海邊半地下地震臺站隔振槽防水設計解析

孫青峰，崔海峰，李 敏

（中國船舶重工集團國際工程有限公司，北京 100121）

0 引言

地震臺站由于建筑規模小、土建投資少、工藝流程較簡單，工藝需求特殊，一般設計單位接觸較少，且長期處于無人值守狀態（信號傳遞到其他控制室），多數被歸類為“小微型項目”（一般指建筑面積小于200 平方米的建筑），設計中往往得不到足夠的重視。

地震臺站主要分為地上、半地下兩種，但地震計墩和地震觀測井位于地下。依據《地震臺站建設規范 測震臺站》[1]，土建主體與地震觀測井、地震計墩之間應設置隔振槽，且防水技術措施不得破壞地震計墩結構完整性，地震計墩內部不允許設置有磁性的金屬（影響觀測結果的準確性），設計師需提出新的防水技術措施。

1 概述

《地震臺站建設規范 測震臺站》[1]、《中國數字強震動臺網技術規程》等行業標準提出了隔振槽設計需求，但未對其做法提出具體要求；《地下工程防水設計規范》[2]、《地下建筑防水構造》[3]等專業規范及圖集對常規工程防水做法提出了要求及推薦做法，做法比較成熟，但未包括隔振槽等特殊工程防水做法；《廣州珠江新城地下工程空間句法解析》[4]、《觀測環境對強震記錄的影響研究》[5]等高校研究側重于地下空間規劃設計以及臺站設計對強震記錄的影響，未對隔振槽做法進行分析；《城市地下鐵道工程防水技術探討》[6]、《城市地下綜合管廊全密封防水技術》[7]等研究地下專項工程的防水設計，主要表現為地下全封閉式防水，無隔振槽節點內容。隔振槽作為地震臺站的重要組成部分，工藝要求嚴格，其工程做法對室內防水設計以及傳遞震動具有一定影響。本文針對地震觀測臺站技術要求，通過多種方案比選，對地下隔振槽位置防水做法進行專項設計，為類似地震臺站及有隔振要求部位的防水設計提供參考。

1.1 地震臺站

地震臺站是指利用地震儀器進行地震觀測的觀測點，開展地震觀測和科學研究的基層機構[2]。其主要土建工程包括：地震計墩（用于擺放地表式地震計），井下式地震計觀測井，井下式地震計吊裝設施（井口上方安裝）。要求儀器平時安裝到位，工作人員雖不需經常現場觀測，但應滿足設備安裝以及日常檢修時人員的進出需要。

1.2 防水設計

地下工程防水設計應根據地表水、地下水、毛細管水等的作用，以及由于人為因素引起附近水文地質改變的影響確定。單建式的地下工程，宜采用全封閉、部分封閉的防排水設計。地震觀測臺站工藝對防水設計無特殊要求，相關儀器甚至可在較為潮濕的環境中工作，如我國南方地區“回南天”環境中，地震臺站可正常工作，但工作空間中不允許出現積水。本文主要討論半地下地震觀測臺站中隔振槽位置的防水處理，此種防水技術措施同樣適用于全地下地震臺站隔振槽防水處理以及土建工程中其他隔振要求位置的隔振槽防水處理；地震臺站主體土建工程與常規建筑防水做法類似，地震計墩本身為混凝土結構，無特殊防水要求，此位置防水做法比較成熟，本文不再展開論述。

2 研究分析

2.1 地震臺站特殊要求

地震計墩的尺寸根據所要放置地震計的大小和數量進行設計，設定長寬均為1.5m 的正方形，高出地平面0.6m；四周需設置隔振槽，隔振槽寬度不超0.1m，深不超0.3m。地震計墩不與任何建筑體相連，四周留有設備安裝調試空間。地震計墩墩面的四邊，宜與地理東、南、西、北方向一致。采用一次性澆鑄，用人工搗實，出漿后一次抹平墩面（基本水平） 并壓光，不準二次抹面，表面不應有裂縫、蜂窩和麻面，四邊側板應光滑。隔振槽底及四周應采取防潮措施，應采取抗滲措施；隔振槽內應充填松散材料采用強度等級不低于C30 的素混凝土，有滲水現象的基巖，采用強度等級不低于C30 的防滲混凝土。在地震計墩墩面中心刻地理子午線（方位標志）。

