高架車場變形縫滲水問題探討摘要:針對武漢市軌道交通1號線一期工程高架車場部分變形縫滲、漏水問題,從設計、現場實施角度,分析滲漏的主要原因,提出此類建筑物變形縫的處理建議和措施。由于高架車場在全國未見先例,在世界范圍也少見,設計方面在動載反復作用下的建筑物伸縮縫處理方面經驗欠缺,因此在確定高架車場方案之初設計人員就對變形縫的防水處理予以了高度的重視。在設計中進行了細致的考慮,對建筑變形縫的處理在一定程度上借鑒了橋梁變形縫的做法。針對高架車場功能的復雜性和特殊性,完善和布置最合理的平臺層屋面排水系統,適時檢查和清理,保持排水系統的暢通。考慮到高架車場平臺層排水面積較大,建議類似項目的防水工程設計中,適當提高泛水高度250~400mm。關鍵詞:高架車場;變形縫;滲漏;動載1 概述 武漢市軌道交通1號線一期工程配屬停放車輛、整備和檢修停車場及綜合維修基地(簡稱車場),地處繁華的漢口鬧市區,規劃用地狹長,南側緊鄰一期工程正線高架橋。平臺層與正線高架橋基本處于同一標高高度,是國內的第1座高架車場[1]。車場平面長度近860m,由于建筑房屋的技術要求,共設置20條變形縫。該車場沿長度方向大致分為6個大區,各區域承擔各自建筑功能,同時車場平臺層作為車場的主要功能區,承擔列車出、入庫,列車存放、動態檢測及列車檢修與維修的功能,因此車場建筑物經常處于一定水平反復動載作用之下。水平反復荷載給車場變形縫帶來更多的可變因素,變形縫的防水問題因此而顯得尤為重要,成為車場設計和實施的重點之一。2 車場變形縫工程2.1 變形縫的設計處理 由于高架車場在全國未見先例,在世界范圍也少見,設計方面在動載反復作用下的建筑物伸縮縫處理方面經驗欠缺,因此在確定高架車場方案之初設計人員就對變形縫的防水處理予以了高度的重視。在設計中進行了細致的考慮,對建筑變形縫的處理在一定程度上借鑒了橋梁變形縫的做法。圖1是變形縫施工大樣圖[2]。平臺層屋面進行了專業的防水處理(2層防水卷材、纖維混凝土保護層)。平臺層上與變形縫垂直的擋渣墻(@1.5m布置)泛水高度按250mm設計。
2.2 變形縫的施工及使用情況 工程實施過程中,施工方按照設計要求和相關施工規程完成變形縫的施工,對設計要求的瀝青麻絲和密封油膏等進行了細致的堵塞,并在屋面防水工程全面完成后實施超過48h的過水試驗[3],屋面板、變形縫均無一滲、漏現象。隨著相關土建工程完成后,車場平臺層進入設備安裝、工藝調試和使用階段。經過半年多的使用,收到大量關于車場平臺層伸縮縫滲水甚至局部漏水的問題反饋。經現場觀察,部分平臺層屋面底板變形縫處存在明顯黃色水漬,同時在大雨季節平臺層大面積積水。由于車場平臺層以下布置有集中的商業開發用房及辦公生活用房,屋面滲水問題帶來的影響較大。2.3 問題查找、滲水原因分析、整改與處理2.3.1 設計方案及改進措施 從圖1可以看出,②號角鋼(L140×90×10)通過與預埋鋼筋焊接,屋面梁板混凝土整體澆注。由于②號角鋼與屋面混凝土鋼性連接,是變形縫的薄弱點,在平臺層列車的動載反復作用下,②號角鋼與混凝土之間可能出現裂縫,雨水經過可能的縫隙向下滲漏。 根據武漢市軌道交通1號線一期工程線路的技術要求[1,4],列車在正線平均啟動加速度為0.83m/s2,常用制動加速度-1.0m/s2,緊急制動加速度-1.2m/s2,列車進庫時已經過制動減速,同時按技術要求庫內啟動加速度遠低于正線允許加速度。因此按a=0.83m/s2的較不利加速度值計算列車施加于屋面的反復荷載作用力最大值。