺序和裁剪图。
（2）检查膨润土防水毯（GCL）的外观质量，准确记录已发现的机械损伤、孔洞或其它缺陷，以便在铺设时进行修补。
3、特殊部位处理
（1）立柱部位的加强处理
首先在立柱周围均匀撒布或涂抹膨润土密封粉，然后裁切立柱直径加500㎜为边长的方形膨润土防水毯（GCL），在其中心裁剪直径立柱外径等同的孔洞。
在立柱周围与毯的接合处均匀撒布或涂抹膨润土密封粉。
其它形状穿透防水层的构筑物的加强防水处理应按构筑物形状裁剪。
（2）膨润土防水毯损坏部位的补强
损坏部位用同质材料钉补，补钉周边涂膨润土防水浆。
4、膨润土防水毯（GCL）的铺设
在基层达到要求后，膨润土防水毯（GCL）应按照先立面，后底面的顺序进行铺设。
（1）结构顶面大面积铺设
膨润土防水毯（GCL）采用人工按规定顺序和方向，膨润土防水毯（GCL）应以品字分布，避免十字形叠口出现，铺设时无纺布应对着迎水面，即无纺布朝上。
膨润土防水毯（GCL）平面搭接施工方法：
搭接宽度不应小于200mm，在搭接底层膨润土防水毯（GCL）的边缘75mm处撒上膨润土密封粉，其宽度为50mm、重量为0.5kg/m。
遇有大风天气时，应使用膨润土密封膏进行密封处理。
膨润土防水毯（GCL）应自然松弛与基层贴实，不宜折褶、悬空。
在结构顶面的各边界处铺设膨润土防水毯（GCL）时，应使膨润土防水毯（GCL）与坡面或立面预留的膨润土防水毯（GCL）搭接完好。
铺设过程中应随时检查膨润土防水毯（GCL）的外观有无破损、孔洞等缺陷。
发现有破损或孔洞等缺陷时，应及时用膨润土密封粉（膏）修补，并用破损部位周边放大200mm以上的膨润土防水毯（GCL）进行局部覆盖修补。
（2）“U”形立面和坡岸的膨润土防水毯（GCL）铺设施工
膨润土防水毯（GCL）应尽量避免在立面和坡岸搭接。
如果必须在立面和坡岸搭接，则应按照高处的膨润土防水毯（GCL）在外侧、低处的膨润土防水毯（GCL）在内侧（紧贴在墙面上）进行施工，以防止回填土时有异物进入搭接缝。
膨润土防水毯（GCL）在立面施工搭接时，接缝处应用膨润土密封膏进行密封处理。
图5.2.3-1立面或坡面搭接示意图
图5.2.3-2平面搭接示意图
图5.2.3-3破损修补示意图
5.2.4钢纤维砼保护罩面施工
钢纤维砼保护罩面是保证膨润土防水毯（GCL）防水效果非常关键的环节，须符合以下要求：
铺设完的GCL，必须于当日（保证不被水淋湿）完成保护层的施工，确保在后道工序（如保护层或砼浇筑）施工前膨润土防水毯（GCL）不能遇水提前膨胀。
钢纤维砼保护罩面砼浇筑时，应严格控制砼捣固，确保砼捣固棒离防水毯不得少于10cm,杜绝捣固棒接触防水毯。
保护罩面施工其它控制要求参照“5.2.2钢纤维砼结构施工”进行。
5.2.5喷涂聚脲
1、清理基层：
基层面应平整坚硬，杜绝开裂、起砂、脱皮等缺陷，不得有明水、油脂及其它异物。
基层表面凸凹处误差不应超过2mm,对基层表面孔洞和局部不平整部位应进行修补。
开裂部位应预先采用专用腻子填平封堵,并打磨至与周围平整度一致。
2、现场防护
用防护布对非喷涂区进行遮挡防护，对工作面所预留的埋件要进行封套处理，以免喷涂施工物料飞涨，影响其它工序作业。
3、喷涂底漆
在砼面上喷涂聚脲必须使用专制的封闭底漆，底漆为100%固含量的环氧类涂料。
在干燥的砼表面，底漆的涂布量为8-10m2/Kg，机械喷涂和人工涂刷均可，喷涂时应均匀、无漏点。
底漆喷涂应间隔6-8小时后使其干燥后方可进行聚脲喷涂。
4、喷涂聚脲
（1）、施工前，底材上的渣子和杂物要清理干净，喷涂施工要分区域完成，施工时，下一道要覆盖上一道的50%，俗称“压枪”，同时下一道和上一道的喷涂方向要垂直。
（2）、施工时设备参数的设定
总压力：