觀測井用于安放井下地震計。在井口周圍留有滿足定位儀正常使用的場地，井口留有安裝井口滑輪的底角螺釘及電纜引出管道，建設機房時留有可用于絞盤鋼纜進出的孔道，井口外保留盡量多空地，以放置用于安裝井下儀器的絞盤和繩索等設備。成井采用金屬套管井的方式，井孔套管外徑為146mm，金屬套管壁厚≥4.5mm，水泥翻漿固井，井底部水泥筑底，成井為干井，井口高出儀器室地面50cm，井口采取罩蓋等防護措施，對于鹽水滲入區域，宜采用防鹽蝕管材，井傾斜度＜4°。測震井應固井，套管與井壁間的固井材料應采用強度等級不低于M7.5 的水泥砂漿。干井型的測震井套管絲扣應密封，井底應采用強度等級不低于M7.5的防滲水泥砂漿封堵，封堵厚度應大于1m，抽干井水并清洗管壁及井底殘留物。成井后必須洗井，并將殘漿全部吸干，保證井壁內側和井底清潔。

2.2 防水做法分析

地下工程防水等級標準可分為四級，如表1所示。依據地震臺站儀器使用的相關要求，地下工程防水等級不應低于二級。

3 設計研究

3.1 設計難點

海邊建筑及材料需具備抗腐蝕性能，靠近測量設備附近材料應無磁；隔振槽位置處于潮濕環境中，漏水可能性增大；由于地震觀測臺站放置的儀器均為靈敏度較高的測量儀器，放置儀器的地震計墩需獨立設置，不能有影響其獨立的其他措施，要求建筑周邊25m 范圍內無振動源，隔振槽內應填松散材料，地震計墩中不允許埋設止水條、止水帶等影響其整體性的措施；地震計墩為獨立的構件，與大地連接為一個整體，通過安裝在其上的精密儀器測量大地傳來的震動數據，工藝要求基礎直接落在較為堅固的地基上，且與主體建筑脫開，避免建筑周邊其他震動帶來的干擾，影響測量數據的準確性，主體建筑與地震計墩之間留設50～100mm 的隔振槽，避免建筑周邊其他震動波傳遞到測量儀器，一般情況地震計墩建設完成后建設主體建筑。由于基礎條件不同，施工時間也不同，故地震計墩與地震觀測井之間存在沉降的可能性，此沉降可能會把防水材料拉裂。

表1 地下工程防水等級標準

3.2 解決方法

選用耐腐蝕性的材料，如鍍鋅鋼絲改為鈦合金絲，不銹鋼止水環更改為鈦合金止水環，防水卷材選用耐腐蝕SBS 防水卷材等措施，在滿足防水要求的前提下，綜合考慮材料的耐海水腐蝕性能。

在隔振槽中加HDPE 膜。HDPE 膜以U 形的方式設置在槽內，其空的地方設置非固化瀝青防水涂料，柔性材料可減少震動的傳遞。

地震計墩本身為混凝土材質，但由于工藝技術要求，其中未配置鋼筋，故地震計墩本身存在裂縫的可能性，設計方案中考慮在室內部分及深入地下1 米的范圍內涂防水砂漿，阻斷因素混凝土自身裂縫引起的滲水。

止水條、止水帶等不能用于地震計墩的位置，采用其他材料對隔振槽下部、上部進行防水處理，綁扎處采用鈦合金絲。

3.2.1 初選方案

考慮隔振要求及一般的防水做法，主體建筑采用經濟型的基礎做法。主體建筑可能存在一定的沉降量，地震計墩基礎深入到基巖層，基本無沉降量，應防止前者沉降拉裂防水層。初選方案隔振槽防水做法設置如下：隔振槽套管外圍300mm 范圍內留設后澆帶，建筑主體工程迎水面外防水先做，隔振槽位置防水后做。土建主體采用4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材，地震計墩中設中埋式橡膠止水帶，待主體建筑沉降完成后澆注后澆帶，后澆帶與地震計墩之間的隔振槽用橡膠止水帶防水，可防止沉降破壞防水層。