作用力P通過碎石道床傳遞,可近似認為均布作用于屋面影響范圍內,列車空車質量m=128t,按列車長度l=80m、碎石道床寬h=3.9m范圍計算,應力擴散后傳遞至平臺層屋面板及伸縮縫。P=ma2/lh=128×103×0.83/80×3.9=0.34×103N/m2,P值遠小于屋面混凝土設計抗拉強度(車場屋面混凝土強度等級C30,抗拉強度ft=1.43N/mm2)。同時圖1中的②號角鋼與混凝土結構的連接屬變形縫的薄弱點,②號角鋼與小角鋼形成的頂部已填嵌縫油膏,屋面防水卷材橫跨變形縫多重搭接,因此以上荷載在初期不會致使變形縫處混凝土及油膏等開裂而產生滲漏。但由于屋面列車行走(加速啟動、減速制動),給房屋造成水平反復動載,尤其是輪軌振動給房屋帶來普通建筑物一般情況并不會直接承受的水平及豎向振動荷載,經過長時間的反復積累,造成②號角鋼與混凝土屋面基礎的疲勞微裂以及積累開裂,長時間后帶來滲水隱患。 對此提出圖2所示的改進方案。 (1)事前封堵。取消與②號角鋼相連的小角鋼及⑧號鋼板,通過增加橫跨變形縫的通長防水橡皮條覆蓋②號角鋼與混凝土的連接點,阻止積水通過變形縫向下滲漏。 (2)事后疏導。在變形縫兩側梁底以鍍鋅鐵皮設置通長導水槽至混凝土柱,與柱內壁直接形成排水通道,在非正常情況下對漏水起疏導作用。針對前期伸縮縫已投入使用、現場已出現滲漏,同時改進中為了增設⑦號槽鋼、切除原小角鋼及加長螺栓,需大量的焊接和切割操作,這些高溫情況下的帶火花的操作可能對原有橡膠墊片、嵌縫油膏及防水卷材等造成不被覺察的損傷,從而可能造成新的潛在滲水點,因此采取該疏解備用措施。2.3.2 施工方面 選定1條滲漏最嚴重的變形縫,通過觀察其主要漏水處共有3處:變形縫兩端(與女兒墻相接處),中間部位1處(其平臺上面正對道岔轉轍機,轉轍機為后期安裝)。清除變形縫表面碎石道渣、纖維混凝土保護層,未觀察到搭接于變形縫上的防水卷材開裂,但轉轍機處防水層破損嚴重,其破損主要在后期安裝設備時造成,且未能有效恢復;變形縫兩端與女兒墻相交處未進行實質性處理(僅有表面覆蓋層),形成垂直的直通孔洞。掀開屋面防水卷材,其下存在明顯的積水。設備安裝處防水層破損且恢復不力,雨水及積水從破損處滲漏,造成明顯漏水。進一步揭開變形縫鋼蓋板(圖1中⑧號鋼板),未觀察到變形縫的各構件明顯開裂和損傷。將變形縫兩端密封進行灌水試驗,未觀察到變形縫本身的滲漏現象。2.3.3 其它方面 平臺層處于露天之下,塵土長期積聚及碎石道渣可能對車場屋面排水系統的濾水蓖子造成堵塞,致使排水不暢,積水溢過泛水高度及通過受損的防水層進入防水卷材底層直接與混凝土屋面接觸,慢慢形成屋面滲水,經過變形縫邊緣(梁邊或板邊)滴滲形成水漬。超過泛水高度,進入防水卷材底部造成滲水,以及積水到一定高度,從變形縫兩端處理不密實的孔道直接漏水。3 結論與建議 通過第1節及第2節的闡述和分析,針對類似高架車場變形縫處理問題,提出以下結論和建議: (1)考慮到實施的難度及補強過程中可能產生新的損傷點,對于此類復雜建筑物,需首先仔細計算和確定類似圖2所示的可行方案,在變形縫施工時1次實施,盡量避免后期補強和修補。 (2)變形縫兩端處理不當及后期破壞是現車場滲漏的主要原因。全面檢查防水層及各條變形縫,查明各處滲漏的真實原因,據具體情況予以針對性的處理。全面恢復防水層及變形縫受損點,保證屋面防水層的完整性及其防水功能,全面處理變形縫兩端與女兒墻的相交處。對于后期設備系統安裝等不可避免帶來的防水層、伸張縫損傷,建議由專業隊伍實施恢復和補強。 (3)針對高架車場其功能的復雜性和特殊性,完善和布置最合理的平臺層屋面排水系統,適時檢查和清理,保持排水系統的暢通。