噴射纖維混凝土作為剛性內防水層在工程中的應用
     1 單層襯砌地鐵車站的結構考慮
     在上海這一類高水位、軟土地基的城市, 為了保證地鐵車站在施工過程中對周邊建築物

、管線等環境的影響降低到足夠的安全範圍之內, 圍護結構一般采用加厚的地下連續牆。在這種情況下, 如果還是采用傳統的雙層襯砌(即圍護結構加內襯牆)的結構形式,加厚的地下連續牆雖然解決了車站基坑的安全穩定問題, 但同時也會加寬車站的限界, 並增加結構的一次性投資。在一些施工環境相當狹小的地區、車站限界無法加寬的情況下, 單層襯砌的地鐵車站便應運而生。
     是一個典型的單層襯砌地鐵車站的橫剖麵。地下連續牆在施工階段就作為基坑開挖過程中的圍護結構, 當車站的頂
、底板及中樓板與地下牆澆築在一起之後, 地下連續牆就作為車站永久結構的側牆部分。


2 單層襯砌地鐵車站側牆內防水的基本考慮
     地下連續牆的混凝土是在護壁泥漿中澆築的[1,2],致使牆體內表麵夾雜泥砂現象嚴重, 如果不做適當處理, 則與車站模築的頂板、底板的高性能混凝土相比,其使用年限難以達到設計要求; 又受所處地質環境影響, 地下牆的成槽質量具有一定的不確定性, 因此地下牆在開挖後的平整度差異會很大。在實際單層襯砌地鐵車站施工過程中, 地下牆的內表麵都要求鑿平處理。在地下牆表麵鑿平的過程中, 施工單位為了保證將牆體內表麵夾雜泥砂的不密實混凝土清除幹淨, 往往就會把所有牆體內側的保護層全部鑿除, 直至露出地下牆的鋼筋。以往通常采用剛性防水砂漿來充當地下牆的內保護層及找平層。
     根據《地下工程防水技術規範》的要求, 地鐵車站是需要設置全包防水的, 其中單層襯砌的側牆也不例外。由於地下連續牆的特殊施工工藝, 決定了其迎土(水)麵的外防水層是幾乎無法施做的, 因此隻能在整個車站主體結構完成後, 在地下連續牆的內側設置內防水層。考慮到地下牆內保護層及找平層的因素, 地下牆的內防水自然應為剛性內防水層。
     在車站的使用全壽命過程中, 應對地下牆的剛性內防水層做定期的維護檢查, 在必要的情況下, 還需要進行大麵積維修。維修的周期根據剛性防水砂漿的質量
、結構本體滲漏情況及環境劣化程度而定。
3 單層襯砌地鐵車站側牆內防水的傳統處理方法
     早在上海地鐵 1、2 號線中就有單層襯砌地鐵車站的設計, 其中的側牆內防水層均采用“四層剛性抹麵”的方法[3]。四層剛性抹麵防水層的設計與施工是較為傳統的方法( 見圖 2 所示), 主要是利用素灰( 即較稠的純水泥漿)和水泥砂漿分層交叉抹麵而達到防水目的。但四層剛性抹麵防水層從強度來看, 很難達到地下牆混凝土的強度等級, 因此作為地下牆內保護層比較勉強; 其防水效果除了要按正確的配合比配置水泥漿及水泥砂漿以外, 主要還是取決於施工人員正確的施工方法及地下牆的滲漏情況、堵漏措施等因素。所以工序繁複的四層剛性抹麵防水層在不同工程項目中, 甚至在同一項目中的不同部位的防水效果也會有所不同。
4 噴射纖維混凝土在單層襯砌地鐵車站側牆內防水工程中的應用
      上海地鐵 2 號線西延伸段的虹橋臨空園區站為地下二層的地鐵車站, 總長約 400 m, 寬約 20 m。車站主體結構為單層襯砌, 其橫向剖麵與圖 1 相似, 原設計地下牆內側采用四層剛性抹麵作為內防水層。車站施工總承包單位中鐵十六局為了保證施工工期,提出采用噴射纖維混凝土替代四層剛性抹麵作為地下牆的內防水層。經過設計、監理、業主等多方論證,同意了施工總承包單位的建議。
     （1） 噴射纖維混凝土的配合比
     依據《地下工程防水技術規範》, 工程提出了對噴射纖維混凝土的技術要求: 抗壓強度≥ C30( 與結構設計強度相當)、抗滲等級≥S8。對於噴射纖維混凝土的強度要求, 主要出於要承擔起地下牆內表麵的找平層和保護層作用的考慮; 當然, 作為結構剛性內防水層的抗滲要求更是必不可少的, 因本車站的埋深均在 20 m 以內, 抗滲等級≥S8 即可。