因橡膠止水帶需埋入地震計墩100mm 深，影響地震計墩結構的完整性，進而影響測震儀器的觀測結果。振槽防水做法如圖1 所示。

3.2.2 演進分析

因地下防水主要考慮室外水向室內滲透，在初選方案基礎上去掉中埋式止水帶，室內地面部分選用鋁合金蓋板，鋁合金蓋板與地震計墩采用焊接（地震計墩旁邊預埋鋼板），鋁合金蓋板與地面采用膨脹螺栓連接，隔振槽內選用發泡聚氨酯填實，以抵抗地下水上滲。隔振槽防水做法如圖2 和圖3 所示。

圖1 隔振槽防水做法方案一Fig.1 A scheme of waterproof method of vibration isolation tank

圖2 隔振槽防水做法方案二Fig.2 Another scheme of waterproof method of vibration isolation tank

圖3 隔振槽室內地面部分防水方案Fig.3 Waterproof method scheme of the indoor floors of vibration isolation tank

此種做法建筑主體主要承受地下水產生的浮力，會產生沉降；地震計墩位于基巖上，基本無沉降，鋁合金蓋板屬于剛性連接，存在被拉裂的可能性，且設置在地震計墩上的預埋件，往往都有磁性，與地震計墩中避免出現磁性材料的要求相違背，可能影響儀器的觀測結果，從工藝條件角度出發，不建議采用此種做法。

3.2.3 最終方案

在前面兩種方案的基礎上，設計單位人員同防水材料廠家專家共同討論，為確保地震計墩的獨立性，提出隔振槽位置的構件采用獨立防水處理的方案，采用部分封閉的防排水設計，隔振槽內部單獨處理，減少主體建筑震動對地震計墩的影響。增強防水的措施主要考慮增加防水路徑長度和增強材料的密實性兩種思路。地下工程主體結構采用4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材進行防水處理，隔振槽位置依據規范要求增設附加層，防水卷材沿地震計墩向地下延伸1m，卷材的收頭位置采用鈦合金絲進行綁扎處理，此構造做法主要抵抗地下水上滲的壓力；隔振槽位置設置兩根圓50 聚乙烯棒包裹在附加防水層中，此構造做法主要抵抗兩者沉降產生的變形；地震計墩混凝土振搗密實，增加自身的防水性能，同時在地震計墩外圍涂刷水泥基滲透防水涂料，涂料沿地震計墩向地下延伸1.5m，此種構造做法主要避免地震計墩自身裂縫或毛細作用滲入的水；混凝土底板在隔振槽位置處設置鈦合金止水環，止水環深入混凝土0.1m，此種構造做法增強隔振槽邊緣位置的密實性；隔振槽內部設置HDPE 膜，要求HDPE 膜做成U 字形，在凹槽部位填非固化橡膠瀝青防水涂料，此種構造做法主要增強隔振槽內部的防水性，同時減弱主體建筑震動對地震計墩的影響；在SBS 防水卷材外側設置聚乙烯泡沫塑料片和50 厚聚苯板作為防水層保護層。此種做法將地震觀測井底板、地震計墩完全獨立開，各自進行防水處理，隔振槽的位置采用柔性連接來抵御沉降帶來的變形，同時保證防水效果。終選方案隔振槽防水做法如圖4 所示。

圖4 隔振槽防水做法方案三Fig.4 Scheme three of waterproof method of vibration isolation tank

4 結論

地震臺站為一種相對特殊的建筑工程，以工藝技術要求為主導，土建工程配合完成，由此引發特殊的地下防水要求。半地下地震臺站的土建做法較為成熟，但其防水做法已經超出常規做法，國標圖集亦無此特殊做法，需設計師單獨出節點詳圖。為保證防水質量，以分析比選的方法，結合材料無磁、預埋件不破壞結構完整性、耐腐蝕等客觀需求，提出半地下地震臺站隔振槽防水采用常規的4+4SBS 耐腐蝕高聚物改性瀝青防水卷材、水泥基滲透結晶防水涂料之外，配合使用HDPE 膜、非固化瀝青防水涂料，形成特殊的防水工程做法。防水做法宜采用全封閉的防排水設計，但部分節點可適當考慮部分封閉的防排水設計。

地下建筑工程防水設計應遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟、因地制宜”的原則，考慮地表水、地下水和毛細管水等的作用，不同的防水材料具有不同的防水特性，依據不同部位設置不同材料達到防水的目的，做到方案可靠、耐久適用、經濟合理。對于特殊工藝要求及特殊節點位置，設計師可通過多方案比選的方式，提出最優方案。