水果湖隧道自防水混凝土结构渗流设计

水果湖隧道自防水混凝土结构渗流设计

1隧道现状及结构特点水果湖隧道位于武汉市洪武路至东湖路一线的市中心，横跨波罗的海。是武汉市二环路改造项目的重要节点。隧道全长1560m,包括290m敞开段、158m通风段和1112m暗埋段,其中600m暗埋段位于东湖湖底。隧道采用明挖顺作法施工,主体结构形式为单箱双室箱涵结构,隧道净空尺寸2×9.65m×6.0m,为双向四车道,设计时速60km/h。主体结构混凝土选用C35防水混凝土,抗渗等级为S8。项目土建总投资约3.67亿元,工程于2009年1月开工建设,2011年5月建成通车。2结构防水设计水果湖隧道防水等级为二级防水,具体要求为:不允许漏水,结构表面允许少量偶见湿渍,但总湿渍面积应不大于总防水面积的6‰,任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处,单个湿渍面积不大于0.2m2。隧道防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则,并明确了以钢筋混凝土结构自防水体系为本。隧道工程主体结构外侧采用BAC双面自粘防水卷材作附加全包防水,防水卷材厚度不小于4mm。结构阴阳转角处做成圆弧或45°折角,转角处须再增设一层500mm宽的同材质附加卷材。隧道顶板防水卷材上部设计有70mm厚C20细石混凝土保护层,细石混凝土保护层内配置双向Φ6@600钢筋,采用6m×6m分缝,缝宽20mm,缝间填聚苯板,并用建筑密封胶嵌缝。水果湖隧道全长1560m,共划分为62节结构,每节结构长度在26～28m之间,两节结构之间设有10mm宽的变形缝。隧道细部结构防水设计内容主要包括变形缝和施工缝防水设计。隧道顶板变形缝设计采用卷材隔离层、附加防水卷材、低模量聚氨酯密封胶、中埋式钢边橡胶止水带和高模量聚氨酯密封胶等多道防线进行防水(图1);侧墙变形缝采用卷材隔离层、附加防水卷材、外贴式橡胶止水带、中埋式钢边橡胶止水带和高模量聚氨酯密封胶多道防线进行防水(图2);底板变形缝防水设计基本同侧墙(图3)。水果湖隧道仅设纵向水平施工缝,不设横向施工缝。纵向水平施工缝采用止水钢板防水(图4),其中钢板需经电镀锌处理,电镀锌涂层厚度为8～10μm。按规范要求,水平施工缝界面在后浇混凝土浇筑前,应先将表面浮浆和杂物处理干净,再涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料,用量为1.2kg/m2。3混凝土结构抗渗性能影响因素分析钢筋混凝土结构自防水体系,即以结构自防水为根本,加强钢筋混凝土结构的抗裂、防渗能力,改善钢筋混凝土结构的工作环境,进一步提高其耐久性;同时以施工缝、变形缝等接缝防水为重点,辅以附加防水层加强防水,是一项系统工程。影响自防水混凝土结构抗渗效果的主要原因可分为混凝土裂缝和细部施工缺陷两类。混凝土裂缝包括温度裂缝、干缩裂缝、移动裂缝、沉降裂缝和荷载裂缝等;细部施工缺陷主要表现为施工缝处理不当、预埋铁件和穿墙螺栓安装不当等。影响混凝土裂缝和细部施工缺陷的因素很繁杂,为有效控制自防水混凝土的施工质量,可将影响自防水混凝土的因素归纳为“人、材、机、法、环”五个方面,进行控制。现将水果湖隧道自防水混凝土的控制措施予以重点介绍。3.1规范传统知识施工工程开工前,施工项目部应定期组织技术人员、施工管理人员进行图纸和规范的学习,做到熟悉图纸和规范要求,严格按图纸和规范施工。自防水混凝土分部工程开工前,应根据现场实际情况,编制专项工程施工方案,方案审批通过后,对作业班组进行详细技术交底,并保证技术交底的可操作性。施工过程中,严格做好“三检制”,并严格工序管理,认真做好隐蔽工程的检测和记录。