SMW工法樁丙烯酸鹽噴膜防水材料的應(yīng)用

張斌，張裔偉，馬丹

（上海無(wú)憂樹新材料科技有限公司，上海 201615）

0 引言

丙烯酸鹽噴膜防水材料在我國(guó)的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)末，從株六復(fù)線大竹林鐵路隧道平導(dǎo)中的試驗(yàn)開始（1999年），已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的諸多工程項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用[1-3]。項(xiàng)目研發(fā)之初主要針對(duì)礦山法山嶺隧道進(jìn)行應(yīng)用，在雪山梁隧道、磨嶺溝隧道、牟尼溝隧道、深圳LNG工藝隧道等進(jìn)行了大量的應(yīng)用實(shí)踐，并已經(jīng)形成了完整的技術(shù)體系。

隨著丙烯酸鹽噴膜防水材料技術(shù)的成熟和性能優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)規(guī)范的出臺(tái)[4-7]，應(yīng)用的項(xiàng)目已不再局限于礦山法隧道，還包括了綜合管廊、城市下穿隧道、地鐵車站等明挖法工程。其中，SMW工法是明挖法地下工程基坑支護(hù)工程中應(yīng)用比較廣泛的一種方式[8]，由于丙烯酸鹽噴膜防水材料具備整體無(wú)縫、智能響應(yīng)、施工便捷、遇水自愈、高強(qiáng)反粘等特點(diǎn)，在SMW工法中應(yīng)用時(shí)具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

本文基于杭州市下沙路與12號(hào)路提升改造及附屬配套的綜合管廊工程，對(duì)采用SMW工法的地下結(jié)構(gòu)防水的施工技術(shù)進(jìn)行介紹，希望對(duì)丙烯酸鹽噴膜防水技術(shù)在同類工程中的應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 工程概況

杭州市下沙路與12號(hào)路提升改造及附屬配套工程項(xiàng)目西起月雅路，東至23號(hào)大街，全長(zhǎng)約7.65 km。建設(shè)內(nèi)容包括隧道、綜合管廊、橋涵（含過(guò)街通道）、地面道路、道路附屬工程、管理及工勤用房等，是杭州市建設(shè)的重點(diǎn)工程。

本工程綜合管廊起點(diǎn)聚首路順接艮山路（彭埠立交-東湖路立交）地下綜合管廊（自來(lái)水供水管道維修改造）工程，沿下沙路、海達(dá)南路、12號(hào)路布置，終于23號(hào)路東側(cè)，與擬建艮山東路過(guò)江隧道工程相銜接，全長(zhǎng)約7 km，包含兩艙和三艙結(jié)構(gòu)，采用SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命為100年。管廊主體結(jié)構(gòu)橫剖面示意見圖1。

圖1 管廊主體結(jié)構(gòu)橫剖面示意

2 工程項(xiàng)目防水優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 防水體系設(shè)計(jì)與優(yōu)化

本工程綜合管廊防水等級(jí)為二級(jí)，防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主，防排結(jié)合，多道設(shè)防，因地制宜，綜合治理”的原則，采取了多種措施進(jìn)行綜合處理。原主體結(jié)構(gòu)防水側(cè)墻、底板均采用高分子（P類）預(yù)鋪防水卷材防水，頂板采用單組分聚氨脂防水涂料防水。預(yù)鋪反粘高分子卷材在外防內(nèi)貼法防水施工中因具有與后澆混凝土反粘功能而得到了廣泛的應(yīng)用，但在本項(xiàng)目實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，片狀的預(yù)鋪反粘高分子防水材料搭接縫過(guò)多，側(cè)墻鋪貼時(shí)防水層隨基面形狀變化而起鼓，搭接縫粘接不牢，且側(cè)墻施工縫部位的加強(qiáng)層與防水層之間的結(jié)合度不高等情況。在經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和試驗(yàn)段驗(yàn)證后，決定將主體結(jié)構(gòu)防水層優(yōu)化為更容易施工、形成整體外包防水層的丙烯酸鹽噴膜防水材料，設(shè)計(jì)厚度為2 mm，防水設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 主體結(jié)構(gòu)外包柔性防水示意

因本項(xiàng)目采用SMW工法樁結(jié)構(gòu)，側(cè)墻防水直接在維護(hù)結(jié)構(gòu)上施工，丙烯酸鹽噴膜防水材料采用外防內(nèi)噴方式進(jìn)行施工。由于側(cè)墻找平層施工難度較高，且后期存在拔除工字鋼時(shí)破壞防水層的風(fēng)險(xiǎn)，因此在側(cè)墻表面設(shè)置1層復(fù)合土工膜對(duì)噴膜防水層進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)也起到找平層的作用。采用的復(fù)合土工膜膜厚0.3 mm，單位面積質(zhì)量450 g/m2，尺寸為4 m×6 m。土工膜的搭接邊采用熱熔焊接方式，以使側(cè)墻土工膜銜接成整體。同時(shí)，為了防止拔除工字鋼對(duì)防水層的破壞，在有工字鋼的土工膜背后設(shè)置聚乙烯泡沫板。