65Kg/m2（650Pa）
温度：
（主加热器和管道加热器）65℃
将B料桶用气动搅拌器搅拌半小时以上后再进行喷涂施工。
喷涂前先将管道加热器打开，待管道加热器温度达到所设定的温度后，再设定其他主机参数，然后进行喷涂施工。
（3）平面施工
对于平面施工，除注意压枪和喷涂方向外，还应注意及时清理底材上未处理干净的渣子及喷涂过程中落到底材上的杂物。
每道喷涂完毕后，应立即检查，找到缺陷并处理。
对于针孔和大的缺陷，使用快速固化的堵缝料进行修补；对于表面因杂质而造成的凸起，可用裁纸刀割除。
5.2.6土方回填
土方回填料优先选择基坑挖出的原土。
基必须清除淤泥、粉砂、杂土、有机质含量大8℅的腐植土、过湿土和大于15cm的石块。
结构板上0.5m范围内应采用粘土分层压实回填施工，人工使用小型机具夯填,以防止破坏结构板防水层。
回填土方每层压实后，应按规范规定测出干土的质量密度，达到要求后，再进行上一层的铺土。
5.3劳动力组织
本工法施工劳动力组织如下表所示：
表5.3-1劳动力组织统计表
序号
类别
职务或工种
人数
备注
1
管理
管理人员
6
现场安排调度、技术质检测量及试验、安全等控制
2
防水毯施工班组
工班长
2
班内工作协调及交接工作协调
3
施工组
6
裁剪、吊装、铺设等
4
配合组
4
配合吊装及撒膨润土粉等
5
钢纤维砼施工班组
工班长
4
班内工作协调及交接工作协调
6
木 工
8
模板支拆、设置槽钢方木
7
架子工
6
8
钢筋工
8
9
钢钎维添加工
2
10
砼工
6
平仓、振捣
11
机械操作工
4
抹光操作
12
测量工
2
槽钢、地面平整度控制
13
电 工
1
负责现场动力照明用电
14
普工
5
砼养护及成品防护
15
喷涂聚脲施工班组
工班长
2
班内工作协调及交接工作协调
16
设备操作工
4
17
喷涂手
4
18
底涂工人
4
19
杂工
2
20
电工
1
6.材料与设备
6.1材料
本工法采用的材料主要有：
钢纤维、膨润土防水毯及聚脲等，具体如下表所示：
表6.1-1主要材料表
序号
材料名称
规格
单位
数量
备注
1
螺纹钢筋
按设计
t
由设计计算
2
砼
按设计
t
由设计计算
3
钢纤维
钢锭铣削型
t
配合比计算
为新材料应用
4
膨润土防水毯
按设计
m2
由设计计算
采用天然钠基膨润土防水毯，为新材料应用
5
聚脲
按设计
Kg
由设计计算
为新材料应用
6
水泥
P.O425
t
配合比计算
7
白板笔
盒
2
8
射钉
盒
15
φ3mm以上、长度大于2cm以上
6.2主要机械设备配置
本工法钢纤维砼施工无需专门机械设备，但膨润土防水毯施工、聚脲施工需要机械设备较多，具体如下表所示：
表6.2-2机械设备表
序号
机具名称
规格
数量
备注
1
吊车
T
2
吊材料及机具
2
射钉枪
个
3
固定防水毯
3
铁锹
把
5
清理垃圾
4
膨润土拌合桶
个
2
拌合膨润土
5
抹子灰板
个
5
抹膨润土
6
裁纸刀（刀片）
个
8
裁防水毯
7
皮尺
把
2
量尺寸
8
钢卷尺
把
4
量尺寸
9
锤子
把
2
敲击
10
喷涂设备GUSmer（美国卡士玛）
H-20/35Pro
1台
聚脲喷涂
11
空气压缩机
1台
聚脲喷涂
12
油水分离器
1台
聚脲喷涂
13
喷枪
GX-7DI
1把
14
雾化喷涂机
德国瓦格纳斯
1台
底漆施工
15
电动搅拌机
1台
搅拌
16
手持砂轮机
4把
清理基层
17
扁铲
2寸、4寸
5把
清理基层
18
吹风机
2台
清理基层
19
防护布
1×1.2
50m
现场防护
20
防护服
专用
5套
现场防护
7.质量措施
7.1钢纤维砼结构施工质量控制
1、钢纤维的质量检验