     根據設計要求, 施工單位做了大量的試驗, 最終確定了如表 1 所示的噴射纖維混凝土的施工配合比。噴射混凝土配合比主要參照的標準有: 《錨杆噴射混凝土支護技術規範》、《鐵路混凝土與砌體工程施工質量驗收標準》等。由於噴射混凝土的特殊施工工藝,要求混凝土必須摻加速凝劑, 速凝劑的選用主要參照《噴射混凝土用速凝劑》中的規定。又考慮到防水抗裂的要求, 選擇了摻加抗滲微晶防水劑和聚丙烯纖維, 其中聚丙烯纖維是根據《纖維混凝土結構技術規程》的有關規定選用的。
     與地下結構防水混凝土的設計原則相一致, 噴射纖維混凝土也首先考慮了控製水膠比。通過表 1 可知, 噴射纖維混凝土的水膠比為 0.39￣0.41 左右, 均高於普通防水混凝土水膠比≤0.45 的要求。通過檢測, 噴射纖維混凝土的 3 d
、28 d 的抗壓強度分別達到 18.7 MPa 和 38.5 MPa, 抗滲等級也≥S8, 均滿足設計要求。
     （2）噴射纖維混凝土施工前的準備工作
     有在整個單層襯砌地下車站主體結構全部完成

、且結構早期變形穩定後, 才能著手地下連續牆噴射纖維混凝土施工前的準備工作。準備工作主要包括: 鑿平地下連續牆麵

、地下連續牆的堵漏與牆麵清理等工作。在這些準備工作中, 最重要的是地下連續牆的堵漏工作。
     地下連續牆的滲漏大致分為兩類: 一類為牆縫滲漏, 另一類為牆麵滲漏。地下連續牆作為單層襯砌,地鐵車站側牆的接頭一般采用十字鋼板 。十字鋼板和先澆地下牆的鋼筋籠焊接在一起,而和後澆牆幅的鋼筋籠無任何連接, 這就導致了車站主體結構變形時, 地下牆的接縫成為滲漏的頑疾。特別是車站結構處於高水位的地基環境下, 受環境溫度循環變化的影響, 牆縫的變形也有個反複變化的過程, 因此地下牆縫的堵漏也要經曆一個相對漫長的過程, 並不能一蹴而就。相對於牆縫的滲漏處理, 牆麵的滲漏受結構的約束, 基本不會有反複, 因此可以選擇適當的時機一次性處理即可(不包括地下連續牆本身的質量問題)。
      噴射纖維混凝土在施工之前, 要求混凝土基麵濕潤, 以便能和混凝土基麵結合緊密, 所以噴射纖維混凝土對於一般牆麵滲漏( 濕漬) 的處理要求不高。但如果混凝土表麵有明水滲漏, 則會影響噴射纖維混凝土與混凝土基麵的結合及防水性能。
     （3）噴射纖維混凝土施工的主要控製項目


      除了對噴射纖維混凝土材料質量控製之外, 施工過程的關鍵是如何控製好噴射纖維混凝土的回彈率、厚度等問題。
      和模築混凝土不同, 在缺少模板約束的條件下,噴射混凝土在凝結過程中會發生回彈現象。從材料控製來講, 可以依靠噴射混凝土中的速凝劑加速混凝土凝結來控製一部分噴射混凝土的回彈率; 但速凝劑的摻加是有限的, 噴射混凝土的回彈率主要還是靠調整混凝土的配合比、噴射機械
、噴射速度、噴射距離等施工綜合因素來控製。所以施工單位在正式噴射混凝土施工前, 一定要針對控製噴射混凝土回彈率做好試噴試驗。實踐表明, 和一般噴射混凝土回彈率的控製要求不同, 作為剛性內防水層的噴射纖維混凝土的回彈率要求控製在 15%以內為宜。
      噴射纖維混凝土的噴射厚度也是控製施工質量的重要項目之一。噴射纖維混凝土作為地下牆內側保護層, 厚度要求不得小於 5 cm; 作為地下牆內側找平層, 根據地下牆平整度不易控製的實際情況, 最厚處應達到 10 cm。綜合噴射纖維混凝土作為地下牆保護層
、找平層、防水層等各種工程需要, 結合噴射纖維混凝土的材料性能
、施工工藝等各種因素, 確定厚度應控製在 5～10 cm, 平均厚度為 8 cm。這種厚度控製基本能保證地下牆內側“大平小不平”, 防滲性能滿足車站一級防水要求, 同時也能照顧到施工單位對噴射纖維混凝土厚度控製較難的實際情況。
     （4）噴射纖維混凝土在工程應用中的優點
      噴射纖維混凝土在工程應用中主要的優點為: 施工速度快
、材料勻質性好、強度高、抗滲性能好
、與混凝土基麵結合緊密。
      相對於剛性四層抹麵的傳統施工工藝, 噴射纖維混凝土基本為機械化施工, 在對主要施工人員進行簡單的機械操作培訓後, 即可上崗操作。施工機械的噴射速度、強度均可恒定, 能有效地保證施工效率和施工質量。相對於剛性防水砂漿, 噴射纖維混凝土的強度大大提高, 混凝土的密實度及與混凝土基麵的結合強度也隨之提高, 使噴射纖維混凝土的防水性能基本能達到現澆混凝土的效果。在本工程總噴射麵積2 100 m2 的範圍內, 在噴射混凝土之前, 據統計牆麵原有 120 多處滲水濕漬; 經噴射纖維混凝土處理後,滲水濕漬減少到 40 多處, 沒有一處濕漬麵積超過0.15 m2, 總濕漬麵積約 2.6 m2 左右, 占整個牆麵的1.3/1000。因為噴射纖維混凝土與混凝土基麵結合緊密, 不會發生竄水現象, 而噴射纖維混凝土施工後遺留的滲漏點可以直接從噴射纖維混凝土表麵打孔至地下牆進行堵漏處理。