2.2 細(xì)部節(jié)點(diǎn)防水設(shè)計(jì)

防水設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)環(huán)節(jié)為底板與側(cè)墻交接處的加強(qiáng)層、側(cè)墻與頂板交接處的加強(qiáng)層、施工縫、變形縫等部位。第1步，側(cè)墻采用外防內(nèi)噴，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)找平層后鋪設(shè)1.2 mm復(fù)合土工布，然后噴2 mm丙烯酸鹽噴膜防水層，施工頂板噴膜防水層，防水設(shè)計(jì)構(gòu)造如圖3～圖7所示。

圖3 底板與側(cè)墻轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖4 頂板與側(cè)墻轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖5 頂板變形縫部位防水構(gòu)造

圖7 抗浮樁防水構(gòu)造

圖6 側(cè)墻施工縫防水加強(qiáng)層防水構(gòu)造

3 丙烯酸鹽噴膜防水材料施工

3.1 基本要求及基層處理

丙烯酸鹽噴膜防水材料施工作業(yè)溫度宜為5～35℃，在低于5℃條件下施工時(shí)應(yīng)做好防寒措施；不宜在4級(jí)風(fēng)及以上的露天環(huán)境下作業(yè)；嚴(yán)禁在雨天、雪天實(shí)施露天噴膜作業(yè)。基面應(yīng)干凈、平整，無(wú)浮漿、孔洞、裂縫，無(wú)尖銳毛刺、基層表面無(wú)明水；對(duì)于墊層、頂板等平面結(jié)構(gòu)，應(yīng)先沖洗干凈，然后掃除表面明水，并保持2 h后進(jìn)行防水施工。因丙烯酸鹽噴膜防水材料屬于水性材料體系，基面含水率要求遠(yuǎn)高于溶劑型的防水涂料，反而潮濕基面的水分有助于噴涂時(shí)霧狀材料的滲透，增強(qiáng)噴膜防水層與混凝土基面的粘接。

3.2 墊層防水層施工

墊層采用200 mm厚C20細(xì)石混凝土澆筑，待墊層混凝土具備強(qiáng)度后，將2mm厚丙烯酸鹽噴膜防水層直接噴涂在墊層上。側(cè)墻復(fù)合土工膜固定時(shí)有500mm延伸到墊層上，且在陰角處形成圓弧形。防水施工時(shí)，先施工墊層與圍護(hù)樁交接位置的陰角部位防水加強(qiáng)層，加強(qiáng)層厚度為5mm，加強(qiáng)層的范圍應(yīng)向墊層和側(cè)墻2個(gè)方向分別延伸300mm，并將復(fù)合土工膜與混凝土搭接部位縫隙滿噴進(jìn)行密封，該部位防水施工如圖8～圖10所示。此處加強(qiáng)層可形成無(wú)縫整體防水，避免了澆筑結(jié)構(gòu)主體時(shí)混凝土掉落及自重將防水卷材搭接縫拉裂的情況。

圖8 側(cè)墻土工膜固定及墊層基面清洗

圖9 陰角加強(qiáng)層防水施工

圖10 墊層防水施工情況

加強(qiáng)層施工結(jié)束后方可進(jìn)行底板大面積的防水施工，丙烯酸鹽噴膜防水層厚度為2 mm。底板防水施工時(shí)，應(yīng)從防水加強(qiáng)層部位開始。施工者采取后退的步伐，每一次噴涂應(yīng)確保噴涂的面積厚度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。由于墊層基面局部存在蜂窩、麻面或混凝土未完全抹平的部位，施工者應(yīng)仔細(xì)觀察，避免局部存在針眼，產(chǎn)生滲水點(diǎn)。針對(duì)這種基面，從不同方位將不平整部位包覆。

施工完畢后，避免人員踩踏防水層，以免污染和破壞防水膜，應(yīng)盡快驗(yàn)收并澆筑防水保護(hù)層。保護(hù)層抹平時(shí)，應(yīng)避免使用存在尖銳部位的工具，如掀鏟等，宜采用木制的長(zhǎng)臂刮施工。