3.2为材料采取的控制措施3.2.1确定水泥品种前需注意的控制水胶比方案选用低水化热、低含碱量的水泥品种,包括硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,水泥强度宜为42.5级,其质量必须符合GB175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的要求,碱含量小于0.60%,C3A含量不宜超过8%,水泥比表面积≤350m2/kg(硅酸盐水泥),普通硅酸盐水泥的80μm方孔筛筛余≤10.0%。在确定最终水泥品种之前,应在水泥与所使用的掺和材料、外加剂之间进行复配试验,以选用匹配性能优良的水泥。为了减少初期开裂和温度收缩裂缝,应限制水泥用量,控制水胶比,即水∶(水泥+掺合料)≤0.45,胶凝材料的最小用量≥320kg/m3。控制混凝土的坍落度,使其满足施工要求,且满足JGJ/T10—95《混凝土泵送施工技术规程》。结构混凝土强度不低于C30,砂、石等各种骨料均应符合相应技术规范;混凝土总的用水量≤180kg/m3。隧道防水混凝土应掺加磨细粉煤灰,粉煤灰原材料必须符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的Ⅱ级灰以上标准;也可掺加粒化高炉矿渣微粉,矿粉原材料必须符合GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规范的S95级以上要求。隧道顶板和与顶板一起浇捣的侧墙混凝土中应掺加具有补偿收缩功能的膨胀剂以减少干缩和温差收缩。3.2.2混凝土浇筑施工在施工缝处浇筑下道混凝土之前,无论采用何种形式的施工缝,为使接缝严密,应将施工缝用水冲洗干净、保持湿润,并先在施工接缝起始浇筑部位铺一层50mm厚、与所浇筑混凝土相同强度等级的水泥砂浆,随后方可进行混凝土浇筑作业。现场施工过程中,施工缝处预铺砂浆层可能会因工期紧、方量小而被忽略,防水混凝土施工时,须确保预铺砂浆层的强度与厚度。3.2.3混凝土浇筑质量缺陷承包商为控制施工成本,会加大模板周转次数,但鼓胀、翘边或有裂纹的模板会导致混凝土浇筑时出现漏浆,或浇筑后出现蜂窝麻洞等质量缺陷,而使自防水混凝土的抗渗防水效果变差。施工过程中,应加强模板的周转管理,一旦发现模板出现鼓胀、翘边、孔洞等现象,一律废弃不用。3.2.4加焊止水环的确定固定模板的螺栓或套管不宜穿过结构,避免水沿缝隙渗入。当必须采用对拉螺栓固定模板时,应在预埋套管螺栓上加焊止水环。止水环必须满焊,直径和环数应符合设计规定。如无设计规定,止水环直径一般为30～80mm,厚7～20mm,并至少设1环。穿墙管止水环应按照地下人防工程或给排水专业相关规范执行。3.3混凝土运输车辆受混凝土须集中搅拌生产规定的限制,城市隧道施工现场所用混凝土均需采用专用运输车辆由搅拌站运至施工现场。浇筑隧道主体结构混凝土时,方量大,且两车间隔时间不得超过混凝土初凝的最小时间,否则会形成施工冷缝。但是,目前国内各大中城市均面临着交通流量大、易堵车的现状。因此,在自防水混凝土施工过程中,施工单位应提前作好调查,并与城市公安交通管理部门取得联系,选定混凝土供应商,确定运输车辆与运输路线,保证及时供应。混凝土运输车辆在运输过程中,应注意防止产生离析现象,并控制坍落度损失(坍落度损失应控制在10mm以内),同时应防止漏浆。此外,在自防水混凝土浇筑之前,还应准备好浇捣设备,确保正常施工。3.4施工方法的控制措施3.4.1避免漏振、欠振、超振自防水混凝土应分层连续浇筑,采用高频机械振捣密实,振捣时间宜为10～30s,以混凝土泛浆和不冒泡为准,避免漏振、欠振和超振。浇筑时,混凝土的自落度不得超过2m。