混凝土噴射法與模筑法在地鐵車站基坑防水方面的優劣分析

劉歡其

（中鐵一局集團廈門建設工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

城市軌道交通工程因其自身設計和城市建設用地的整體規劃要求，位于中心城區的線路、主體結構基本都設置在地下。作為地下工程，如何合理、有效地解決防水問題是一項永久性課題。按照規范規定，地鐵車站防水等級為Ⅰ級[1]。一般來說，除了通過使用高等級的防水混凝土等方案使得結構自身的防水滿足設計要求外，還需通過基坑止水帷幕、基坑初期支護、結構外包防水卷材等相關工序的共同作用，才能確保工程在整個壽命周期獲得良好的防水效果[2]。車站基坑開挖過程中，常用的防水方案有以下兩種：一是坑內側壁支護樁間采用掛網噴射混凝土進行初期支護（主要針對樁間土等支護）及基坑防水（止水帷幕作用深度有限，隨著基坑深度超過止水帷幕作用區域，基坑側壁滲漏水現象明顯增加），兼做防水卷材的施工基面；二是隨基坑開挖，采用模筑法分層分段進行基坑側壁支護及基坑防水，兼做防水卷材的施工基面。本文基于廈門地鐵2 號線、3 號線部分基坑工程，采取查閱國內相關成果、調研相關工程、實施模筑法方案等辦法，分別從工程質量、經濟效益、工期長短、社會效益等方面進行對比分析，研究上述兩種防水方案的適用條件及應用范圍，以期為類似工程選擇最優方案時提供參考。

1 噴射混凝土方案應用

國內目前常用的基坑防水方案大部分為噴射混凝土方案。在部分地區，該工藝相對成熟，通過合理的混合料配合比、成熟的濕噴工藝等，能夠取得良好的防水效果。薛鵬[3]提出的樁間噴射混凝土施工技術在地鐵車站圍護結構工程中取得了較好的應用效果；戴亞軍等[4]以長沙地鐵6 號線謝家橋站地鐵基坑邊坡穩定控制為背景，通過分析研究及現場實踐，證明噴射混凝土在配合掛網、錨桿等技術條件下，有效地保證了基坑的穩定及安全；吳全立[5]以青島地鐵試驗段工程為背景，闡述了通過優化噴射混凝土配合比，嚴格控制濕噴工藝及分層噴射施工，配合排水盲管等設施綜合進行基坑防排水，達到了Ⅱ級防水的設計要求。因此，廈門地鐵在施工中，部分基坑工程同樣采用了噴射混凝土方案。本文通過現場調研，就噴射混凝土成品質量、工后效果、結構滲漏水現象等進行了統計分析。

從工后成品的平整度、密實度、滲漏水情況等方面進行統計后發現，采用噴射混凝土進行基面處理方案的項目，因本地區土層穩定性差，基坑開挖過程中樁間土松散掉塊現象嚴重，而由于整面墻體噴射混凝土厚度無法人為調整，導致其工后基面隨樁面、樁間變化呈現波浪狀，凹凸不平，毫無平整度可言（見圖1）。

圖1 噴射混凝土工藝施工的基坑側壁

在噴射混凝土工后施工防水卷材前，雖然對基面局部凹陷過大區域進行了人工砂漿貼補，但因有效的可貼補厚度有限，卷材與基坑側壁之間的脫空無法全部消除，尤其是在支護樁樁間位置，脫空現象尤為突出（見圖2）。

圖2 卷材與基坑側壁間存在脫空現象

另外，在調查噴射混凝土作為基坑初期支護的車站結構滲漏水情況時，發現大部分均位于支護樁樁間。分析其原因，滲漏水區域集中在防水卷材脫空部位，脫空后的卷材與基坑側壁之間形成了“水包”，結構完成后極易形成支護結構與主體結構之間的存水點。因卷材與基面之間存在較大空鼓，卷材的松弛度設置不夠，在結構混凝土澆筑時，受壓張拉撕裂，地下水沿車站主體結構混凝土的孔隙、裂縫等滲漏。

調查發現，部分地鐵車站采用噴射混凝土工藝，其表面平整度、鋼圍檁脫空現象、防水卷材脫空現象以及主體結構滲漏水現象較嚴重（見圖3）。實地調查數據的統計分析見表1。

表1 車站防水工程調查分析表

圖3 車站主體結構滲漏水嚴重

2 模筑混凝土方案應用

廈門屬于亞熱帶海洋性季風氣候，濕潤多雨，年平均降雨量約1 200 mm，降水對地下表層水的補給量大，地下水豐富。鉆探發現，雙十中學站站址區穩定水位埋深為2.5～3.6 m，年變幅約1～3 m。車站主體結構頂標高低于地下水位標高，站體整體位于地下水埋藏區域，工程的基坑防水質量以及結構防水質量滿足合格率要求的控制難度較大。另外，站址區地層自穩能力差，基坑開挖過程中，樁間土松散掉塊嚴重，樁間凹陷較大。因此，基于調查發現的問題，參考國內其他地區類似工程環境的基坑防水方案，決定在廈門地鐵3 號線雙十中學站采用模筑混凝土方案，并在實施過程中統計分析相關指標，研究其在近海復雜地層環境下的適用性和可行性。