（1）钢纤维的长度偏差不应超过标准长度的10%，每批次至少随机抽查10根以上。
（2）钢纤维的直径或等效直径合格率不得低于90%，可采取重量法检验，每批次抽检100根，用天平称量，卡尺测其长度，要求得到的等效平均值满足规定。
（3）钢纤维的抗拉强度检验，要求其抗拉强度不低于380mpa。
（4）钢纤维的抗弯拆性能，钢纤维应能经受直径3mm钢棒弯拆90°不断，每批次检验不少于10根。
（5）杂质含量，钢纤维表面不得有油污，不得镀有有害物质或影响钢纤维与砼粘接的杂质。
2、钢纤维砼的检验
应重点检验钢纤维砼的和易性、塌落度和水灰比等，同时必须现场目检钢纤维在砼的分布情况，发现有钢纤维结团现象应延长拌和时间。
7.2防水毯施工质量控制
（1）膨润土防水毯进场时，应有出厂合格证明及材料检测报告，并对进场材料进行复试，合格后方可使用。
（2）检查方法：
检查出厂合格证、质量检验报告、计量措施和现场抽样试验报告。
（3）膨润土防水毯纵横接缝宽度不小于100mm，相邻两幅防水毯的短边接缝错开不小于300mm。
钢钉间距不大于300mm，且布置均匀。
（4）铺贴后的膨润土防水毯需平整顺直，搭接尺寸符合要求，固定可靠,不得有扭曲、皱折。
7.3喷涂聚脲施工质量控制
1、温度检测
喷涂聚脲施工时要进行温度控制。
首先检测原料桶的温度，温度应该保持在19℃以上。
先不连接喷枪，测量加热软管输出末端的温度，温度应该在60〜70℃之间，并且两个组分温度应该一致。
2、预先喷涂测试
在正式喷涂前应进行测试，把涂料喷在硬纸板上来确保喷出的扇形是令人满意的，并且是按体积比1：
1混合的，确保固化正常。
3、压力控制
在整个施工过程中都需进行压力监控。
喷涂时压力范围在1700〜2500Psi之间，这样可以确保A、B两组分充分混合。
喷涂时，允许A、B两组分有微小的压力差。
4、流量检查
流量检查主要用于证实两个组分以相同的体积通过喷涂设备输送到喷枪中，具体操作方法是先把枪从软管上拆下来，然后启动主机，让软管中的物料流入一个小容器之中直到装满为止。
喷涂系统中出现堵塞、连接不紧导致的泄漏问题都能够导致流量不同和流动不稳定。
5、涂层厚的检查
先将涂层按三角形割开，用游标卡尺进行测量，由于涂层已被割开，在进行下一道施工完成后，都需检查涂层厚度。
8.安全措施
1、施工场所的安全制度
（1）使用喷涂设备进行喷涂作业时，应熟悉保养规则、安全操作规程及措施。
（2）施工时应穿戴好防护用品。
（4）工作场所的电气设备应有防爆装置，并应隔绝火源、配备相应的消防用品。
（5）施工完后，应封闭涂料包装桶，清理工具、涂料和材料等易燃物，灭绝火源。
（6）墙面防水毯铺钉时作业人员流动性大,脚手架在满足材料搬运的同时，要做好脚手架的防护，脚手板固定要牢靠，必要时作业人员应系好安全带。
2、施工时的安全与防护
喷涂聚脲因物料温度较高（60℃左右），又存在飞溅，因此必须做好安全保护。
（1）眼睛的保护：
喷涂过程中可能接触其气雾时，应该佩戴化学安全护目镜。
（2）呼吸系统的保护：
喷涂过程中会产生大量的气雾，将对呼吸道有一定刺激性，故施工时，施工人员应佩戴经认证的呼吸防护设备。
（3）配戴橡胶手套，防护帽或连体防护服。
3、施工过程中的防火防暴
SUPA采用的是低温（施工温度小于70℃）喷涂技术，施工中不存在因大量挥发的溶剂引起爆燃（涂装场所的高温、明火、冲击火花、电火花、静电等）。
但是还是需要采取措施防患于未然，重点注意以下两点：
（1）杜绝火源；
（2）确保施工场所通风良好。
9.环保措施
1、砼浇注期间，必须设专人负责在搅拌站和施工现场清理搅拌车的砼进料口和砼溜槽，没有清理干净的车辆不能放行。
砼运输车辆所经过的道路、转弯处、红绿灯路口，厂区铁路平交道口必须设专人清理。