对于较大的方形套管,管子的底部常因无法振捣而出现空洞、蜂窝现象,在施工中应多加注意,其常用施工方法是:对此类套管采取在止水环两侧分别开出直径不小于振捣棒直径的洞口,便于将振捣捧插入套管下部混凝土中振捣,同时排出气体,保证这部分混凝土的密实性。3.4.2保湿和养护时间自防水混凝土的养护很重要,对自身抗渗性能影响极大,尤其是早期湿润养护更为重要。通常情况下,浇筑完毕后4～6h须浇水覆膜养护,3d内每天浇水4～6次,3d后每天浇水2～3次,养护时间不少于14d。隧道墙体浇筑3d后将侧模撬松,在侧模与混凝土表面缝隙中浇水,以保持墙体湿润。3.4.3墙体优化施工缝的细部构造按照GB50108—2008《地下工程防水技术规范》的规定,隧道墙体水平施工缝应留在高出底板不少于300mm的墙体上,施工缝处的细部构造通常设置镀锌止水钢板、腻子遇水膨胀止水条、涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料。墙体水平施工缝后期混凝土浇筑前,应将前期已施工的墙体混凝土凿毛、并清洗干净,然后按要求涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料。浇筑混凝土前,应按设计及规范要求,预先铺设一层50mm厚、与所浇筑混凝土相同强度等级的水泥砂浆。3.4.4混凝土浇筑的施工质量控制对于穿墙管件与固定模板的对拉螺栓,施工规范规定要焊接止水环,但对施工中止水环焊缝的检查要求不够严格,以致施工中往往存在局部漏焊和严重夹渣现象,为渗水提供了通道。因此要加强对止水环焊缝的检查,在满焊的条件下应逐个去敲焊缝进行检验,不合格的补焊后方可用到工程中。此外,安装穿墙管件时,应采取点焊等措施,将其与主体结构钢筋固定牢靠,避免混凝土浇筑过程穿墙管件位移或偏斜,增加自防水混凝土结构的渗水通道;固定模板用的对拉螺栓应紧固到位,以防浇筑混凝土时,发生跑模、爆模等重大质量事故。3.4.5混凝土养护满14d后自防水混凝土拆模要求比较高,拆模时间不宜过早,应待混凝土养护满14d后,方可拆模,拆模时应精心操作,避免用铁棍撬、大锤猛敲硬撬,以致混凝土缺棱掉角,人为形成裂缝。3.5环境控制措施3.5.1混凝土入模温度及覆盖塑料薄膜混凝土入模温度应尽量控制在12～25℃,并且符合混凝土表面温度与大气温度差值在20℃之内的要求。浇筑混凝土时,应采用红外测温仪每2h监测一次混凝土入模温度,超过规范要求时,应及时采取保暖或降温措施。顶板、底板混凝土浇筑完毕,待其“收水”,立即在其表面覆盖塑料薄膜。塑料薄膜铺设完毕后,还应铺设草帘、麻袋等保温层,若混凝土内部升温过快,表面保温效果不好,临近温差控制值时,应增加保温层厚度,混凝土内外温差小于20℃时,可逐步撤掉保温层。3.5.2无内支撑支护体系传统明挖隧道基坑支护方式为多道水平钢支撑(图5左),隧道主体结构施工时,由于受竖向每隔3m左右一道的钢支撑系统(牛腿、钢围檩、钢管撑及系杆等)影响,主体结构侧墙钢筋须多次截断,多次连接,形成多道水平施工缝,大大增加了自防水混凝土结构渗漏水的隐患。针对主体结构纵向水平施工缝设置道数过多的现象,水果湖隧道项目成功引入了高压旋喷搅拌加劲桩无内支撑支护体系(图5右),将传统内支撑支护体系下的3～4道水平施工缝减少为1～2道,有效减少了隧道施工缝处的渗漏水隐患。隧道采取明挖顺作法施工时,须采取一定形式的围护结构确保基坑安全,目前应用较为广泛的深基坑围护方式有钻孔灌注桩、SMW工法桩、地连墙等。受地质条件复杂多变以及施工工艺因素影响,基坑开挖后,其围护结构侧壁大都凹凸不平,且起伏较大,棱角突出,在此基础上浇筑结构混凝土会因明显突出或凹进的变截面约束,导致结构出现收缩裂缝。主体结构侧墙施工前,应采取喷射细石混凝土、砌砖、抹防水砂浆等找平方式,确保围护结构侧壁平整,使基面凹凸差值小于5cm,且没有尖锐棱角出现,尽量减少因基面凹凸不平对侧墙混凝土约束不一致