李国栋，杨洪娜，李彦强

(中国电建市政建设集团有限公司，天津 300384)

0 前 言

随着城市地下空间的拓展与利用，作为地下与地上交通衔接点的地铁车站，已成为城市人民生活出行的重要组成部分[1]。地铁车站结构与地上车站结构不同之处不仅仅是周围岩土介质所产生的土压力作用，而且还要长期承担城市地下水所产生的水压力影响。城市地下水可以通过车站结构中的缝隙渗透到结构内部，对车站结构质量与安全产生严重的影响[2-3]。李建[4]归类总结了常见典型的地铁车站渗漏水现象并进行了分析，然后分别在设计、施工工艺及质量等方面提出了预防渗漏水的建议。刘玉莲等[5]依托成都市某地铁车站的预防渗漏的施工工艺，分析总结了该地铁工程结构出现面渗漏和线渗漏现象的具体原因，并提出了治理渗漏水的施工工艺。P.Gattinoni等[6]研究了米兰市地下水位变化对地下车站结构渗漏的影响。然而，地铁车站渗漏病害的原因有很多，其中施工措施不当引起的渗漏病害占主要部分，如地铁车站大体积混凝土浇筑过程中所产生的局部缺陷、接缝防水措施的局部失效等[7]。周严等[8]针对杭州市地铁建设过程中不同位置处存在不同程度的渗漏水情况，从施工方法、材料选择及施工工艺等方面对不同工况下渗漏水情况的处理措施进行了阐述。

由以上分析可知，地铁车站渗漏水病害的主要原因包括很多，其中施工因素占主要原因；然而，施工因素也包括多种工艺参数，每种工艺参数引起的机理和发展过程是不尽相同的。为此，针对地铁车站渗漏水病害成因中的施工因素，详细分析地铁车站混凝土施工因素中不同工艺参数引起渗漏水病害的作用机理与发展过程，并与现场试验数据进行了对比研究，研究结论为地下工程渗漏水病害处理提供了重要理论参考。

1 地铁车站渗漏水病害的表现形式

城市地铁车站的防水设计要求一般按照一级标准，即：结构不允许出现渗水、内衬表面不得有湿渍。基于对已有地铁车站现场调研与文献查找，地铁车站一旦发生渗漏水情况，通常会表现为以下三种形式。

1)裂缝类渗漏水。可以根据裂缝宽度(是否大于0.2 mm)与贯通性(是否贯通)，将裂缝划分为不同等级，依次采取不同的治理措施。

2)点渗漏水。点渗漏一般出现在钢筋头处或长度较小的裂缝处。

3)面渗漏水。面渗漏由点渗漏密集而成。

2 地铁车站渗漏水病害的成因

地铁车站作为永久地下结构物，长期承载着岩土介质产生的土压力和地下水产生的水压力共同作用，孔隙水在多种压力耦合作用下沿着岩土介质内部孔隙浸入到地铁车站结构周边，进而沿着结构出现的缝隙渗入到车站结构内部，从而产生渗漏水病害。总结其主要原因为。

1)施工原因，如混凝土运输时间过长、浇筑不连续、振捣不均匀、养护不合理、模板体系接缝不严等原因。

2)设计原因，如防水设计不合理、钢筋间距较小等原因。

3)材料原因，如商品混凝土质量、防水材料等级等原因。

3 施工因素

地铁车站结构防渗性能的高低主要取决于混凝土结构自防水能力，控制好混凝土的施工质量，可以杜绝大部分的渗漏水的发生。但在实际中却存在着许多工程问题，主要是混凝土本身就存在着许多问题，加之由于地下水环境复杂，混凝土施工配合比不适或对特殊位置的处理不当等措施将造成混凝土产生各种缺陷，因此，破坏了地铁车站结构自防水的能力。

3.1 水泥水化热引起的温度应力和变形

施工完成后的大体积混凝土在不断凝结硬化的过程中将释放出大量的水化热，当水化热不能及时消散，会导致混凝土内外产生较大的温度差，最高可达50 ℃以上，这种内外具有较大温差的混凝土将产生巨大的温度应力，当温度应力大于同期混凝土的抗拉强度时，混凝土将不可避免开裂，随着温差的不断变化，如果混凝土因受到某些约束而体积无法随之变化的话，也会在混凝土内部引起温度应力，一般与结构面垂直，进一步造成混凝土开裂。因此，一般施工中对大体积混凝土要采取水化热控制措施，例如，深圳市某地铁车站侧墙浇筑过程中，通过在侧墙钢筋中预埋冷却管的方法，控制侧墙大体积混凝土浇筑过程中的水化热问题。图1为侧墙冷却管布置立面图，图2为侧墙温度数据曲线。由图2可知：未采取温控(水冷)措施侧墙温度折线初期起伏波动大，温度峰值可达57 ℃左右；采取温控(水冷)措施侧墙温度折线平缓无过大突变，温度变化平稳且数值较低(46 ℃左右)，且整体达到削去水化热释放峰值的降温目的，使混凝土内部温度应力有效减小和释放，达到控制裂缝产生的目的。与未安装冷却水管的侧墙相比，在1～4天安装冷却水管可将混凝土核心温度普遍降低5.5～11.5 ℃。