防止砼罐车砼的滴淌而污染道路。
2、砼输送泵前和砼车清洗处设置沉淀池。
在砼车出场前，由专人对车辆进行清洗。
清洗废水在经过三次沉淀后再排入市政管道。
3、施工期间的雨水、污水等应通过施工围挡范围内的排水沟汇集到三级沉淀池处理后排入市政管网，施工废水通过运浆车外运后按要求进行处理。
10.效益分析
本工法易操作，本工法与其他工法相比，虽然一次投入较大，但能更好地确保防水效果，避免了因渗漏而产生堵漏、后续补强处理、乃至严重时重新围河筑坝进行附加防水处理等费用，同时因其施工连续性好，速度快，形成了较好的环保效益、经济效益和社会效益，前景可观，本工法在地下工程施工中遇到类似情况时可推广使用。
本工法中聚脲施工将材料保护和喷涂技术有机地结合起来，大大提高工程质量和进度，且在施工和使用中，均无毒、无污染，被誉为“绿色材料、绿色技术”。
11.应用实例
工程项目名称：
上海松江老城区公共交通配套工程2标段
应用时间：
2011年05月〜2011年07月
11.1工程概况
1、醉白池站概况
车站位于人民南路人民河桥东侧，横跨人民河（人民河为六级航道）。
南端为沪杭铁路松江站辅助站房，北端为醉白池公园。
西侧紧临人民河桥、长途汽车站及沪杭铁路松江站。
车站成“凹”形下穿过河，顶板及两端结构挡墙成“U”形状，即车站人民河南北两侧为单柱双跨地下三层结构，覆土1.1～1.6m，人民河下方局部设置地下二层。
车站采用明挖法施工,总长194.754m，宽17.8m，深度约19.5m,采用1000mm厚地连墙及400mm厚内衬墙叠合墙结构。
车站底板位于⑤2砂质粉土夹粉质粘土、⑤2t粉质粘土夹砂质粉土，⑤2为微承压含水层，呈带状不连续分布。
2、施工策划
对人民河实施断流并设置明渠通水，采用一次性围堰施工河段基坑，确保在2011年汛期前恢复河道通水通航。
先施工导流明渠，导流明渠通水后开始人民河断流围堰。
醉白池站施工顺序：
（1）、跨河段：
J3区（下穿人民河段结构）；
（2）、醉白池站北段：
J2区、J1区（北端头井）；（3）、醉白池站南段：
J7区（南端头井）、J6区、J5区、J4区（导流明渠段结构）。
图11.1-1醉白池站施工顺序示意图
图11.1-2人民河段结构断面示意图
11.2方案选定及施工情况
经过多次专项方案讨论及论证，最终确定了按本工法要求进行施工，即：
（1）过河段“U”形结构采用钢锭铣削型钢纤维砼（钢钎维掺量4%）；
（2）在“U”形结构表面铺设天然钠基膨润土防水毯防水（须在连续墙上切割凹槽，将防水毯封边收头设置于此）；（3）在防水毯上设200mm厚CF30钢纤维砼保护罩面（钢纤维掺量0.6%）；（4）在罩面上喷涂1.5mm聚脲；（5）回填500mm厚土。
11.3实际结果及评价
该工法防水技术解决了地铁站跨河施工防水难的瓶颈，受到了上海建科委、质监站、申通集团等一致好评，在9号线南延伸通车评审验收时，专家对人民河段“U”形结构防水质量尤为关注，3位专家现场踏验时议论到：
“做得好，滴水不漏，该技术应该推广”。
人民河已于2011年5月31日通水通航，9号线南延伸地铁运营至今已1年有余，未发现裂缝、滴漏、线流现象，防水效果立竿见影，未发生影响人民河通水通航事件、未发生影响地铁运营事件、未发生投诉事件、未对乘客出行造成任何不利影响。
图11.3-1顶板钢纤维砼浇筑图11.3-2浇筑钢钎维砼保护罩面
图11.3-3膨润土防水毯的自然搭接
图11.3-4过河段顶板现状图11.3-5喷涂聚脲（01）
图11.3-6喷涂聚脲喷（02）图11.3-7涂聚脲后实况
图11.3-8醉白池站人民河段通水全貌
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