3.3 側(cè)墻防水施工

側(cè)墻防水施工時(shí)采用自下而上的施工順序，以保證防水施工的連貫性。由于本項(xiàng)目為深基坑，防水采取分段施工的方法。側(cè)墻高度2 m位置，有第1層鋼支撐結(jié)構(gòu)，復(fù)合土工膜固定時(shí)無(wú)法一次到位，此時(shí)將未完全攤開固定的土工膜臨時(shí)固定在鋼支撐下，如圖11所示。

圖11 側(cè)墻防水施工

鋼支撐以下的防水施工結(jié)束，先拆除第1層鋼支撐，然后綁扎主體結(jié)構(gòu)鋼筋，并澆筑底板結(jié)構(gòu)混凝土，側(cè)墻澆至施工縫處。將臨時(shí)固定的土工膜向上鋪設(shè)，整體高度需高于主體結(jié)構(gòu)200 mm，以便于側(cè)墻與頂板交接部位的防水搭接，如圖12所示。

圖12 側(cè)墻土工膜固定到設(shè)計(jì)高度

側(cè)墻第2階段防水施工時(shí)，應(yīng)采用土工布將側(cè)墻鋼筋進(jìn)行遮蓋，以免噴涂時(shí)下落的涂料污染鋼筋。綁扎鋼筋時(shí)，難免有局部的防水層被破壞，應(yīng)用專用手持式小型噴槍進(jìn)行修補(bǔ)。由于前后2次噴涂時(shí)噴膜防水層之間具備完美的相容性和粘接性，仍然能夠保證防水層的整體性。

側(cè)墻噴涂形成的整體防水層，與防水卷材相比杜絕了搭接縫。特別是卷材施工部位，由于膠粘劑的局限性，易導(dǎo)致卷材防水層與加強(qiáng)層之前無(wú)法完美結(jié)合，而噴膜防水層較好地解決了這一問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，由于丙烯酸鹽噴膜防水層與后澆混凝土（結(jié)構(gòu)主體）的粘接性能更高，即具備反粘性能（如圖13所示），因此能夠保證防水層與結(jié)構(gòu)主體密貼，杜絕了竄水層，從而起到較好的防水效果。其原理為：丙烯酸鹽噴膜防水材料中含有的羧酸和羥基基團(tuán)與后澆混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成—COOCa離子鍵，所生產(chǎn)的丙烯酸鈣鹽與混凝土中的鈣離子絡(luò)合形成化學(xué)鍵；此外，極性較大的基團(tuán)與混凝土中的鈣離子、硅離子等形成大量的氫鍵，這些離子鍵與氫鍵的綜合作用下，使得丙烯酸鹽噴膜防水材料與后澆混凝土之間具有良好的粘接性能，剝離強(qiáng)度可達(dá)到3.0 N/mm，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖13 丙烯酸鹽防水層反粘效果

在明挖法地下工程中應(yīng)用時(shí)，廣泛關(guān)注的一點(diǎn)就是水性體系的丙烯酸鹽噴膜防水材料養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)革新與進(jìn)步，在經(jīng)過(guò)高分子柔性鏈段成分以及保水劑復(fù)配的材料改性之后，在夏季高溫條件下，以及成型的防水層在白天會(huì)逐步硬化，但因高分子柔性鏈段的存在，收縮應(yīng)力小于防水層的內(nèi)部分子間作用力，不至于產(chǎn)生裂紋；且在復(fù)配的保水劑作用下，夜間會(huì)吸收空氣中的濕氣，從而恢復(fù)柔性，保障了噴膜防水層在明挖法地下工程中的良好應(yīng)用。

3.4 頂板防水層及隔離層鋪設(shè)

主體結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)到期后，對(duì)頂板雜物進(jìn)行清理。在施工頂板防水前，應(yīng)先施工頂板與側(cè)墻交接部位的防水加強(qiáng)層。

施工前，應(yīng)將側(cè)墻預(yù)留的防水搭接部位表面污染物清理干凈，可用高壓水槍進(jìn)行沖洗。局部無(wú)法徹底清理干凈的部位應(yīng)用美工刀切除，做修補(bǔ)后進(jìn)行下一步施工。由于前后施工時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫搭接，從而實(shí)現(xiàn)防水層的無(wú)縫過(guò)渡。該部位加強(qiáng)層的厚度為4 mm，如圖14所示。搭接部位加強(qiáng)層施工結(jié)束后即可大面積作業(yè)。采用20 MPa壓力的大功率高壓無(wú)氣噴涂機(jī)，每天可作業(yè)1000～1200 m2，大大提高了施工效率。