2.1 施工工藝

模筑混凝土施工與基坑土方開挖配套，交替循環進行，每開挖一段、一層土方，模筑混凝土及時施作一段、一層。需要注意的是，為了避免土方開挖施工中，作業機械損壞模筑混凝土，單層模筑混凝土縱向分段長度宜小于基坑開挖的分段長度1～2 m。

模筑混凝土主要施工工藝流程為：基坑第一層土方開挖→測量放樣→缺陷樁處理、基面處理→植筋（網片定位筋、模板錨固螺栓）→鋼筋網片安裝→模板安裝、加固→混凝土澆筑→拆模、養護→下一個循環→施工縫處理。

2.2 施工控制要點

模筑混凝土主要包括施工準備、掛網、模板安裝及混凝土澆筑等工序。

2.2.1 施工準備階段

施工準備階段主要工作為施工前的支護樁侵限處理及樁間松動土石清理。支護樁侵限處理是為了避免鋼筋網安裝平整度受影響及確保模板安裝平順度要求，以保證模筑混凝土厚度滿足要求。樁間殘留的松動土塊及散碎渣土存在掉塊傷人的安全隱患，還易造成模筑混凝土施工后側壁附著力降低，后背脫空，存在剝落隱患，影響模筑混凝土質量及工后效果。因此，施工前必須及時處理樁間散碎松動渣土。

2.2.2 掛網

為確保模筑混凝土的附著力及整體穩定性，且滿足能承受一定側向土壓力的要求，具備一定的抗裂性能，通過在模筑混凝土內部設鋼筋網片來滿足相關要求（見圖4）。

圖4 鋼筋網片安裝示意圖（單位：mm）

2.2.3 支模及澆筑要點

模板支模采用“內拉外撐”方案。

“內拉”系統由φ14 mm 高碳鋼拉條錨入樁身混凝土內為受力主體（經計算及抗拉拔試驗，拉條錨入樁體不小于30 cm，豎向間距不大于60 cm，橫向間距按樁間距）。每段模筑混凝土支模施工前，對拉條按比例進行抗拉拔試驗，以確保混凝土澆筑過程中模板穩固安全，防止爆模（見圖5）。

圖5 拉條植筋實例圖

“外撐”體系由模板外側的斜撐鋼管組成。斜撐鋼管沿模板縱向方向，分別在1/3 模板高度、2/3 模板高度處布置，以加強模板整體穩定性（見圖6）。斜撐鋼管采用φ48.3×3.6 mm 普通鋼管制作。

圖6 模板“內拉外撐”體系示意圖（單位：mm）

混凝土澆筑時，因結構自身厚度小，作業空間有限，宜采用C20 細石混凝土。為確保澆筑質量，混凝土的和易性要求必須良好，施工坍落度以（200±20）mm為宜。

根據模筑混凝土的結構特點及施工工藝，混凝土只能從上一層結構的預留位置灌入，因此，需在上一層結構底部預留一個30 cm×30 cm、橫向間距2 m左右的“窗口”。下層混凝土可從此“窗口”內灌入澆筑（見圖7）。

圖7 模筑混凝土澆筑

因模筑混凝土分層施工，其上下層間連接處的施工縫為防水薄弱點，工后易出現肉眼可見的空隙或出現滲漏。除了工后采用人工打磨鑿除錯臺、蜂窩及較大的空隙，并用摻有微膨脹劑的水泥砂漿進行缺陷修復外，還應在窗口位置、必要的空隙位置預埋、安裝注漿管。注漿管伸入樁間土體，在施工縫部位發生滲漏的情況下，采用常壓注漿方案進行防水封堵。對上下層之間預留的“窗口”及施工縫，拆模后需及時采用C20 微膨脹混凝土及高標號砂漿進行填充、找平修飾。

3 方案對比

3.1 工程質量

車站實施模筑混凝土方案，工程質量可控，自身具有良好的防水效果，方便防水卷材施工，局部滲漏點后期處理方便。模筑混凝土若發生局部滲漏，滲漏點清晰明確，可直接在滲漏部位注漿，止水后封堵注漿孔即可達到防水要求。既避免了盲目堵漏“耗時耗力”且效果不佳，同時也避免了因盲目大量鉆孔而破壞支護結構的整體性。再者，因模筑混凝土整體性好，且堵漏用的漿液能在一定程度上提升其與基坑側壁的附著力，加固樁間松散土體，從而提高了基坑的整體穩定性（見圖8）。

圖8 工后整體效果

本站實施模筑混凝土方案進行基坑側壁支護及防水。模筑混凝土施工過程中，分階段對工程表面平整度進行抽檢統計，并與周邊車站采用的噴射混凝土工后質量抽檢數據進行對比分析，發現模筑混凝土表面平整度合格率高，平均合格率達到95%，遠高于經人工二次處理后的噴射混凝土表面平整度75.5%的平均合格率。

