明挖隧道内支撑格构柱阻水技术研究与应用

明挖隧道内支撑格构柱阻水技术研究与应用

余 ,超

陕西建工第五建设集团有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：格构柱作为大型基坑支撑体系的一部分，越来越多的出现在隧道、地铁建设中。然而格构柱穿主体结构防水的做法，却一直未有较大的改变。在高地下水位环境中，普通的防水做法会使格构柱穿主体结构处出现严重的渗水问题。本文通过研究格构柱阻水最佳组合方式，实现明挖隧道内支撑格构柱穿主体结构阻水技术研究与作用。

关键词：格构柱；穿主体结构；阻水技术；

引言：普通的格构柱穿主体结构防水的做法，大致是在穿主体结构的格构柱外侧底部安装一环遇水膨胀橡胶止水条，然后在格构柱外侧四周焊一道或者两道止水钢板。在地下水位较低的环境中，普通的防水做法并不会使格构柱穿主体结构处出现严重的渗漏水。伴随着我国加快推进的地铁或者水下隧道建设，钢结构穿主体结构部位防水薄弱点的防水做法变得尤为重要。

1 项目概况

项目位于深圳市宝安中心区宝华路和新安一路之间，项目为地面、地下双层市政道路。地面道路长度约610m，地下道路为箱型结构，总长约652米，设计为2~4车道。因场地环境不同，海府路分为匝道段、明挖段和暗挖段。

匝道段基坑位于海府路东侧，南侧120m为大海。匝道段基坑平面大致成六边形，面积约为3300m2，基坑深度为16.3~18.5m。基坑采用Ø1200荤素咬合桩，竖向设置3道钢筋混凝土支撑，支撑节点采用500×500mm格构柱。主体结构施工完成以后，方可拆除结构内和结构顶部的格构柱，且结构顶板覆水约20m，因此格构柱穿主体结构的防水施工变得尤为重要。

早期施工时采用普通的防水施工法，在完成后的结构中止水效果并不理想，存在局部渗漏水。经过现场技术人员的反复商讨和多次现场试验，我们决定采取一种新的施工方法，不仅注重格构柱外部穿主体结构的防水保护，更在格构柱内部加强防水措施。

2 主要研究内容

普通防水方法是在格构柱外侧底部安装一环遇水膨胀橡胶止水条，然后在格构柱外侧四周焊一道或者两道止水钢板，这种方法防水效果不理想。本次主要研究：1.止水钢板形状及组合方式；2.防水涂膜材料及厚度；3.防水卷材收口方式；4.格构柱内壁涂料等格构柱阻水方式，探索最佳的格构柱阻水处理组合技术。

1. 止水钢板形状及组合方式

格构柱止水钢板形状主要有：“C”型（包裹格构柱外围）、“L”型（包裹格构柱角钢）、“口”型（格构柱内部，留设振捣口）。

组合形式主要有：“C”型+“口”型，四个“L”型，及“C”型等组合形式。

2. 防水涂膜材料及厚度

2.1防水涂膜材料：

涂膜防水材料的各类的很多，不易明确分类。现在所使用的材料，有的按不同原材料进行分类，有的按其形态来分类。按形态进行分类主要有三种类型：乳液型、溶剂型和反应型。

1、乳液型是经液态高分子材料中的水分蒸发而成膜的。主要种类有丙烯酸橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、沥青橡胶、丙烯酸树脂、聚乙酸乙烯及其共聚物、沥青等乳液。

2、溶剂型是经液态高分子材料中溶剂挥发而成膜的。主要种类有氯丁橡胶、氯横化聚乙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯及其共聚物、沥青。

3、反应型是以液态高分子材料做主剂与固化剂进行反应而成膜的。主要种类有聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、环氧树脂、聚酯、环氧聚氨酯。

2.2防水涂膜厚度

防水涂膜厚度一般是在1.5mm-2.0mm，防水涂膜施工通常分两遍进行，将混合的涂料用橡胶刮板或棕刷均匀地涂刮在基面上，要求厚度一致并确保涂料在基面的渗透和粘结。第一道涂层表干后则可进行第二道涂刮，第二道涂料的涂刮方向应与第一道的涂刮方向垂直。

3. 防水卷材收口方式

防水卷材收口处理是卷材防水系统安全性能的集中表现，如果收口处理不好，会导致周边提前损坏。

防水卷材收口有两种，一种为收口部位采用专用镀锌耐蚀金属压条及耐腐蚀螺钉固定、配套沥青基密封膏密封，此做法在保证防水系统的安全性能的前提下，对延长防水系统的安全使用寿命起到极大的帮助、并保证混凝土结构不受破坏、影响。另一种为盖口条收口方式，采用200mm宽的同质防水卷材，与原卷材防水层搭接100mm宽粘盖于原防水卷材收口处，要求上下粘盖的宽度要严实。