图1 侧墙冷却水管布置立面图

图2 侧墙温度数据曲线

3.2 内外约束条件的影响

在地铁车站的施工过程中，首先要浇筑地下连续墙，一般长达数百米，待地下连续墙的温度变形和收缩变形基本稳定后，再在其基础上浇筑顶板、底板和侧墙，由于受到地下连续墙的约束，主体结构不会产生较大的变形，处于饱和黏土和地下水中的车站板、墙一侧受温度变形和收缩变形的量都比较小，另外还有处于地下空间的另一侧表面，地下空间的温湿影响大，受此影响表面可能会产生一些表面裂缝，但可以通过采取一些措施来解决；然而，由于顶板和侧墙的相互约束使顶板产生拉应力从而会产生斜裂缝，这种裂缝一般产生在顶板和侧墙连接处。有些车站为了在工期内完成，不按建造规范架设模板，就会造成模板略胀动或者混凝土表面泌水的情况，从而产生塑性沉降裂缝，塑性沉降裂缝一般宽度和深度都较长，其中纵向裂缝沿水平筋方向出现，会引起钢筋锈蚀，在对结构产生损伤前需要对其进行处理。除此之外，在混凝土符合强度要求前拆除模板，结构构件未达到受载强度，也会产生混凝土裂缝或变形。例如，深圳市某地铁车站侧墙浇筑过程中采用钢模板台车进行浇筑(见图3)，其浇筑效果如图4所示。由图4可知，采用钢模板作为混凝土的内外约束条件，能够有效地避免混凝土结构产生塑性沉降裂缝，对于车站整体稳定性具有较大的作用。

图3 钢模板台车

图4 侧墙混凝土浇筑效果

3.3 外界气温变化的影响

若混凝土在拆除模板后，短期内外界温度突降或暴雨，若混凝土在没有保护措施下，这将会使内外产生很大的温差，巨大的温差引起温度应力，最终导致混凝土开裂。

3.4 混凝土振捣不密实

在分批浇筑混凝土墙时，若振捣深度不够并且振捣器未插入前一层已振实的混凝土中，这将会导致先后两次浇筑的混凝土界面结合不密实，形成冷缝或局部出现蜂窝、麻面、孔洞等缺陷，进而影响整体混凝土的密实性。例如，哈尔滨市某地铁车站侧墙浇筑过程中，通过对商品混凝土浇筑台账和渗漏病害统计进行分析，其中混凝土振捣不密实导致混凝土自密性不够，造成施工缝或者新旧混凝土结合处发生渗漏水病害，占总渗漏病害原因的64.8%。

3.5 施工缝、诱导缝、变形缝节点处理不当

大体积混凝土在施工时，为了能使混凝土内外温差不至于过大而自身产生较大应力，所以选择将混凝土分层或分块浇筑，但问题是会产生较多的施工缝。除此之外，为满足混凝土本身在温度变化时的变形需要，会特别地在一些位置设置变形缝、诱导缝。设置这些人工缝遵循了防裂抗渗的原则，由于温度变化、混凝土胀缩、地面的不均匀沉降等原因，外部荷载会对大体积混凝土开裂的影响，这些人工缝的设置可以尽可能地减小这一影响。可是这些设置的人工缝却是地铁隧道及车站的主要渗漏区域，主要有如下原因：首先，在灌注施工缝后未及时均匀振捣，或是在浇筑施工缝前施工缝基面未凿毛清洗；其次，新浇混凝土与结合面粘结不紧密，基面上安装止水带后与基面未粘结牢固；最后，工人在现场施工时未按照相应规范安贴止水条和止水带，造成其固定不牢或不符合要求，从而导致移位等，影响止水效果。

3.6 其他原因

混凝土保护层厚度太小，绑扎钢筋不满足规范要求，钢筋间距不均匀，或绑扎后的铁丝钢筋等直接接触模板，后面拆除模板后，铁件裸露在外，因此变成渗漏水通道，水沿着这些通道通过混凝土造成渗漏。基坑和防水涂层被地下水或者雨水淹没，或者本身防水涂层就存在缺陷，进而最终影响防水混凝土性能。如果混凝土在施工终凝中渗入水，这将会影响混凝土的正常凝结硬化，结果将会是在增大了混凝土的水灰比并降低了混凝土的强度和抗渗性。

4 结 论

通过详细研究地铁车站混凝土施工因素中不同工艺参数引起渗漏水病害的作用机理与发展过程，并与现场试验数据进行对比分析可知：在众多施工因素引起地铁车站渗漏水病害发生的过程中，水泥水化热引起的温度效应、内外约束条件的差异性、混凝土振捣的密实性三者占主要因素，而前两个因素可以通过工艺改良和提升减小病害的发生概率。为此，在地铁车站主体结构浇筑过程中，尽量采用温度控制方法和机械大面积钢模板进行施工，同时在有限可操作的空间内尽量满足混凝土振捣要求，这样就可以很好地减少地铁车站结构施工因素引起的渗漏水病害的发生与发展。

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