模筑混凝土表面平整度合格率統計圖見圖9，模筑混凝土與噴射混凝土平整度對比見圖10。

圖9 模筑混凝土表面平整度合格率統計圖

圖10 模筑混凝土與噴射混凝土平整度對比統計圖

采用模筑混凝土的車站基坑，在模筑混凝土施工完成后，大部分樁間滲漏水已被封堵，局部施工縫位置的滲漏點經有效的注漿處理，在防水卷材施工前就能夠達到無滲水、局部存在少量濕漬的要求。這些區域在車站主體結構完成后，在防水卷材和主體結構防水混凝土的共同作用下，主體結構側墻的濕漬面積能夠滿足Ⅰ級防水要求（見表2）。

表2 主體結構濕漬檢查統計表

3.2 經濟效益

本站初支設計數量共計2 472.1 m3。按第三方審定預算，計算采用掛網噴射混凝土方案及模筑混凝土方案的費用。

3.2.1 C20 噴射混凝土施工費用審定預算

（1）人工費+機械費：450 元/m（3勞務合同價）×2 472.1 m3=111.24 萬元。

（2）材料費：449.83 元/m3（混凝土信息價）×2 472.1 m3=111.20 萬元。

（3）噴射混凝土材料損耗費（損耗率20%）：449.83×2 472.1×20%=22.24 萬元。

（4）速凝劑材料費：5 300 元/（t采購價）×27 kg/m3（設計配合比摻量）×2 472.1 m3×1.2（損耗系數）/1 000=42.45 萬元。

（5）基面砂漿處理（抹面厚度2cm）：人工費28 元/m2，材料費5 元/m2；小計抹面費用為：（28+5）元/m2×24 721 m2=81.58 萬元（初支數量為體積，初支結構厚度為10 cm，人工抹面按面積計算單價，因此折算初支結構面積為2 472.1 m3/0.1 m=24 721 m2）。

費用合計：（1）＋（2）+（3）+（4）+（5）=111.24+111.20+22.24+42.45+81.58=368.71 萬元。

3.2.2 C20 模筑混凝土施工費用審定預算

（1）人工費+機械費：75.9 元/m（2勞務合同價）×24 721 m2=187.63 萬元（模筑混凝土工程單價按面積計算，此處按面積計算總費用）。

（2）材料費：384.83 元/m（3信息價）×2 472.1 m3=95.13 萬元。

（3）模筑混凝土材料損耗費（損耗率2%）：384.83×2 472.1×2%=1.90 萬元。

費用合計：（1）＋（2）+（3）=187.63+95.13+1.90=284.66 萬元。

綜上可知，采用模筑混凝土工藝，工程節約直接費用=368.71-284.66=84.05 萬元。

3.3 工期效益

噴射混凝土作為初期支護方案，其優點是施工工序少，且前期強度上升快，具有一定的速凝作用。但是，綜合工后整修耗時等影響，噴射混凝土工藝整體耗時相對模筑混凝土工藝并不具備優勢?；庸こ贪捶謱臃侄蔚拈_挖要求，按每層深度2.0 m，每段開挖長度20～25 m 計算，初期支護工程每層每段為一個循環，每個循環施工面積約200 m2。在施工資源配置最優、施工環境基本一致的情況下，不同工藝每個循環的工效指標見表3。

表3 每200 m2 基坑初期支護不同工藝工效指標對比表 單位：d

本站基坑大致可分為9 層10 段，初期支護的循環數量為9×10=90 個，模筑混凝土工藝相對于噴射混凝土工藝，工期節約值約為90×4.0-90×3.6=36 d。

3.4 社會效益

模筑混凝土具有結構密實、自防水性能良好的先天性優點。其外觀質量良好，線型平順，表面平整，利于防水卷材鋪設，消除了卷材背后空鼓隱患，同時易于控制卷材鋪貼松弛度，防止卷材撕裂；另外，基坑內支撐結構鋼圍檁安裝時，其背后極少出現脫空現象，標高及軸線位置便于控制，最大限度地提升了支撐施工安全系數，使其接近設計要求；再者，模筑混凝土工藝有效縮減了防水卷材基面的二次找平施工工序，在一定程度上加快了施工進度。綜合以上優點，在施工中亦形成了本項目的一處亮點工程，在一定范圍內獲得了較好評價，一定程度上提升了企業的社會信譽。

4 結語

（1）噴射混凝土支護工藝作為地下結構的初期支護及基坑防水，具有施工簡便、快速、靈活，前期強度上升快等優點，在國內大部分內陸地區、地下水水位標高相對較低且土層穩定的區域，在對噴射混凝土面工后二次處理工作量小的情況下，其工期效益、經濟效益顯著，且符合基坑開挖中“開槽先撐、先撐后挖”以及及時封閉基坑側壁臨空面的安全原則。

（2）對于近海這種特殊復雜環境下的地鐵車站基坑工程，由于其土層穩定性差，土體富水且地下水位較高，采用模筑混凝土支護工藝，利用其自身密實度高、防水效果好、表面平整度高，方便防水卷材施工等特點，同條件下，對比噴射混凝土施工工藝，具有綜合工期短、經濟效益高、社會效益良好的優點，是一種可靠的復雜環境下的基坑支護及防水施工工藝。