4. 格构柱内壁涂料

通常有渗透结晶型防水涂料和聚合物水泥基防水涂料两种，格构柱内壁防水需采用可与钢结构结合紧密的防水材料。

渗透结晶型防水涂料为刚性防水材料，它的防水机理主要是利用砼结构的多孔性，在水的作用下，防水涂料中含有的活性化学物质以水为载体，被带入砼结构内部孔缝中，随着水对砼结构毛孔的渗透与混凝土中的游离子交互反应生成不溶于水的结晶物，结晶物在砼结构孔缝中吸水膨胀，由疏至密，使混凝土结构表层向纵深处逐渐形成一个致密的抗渗区域，大大提高了结构整体的抗渗能力。且由于活性物质多年以后还能被水激活，故二次裂缝能生长出新的结晶物，因此渗透结晶型防水涂料具有多次自愈修复、提高抗渗的能力、防水作用持续长久的功效。

聚合物水泥基防水涂料为柔性防水材料，具有高强度、中柔性及合格的耐水性能，是一种非常适合于地下、外墙等防水工程的新型防水材料。它是由水性聚合物乳液和水泥为主要成分的双组份防水材料，两组份在现场搅拌成均匀、细腻浆料，涂刷与基体表面，固化后形成柔韧、高强的防水涂膜。

3 研究及应用

1. 止水钢板形状及组合方式

方式一：“C”型+“口”型。

根据底板厚度确定止水钢板的道数，底板厚度小于1000mm的焊接一道止水钢板，厚度大于1000mm的焊接两道止水钢板。止水钢板需焊接在格构柱缀板上，从外侧封闭地下水。格构柱内部焊接阻隔钢板，阻隔钢板焊接在距底板最近的缀板下方，保证阻隔钢板与缀板紧密结合，并在阻隔钢板上开直径25cm的孔洞，孔洞用于混凝土浇筑时，插入振捣棒。所有焊缝都需经过焊缝检测仪检测，保证焊缝饱满密实。

方式二：四个“L”型

根据设计图纸，将格构柱的截面均分成面积相等的四小块格构柱截面单元；根据每块格构柱截面单元的规格加工制作均呈“L”型的外钢板和内钢板；沿着每小块格构柱截面单元的内外侧分别焊接两块事先加工好的呈“L”型的内钢板和外钢板。所有焊缝都需经过焊缝检测仪检测，保证焊缝饱满密实。

方式三：优化“C”型

1、根据底板厚度确定止水钢板的道数，底板厚度小于1000mm的焊接一道止水钢板，厚度大于1000mm的焊接两道止水钢板。止水钢板增加100mm的弯折裙边，并在钢板转角的阴角预留“L”型，以匹配格构柱。止水钢板需焊接在格构柱缀板上，从外侧封闭地下水。所有焊缝都需经过焊缝检测仪检测，保证焊缝饱满密实。

2. 防水涂膜材料及厚度

防水涂料的厚度根据材料的选择有所不同，聚合物水泥防水涂料单次厚度约在0.4mm~0.7mm之间，总厚度在1.5mm以上；聚氨脂类防水涂料总厚度在2.0mm以上，但也不可太厚，防水涂膜太厚容易造成断裂。

防水砂浆对混凝土毛细孔具有渗透结晶作用，同时结合高分子聚合物乳液与混凝土、水泥砂浆基层特有的粘附性，对基面形成致密的一体复合型防水涂层，双重保护，防水效果更出彩。防水砂浆防水性能稳定，粘结强度高，渗透性强，可应用于混凝土结构的迎水面和背水面施工。

聚氨脂类防水涂料总厚度在2mm以上，但也不可太厚，防水涂膜太厚容易造成断裂。聚氨酯防水涂料是由聚醚、异氰酸酯等经一系列化学反应而成的聚氨酯预聚体A组份及固化剂B组份组成，使用时按一定的比例将A、B组份混合均匀，涂刷固化后形成富有弹性的整体防水胶膜。防水涂料粘结力强、延伸率大、抗拉强度高，耐寒耐热，耐老化，施工方便，能在不规则的复杂基面上施工，整体性优，防水可靠，涂覆容易、室温固化，表干时间短，具有一定的耐腐蚀性。

3. 防水卷材收口方式

防水层盖口条收口方式，要求上下粘盖的宽度要严实。但易发生粘贴不牢固、空鼓、张口、褶皱现象。专用镀锌耐蚀金属压条及耐腐蚀螺钉固定方式，易发生固定不牢、破坏防水层等问题，且操作不便。

4. 格构柱内壁涂料

5. 实施方案及效果

通过对：1.止水钢板形状及组合方式；2.防水涂膜材料及厚度；3.防水卷材收口方式；4.格构柱内壁涂料等4种格构柱阻水组合方式进行综合对比，制定出了最佳组合，即：优化“C”型止水钢板+2.0mm聚氨脂类防水涂料+防水层盖口条收口+格构柱内壁渗透结晶型防水涂料涂刷。

通过本项目的应用实践，在高地下水位明挖隧道内支撑格构柱止水处理中，本格构柱组合阻水工艺一次成优率高，且成型后质量良好，有效降低了主体后期渗水概率。

结束语

通过研究格构柱阻水最佳组合方式，并在工程项目中应用实践。在满足防水要求的前提下，明挖隧道32根钢格构柱的底板位置均未出现渗水的情况，提高了项目的内在工程质量，大大降低了这些项目的后期返修率。创新技术及施工质量赢得了各单位的高度赞扬，可以为相似工程提供参考。

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