考慮到高架車場平臺層排水面積較大,建議類似項目的防水工程設計中,適當提高泛水高度250~400mm。 (4)由于高架車場平臺長期處于列車行進的動載作用之下,普通建筑變形縫做法相比較而言更容易疲勞破壞。建議類似建筑的變形縫借鑒橋梁伸縮縫的做法,以延長其耐久性且易更換和維修。(5)由于車場建筑本身功能繁雜,平臺層工藝復雜,多專業交叉施工不可避免,因此精心施工、嚴格遵循各項施工技術規程至關重要。參考文獻:[1] 田品華,程振廷.我國首次采用的高架車場及綜合維修基地—武漢市軌道交通1號線一期工程石喬口車場.都市快軌交通,2004,17(5):40~43.[2] 中南地區通用建筑標準設計建筑配件圖集.變形縫.98ZJ111,1998.[3] 屋面工程質量驗收規范(GB50207-2002).北京:中國建筑工業出版社.[4] 田品華,程振廷.武漢市軌道交通1號線一期工程車站及高架線設計.現代城市軌道,2004,(5):26~28.
2.2 變形縫的施工及使用情況 工程實施過程中,施工方按照設計要求和相關施工規程完成變形縫的施工,對設計要求的瀝青麻絲和密封油膏等進行了細致的堵塞,并在屋面防水工程全面完成后實施超過48h的過水試驗[3],屋面板、變形縫均無一滲、漏現象。隨著相關土建工程完成后,車場平臺層進入設備安裝、工藝調試和使用階段。經過半年多的使用,收到大量關于車場平臺層伸縮縫滲水甚至局部漏水的問題反饋。經現場觀察,部分平臺層屋面底板變形縫處存在明顯黃色水漬,同時在大雨季節平臺層大面積積水。由于車場平臺層以下布置有集中的商業開發用房及辦公生活用房,屋面滲水問題帶來的影響較大。2.3 問題查找、滲水原因分析、整改與處理2.3.1 設計方案及改進措施 從圖1可以看出,②號角鋼(L140×90×10)通過與預埋鋼筋焊接,屋面梁板混凝土整體澆注。由于②號角鋼與屋面混凝土鋼性連接,是變形縫的薄弱點,在平臺層列車的動載反復作用下,②號角鋼與混凝土之間可能出現裂縫,雨水經過可能的縫隙向下滲漏。 根據武漢市軌道交通1號線一期工程線路的技術要求[1,4],列車在正線平均啟動加速度為0.83m/s2,常用制動加速度-1.0m/s2,緊急制動加速度-1.2m/s2,列車進庫時已經過制動減速,同時按技術要求庫內啟動加速度遠低于正線允許加速度。因此按a=0.83m/s2的較不利加速度值計算列車施加于屋面的反復荷載作用力最大值。作用力P通過碎石道床傳遞,可近似認為均布作用于屋面影響范圍內,列車空車質量m=128t,按列車長度l=80m、碎石道床寬h=3.9m范圍計算,應力擴散后傳遞至平臺層屋面板及伸縮縫。P=ma2/lh=128×103×0.83/80×3.9=0.34×103N/m2,P值遠小于屋面混凝土設計抗拉強度(車場屋面混凝土強度等級C30,抗拉強度ft=1.43N/mm2)。同時圖1中的②號角鋼與混凝土結構的連接屬變形縫的薄弱點,②號角鋼與小角鋼形成的頂部已填嵌縫油膏,屋面防水卷材橫跨變形縫多重搭接,因此以上荷載在初期不會致使變形縫處混凝土及油膏等開裂而產生滲漏。但由于屋面列車行走(加速啟動、減速制動),給房屋造成水平反復動載,尤其是輪軌振動給房屋帶來普通建筑物一般情況并不會直接承受的水平及豎向振動荷載,經過長時間的反復積累,造成②號角鋼與混凝土屋面基礎的疲勞微裂以及積累開裂,長時間后帶來滲水隱患。 對此提出圖2所示的改進方案。 (1)事前封堵。取消與②號角鋼相連的小角鋼及⑧號鋼板,通過增加橫跨變形縫的通長防水橡皮條覆蓋②號角鋼與混凝土的連接點,阻止積水通過變形縫向下滲漏。 (2)事后疏導。在變形縫兩側梁底以鍍鋅鐵皮設置通長導水槽至混凝土柱,與柱內壁直接形成排水通道,在非正常情況下對漏水起疏導作用。針對前期伸縮縫已投入使用、現場已出現滲漏,同時改進中為了增設⑦號槽鋼、切除原小角鋼及加長螺栓,需大量的焊接和切割操作,這些高溫情況下的帶火花的操作可能對原有橡膠墊片、嵌縫油膏及防水卷材等造成不被覺察的損傷,從而可能造成新的潛在滲水點,因此采取該疏解備用措施。2.3.2 施工方面 選定1條滲漏最嚴重的變形縫,通過觀察其主要漏水處共有3處:變形縫兩端(與女兒墻相接處),中間部位1處(其平臺上面正對道岔轉轍機,轉轍機為后期安裝)。清除變形縫表面碎石道渣、纖維混凝土保護層,未觀察到搭接于變形縫上的防水卷材開裂,但轉轍機處防水層破損嚴重,其破損主要在后期安裝設備時造成,且未能有效恢復;變形縫兩端與女兒墻相交處未進行實質性處理(僅有表面覆蓋層),形成垂直的直通孔洞。掀開屋面防水卷材,其下存在明顯的積水。設備安裝處防水層破損且恢復不力,雨水及積水從破損處滲漏,造成明顯漏水。進一步揭開變形縫鋼蓋板(圖1中⑧號鋼板),未觀察到變形縫的各構件明顯開裂和損傷。將變形縫兩端密封進行灌水試驗,未觀察到變形縫本身的滲漏現象。2.3.3 其它方面 平臺層處于露天之下,塵土長期積聚及碎石道渣可能對車場屋面排水系統的濾水蓖子造成堵塞,致使排水不暢,積水溢過泛水高度及通過受損的防水層進入防水卷材底層直接與混凝土屋面接觸,慢慢形成屋面滲水,經過變形縫邊緣(梁邊或板邊)滴滲形成水漬。超過泛水高度,進入防水卷材底部造成滲水,以及積水到一定高度,從變形縫兩端處理不密實的孔道直接漏水。3 結論與建議 通過第1節及第2節的闡述和分析,針對類似高架車場變形縫處理問題,提出以下結論和建議: (1)考慮到實施的難度及補強過程中可能產生新的損傷點,對于此類復雜建筑物,需首先仔細計算和確定類似圖2所示的可行方案,在變形縫施工時1次實施,盡量避免后期補強和修補。 (2)變形縫兩端處理不當及后期破壞是現車場滲漏的主要原因。全面檢查防水層及各條變形縫,查明各處滲漏的真實原因,據具體情況予以針對性的處理。全面恢復防水層及變形縫受損點,保證屋面防水層的完整性及其防水功能,全面處理變形縫兩端與女兒墻的相交處。對于后期設備系統安裝等不可避免帶來的防水層、伸張縫損傷,建議由專業隊伍實施恢復和補強。 (3)針對高架車場其功能的復雜性和特殊性,完善和布置最合理的平臺層屋面排水系統,適時檢查和清理,保持排水系統的暢通。考慮到高架車場平臺層排水面積較大,建議類似項目的防水工程設計中,適當提高泛水高度250~400mm。 (4)由于高架車場平臺長期處于列車行進的動載作用之下,普通建筑變形縫做法相比較而言更容易疲勞破壞。建議類似建筑的變形縫借鑒橋梁伸縮縫的做法,以延長其耐久性且易更換和維修。(5)由于車場建筑本身功能繁雜,平臺層工藝復雜,多專業交叉施工不可避免,因此精心施工、嚴格遵循各項施工技術規程至關重要。參考文獻:[1] 田品華,程振廷.我國首次采用的高架車場及綜合維修基地—武漢市軌道交通1號線一期工程石喬口車場.都市快軌交通,2004,17(5):40~43.[2] 中南地區通用建筑標準設計建筑配件圖集.變形縫.98ZJ111,1998.[3] 屋面工程質量驗收規范(GB50207-2002).北京:中國建筑工業出版社.[4] 田品華,程振廷.武漢市軌道交通1號線一期工程車站及高架線設計.現代城市軌道,2004,(5):26~28.