圖14 頂板與側(cè)墻交接處加強(qiáng)層

在頂板噴膜防水層施工結(jié)束之后，及時(shí)進(jìn)行外觀及厚度的自檢。確認(rèn)頂板防水層外觀完好，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，需馬上將土工膜覆蓋到頂板防水層表面。采用熱風(fēng)槍或熱焊機(jī)將土工膜接縫焊接固定。

3.5 其他細(xì)部節(jié)點(diǎn)防水處理

變形縫是外包防水的重中之重，面臨著混凝土結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮以及結(jié)構(gòu)沉降等極端情況的嚴(yán)峻考驗(yàn)。在變形縫處，應(yīng)對(duì)防水進(jìn)行加強(qiáng)層設(shè)計(jì)，加強(qiáng)層厚度為4 mm，寬度達(dá)到1000 mm。同時(shí)，為了使變形縫處的防水層具備更高的強(qiáng)度，在防水層中間添加寬度為1000 mm的纖維網(wǎng)格布。由于丙烯酸鹽噴膜防水材料在前后噴涂時(shí)具備良好的結(jié)合力，上下2層防水層將纖維網(wǎng)格布包裹在內(nèi)，增強(qiáng)了變形縫防水層的力學(xué)性能。

在側(cè)墻施工縫部位，應(yīng)先施工防水加強(qiáng)層，再施工側(cè)墻防水。采用直接加厚施工，避免了防水卷材在側(cè)墻施工縫部位粘接力不強(qiáng)，易被后澆混凝土自重拉脫、破壞的情況。丙烯酸鹽噴膜防水材料具備B1級(jí)的阻燃等級(jí)，在側(cè)墻防水施工結(jié)束后，切割鋼支撐、焊接鋼筋等火花、高溫等因素也不會(huì)破壞防水層。

為減輕地下水的浮力，本項(xiàng)目在底板設(shè)置了抗浮樁，需要在抗浮樁周邊先采用水泥基滲透結(jié)晶防水涂料進(jìn)行抹平，然后再噴涂丙烯酸鹽噴膜防水層。在抗浮樁頂部?jī)H刷涂水泥基滲透結(jié)晶防水涂料即可，抗浮樁周邊噴膜防水層的接頭部位采用聚合物水泥砂漿做收頭處理。

4 SMW樁拔樁施工

SMW工法樁外包柔性防水層所受到的最大的挑戰(zhàn)是回填之后的拔樁過(guò)程對(duì)側(cè)墻防水層的破壞。特別是第1層鋼支撐的橫梁切割以后，殘留的尖銳部位很容易在拔樁過(guò)程中對(duì)側(cè)墻防水造成破壞。本項(xiàng)目側(cè)墻使用丙烯酸鹽噴膜防水材料時(shí)，采取了2種方式避免拔樁過(guò)程的破壞：（1）將鋪設(shè)在側(cè)墻的土工膜膜厚提高到0.3 mm，使其本身強(qiáng)度提高。由于丙烯酸鹽噴膜防水層與后澆混凝土具有3.0 N/mm的剝離強(qiáng)度，牢牢的與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，且噴膜防水層與土工膜上的非織造布粘接強(qiáng)度很高，因此拔樁過(guò)程不會(huì)將防水層脫開；（2）在鋼支撐梁切割后，在切割部位先用射釘固定1塊500 mm×500 mm×1.2 mmr的PVC塑料板，再將土工膜固定在側(cè)墻上施工防水層，相當(dāng)于在切割部位做了雙層防護(hù)，保護(hù)該部位的防水層不被破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

丙烯酸鹽噴膜防水材料是近年來(lái)地下工程外包防水應(yīng)用越來(lái)越廣、具備良好綜合性能的防水材料，具有整體無(wú)縫、快速聚合、遇水自愈、環(huán)保阻燃、智能響應(yīng)等特點(diǎn)。通過(guò)杭州市下沙路與12號(hào)路提升改造及附屬配套工程項(xiàng)目中綜合管廊中的應(yīng)用，該材料在SMW工法結(jié)構(gòu)中應(yīng)用具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。自項(xiàng)目施工以來(lái)，對(duì)已拔樁回填部位組織了多次的防水質(zhì)量檢查，結(jié)果表明防水效果良好，滿足防水設(shè)計(jì)要求。丙烯酸鹽噴膜防水材料施工工藝簡(jiǎn)單，在變形縫、施工縫、樁頭等節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行噴涂加厚即可，且保證防水層的整體性。材料本身與后澆混凝土具備良好的粘接性能，保證防水層與結(jié)構(gòu)主體密貼。同時(shí)采用復(fù)合土工膜作為隔離層避免了拔樁時(shí)對(duì)防水層的破壞。實(shí)際應(yīng)用情況表明，丙烯酸鹽噴膜防水材料在SMW工法中的應(yīng)用良好。