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        方案簡介

        港珠澳大橋東接香港特別行政區,西接廣東省珠海市和澳門特別行政區,是國家高速公路網規劃中珠江三角洲(簡稱珠三角)地區環線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關鍵性工程,將形成連接珠江東西兩岸的新的公路運輸通道。

        施工詳情

        港珠澳大橋島隧工程西人工島隧道防水施工技術
        李步恩 邱輝元

        (廣東賽力克建筑技術工程有限公司,廣東 廣州 510660)

        要:港珠澳大橋島隧工程西人工島隧道外包防水設計為噴涂聚脲防水涂料,該材料特點:附著力好、高強度、高彈性,連續無接縫,而且具有良好的耐磨性、耐化學腐蝕性和耐老化性,使用噴涂聚脲防水涂料作防腐、防水層是提高橋梁結構耐久性的重要手段。

        關鍵詞:島隧工程;施工條件;基層修補;噴涂聚脲;粘結強度檢測

        1、工程概況 

        港珠澳大橋是連接香港、珠海和澳門的特大型橋梁隧道結合工程,橫跨珠江口伶仃洋海域,西岸著陸點為珠海拱北和澳門明珠,東岸著陸點為香港大嶼山西北的散石灣。該橋通車后,由香港開車到珠?;虬拈T,只需要15~20分鐘,目前行船需一個小時,有助吸引香港投資者到珠江三角洲投資,并可促進港、珠、澳三地的旅游業。港珠澳大橋連通,香港、澳門、珠海三地具有重大的政治及經濟意義。

        港珠澳大橋主體工程全長約35km,橋隧組合方案5.99km的海底沉管隧道通過東、西人工島銜接,島內隧道分為163m暗埋段和382m引道段。港珠澳大橋島隧工程是目前世界范圍內綜合難度和規模最大的隧道工程,該工程于2011年1月正式開工,西人工島呈蠔貝形(圖1),長度為625m,最寬處190m,面積9.7萬平方米。

        港珠澳大橋西人工島島上段隧道分為暗埋段、減光段、敞開段。根據設計要求在隧道迎水面噴涂聚脲防水涂料。為盡快具備與海底沉管隧道對接條件,我司于2012年12月進場,首先對暗埋段東端

        51.7m(K12+588.000~K12+639.700)島上現澆結構迎水面進行噴涂聚脲防水層,剩余節段施工將根據土建進度分段做聚脲防水層施工。

        圖1 港珠澳大橋島隧工程西人工島效果圖

        2、島隧工程外包防水范圍及構造層次

        噴涂聚脲防水涂料范圍為所有+5.5m標高以下的結構(不包括+5.5m板頂面)迎水面,包括外側墻表面、+4m標高板頂面等。詳見圖2、圖3。

        圖2 +4m標高截面防水構造圖


        圖3 +5.5m標高截面防水構造圖

        3、材料選擇

        3.1、噴涂聚脲防水涂料

        工程中,使用噴涂聚脲防水涂料彈性體是一種固含量高、雙組份、快速固化,現場噴涂成型的高性能材料。噴涂聚脲彈性體產品主要有異氰酸酯半預聚體、端氨基聚醚擴鏈劑、顏料組成,噴涂聚脲彈性體具有強度高、附著力好、耐化學性能優異、施工快捷等優點,主要用于混凝土結構外壁防腐、防水及其他鋼結構防腐領域。噴涂聚脲防水涂料性能指標滿足表1有關要求。

        表1 噴涂聚脲防水涂料性能指標

        3.2、配套底

        配套底涂應與噴涂聚脲防水涂料的材性相容,粘結力強,產品無毒,符合環保要求。配套底涂料性能指標滿足表2有關要求。

        表2 配套底涂料性能指標


        4、施工工藝

        4.1、施工條件及準備工作

        (1)、噴涂聚脲作業應在環境溫度大于5℃、相對濕度小于85%。在4級風及以上的露天環境條件下,不宜實施噴涂作業,且嚴禁在雨天、雪天實施露天噴涂作業。

        (2)、防水層基層表面必須充分干燥,施工前應測試基層的含水率小于9%,且基層表面溫度比露點溫度至少高3℃的,測試簡易方法:在施工前用1㎡正方形卷材平鋪于基層上,3~4小時后揭起,若卷材及基層面上無水印便可施工。

        (3)、混凝土基層應平整、清潔、堅實(達到設計強度)、不得有孔洞、空鼓、脫層、蜂窩麻面。平整度達到4m靠尺,尺與基層間隙<3mm。陽角應順滑,陰角應做4×4cm的倒角?;鶎颖砻娴牧芽p根據相關技術要求進行處理。

        (4)、主要施工機具準備

        采用Graco H-XP3噴涂設備進行噴涂施工, H-XP3是目前較先進的聚脲噴涂設備,該設備的噴涂能力約為1200 ㎡/臺班。該噴涂機擁有數碼加熱控制系統,可以最佳地控制原料工藝溫度,壓力補償的自動控制壓力,確保1:1配比準確和噴涂溫度穩定,該設備具有物料輸送、計量、混合加熱、噴射和自動清潔等功能。主要施工設備見表3。

        表3 主要施工設備

        (5)、按設計圖紙準備所需材料、設備及施工人員,并報送相關資料給相關單位預審批復,進場后相關施工人員安全培訓及技術交底。

        4.2、施工流程

        基層處理→基層修補→底涂施工→聚脲噴涂→特殊部位處理→聚脲涂層修補

        4.3、操作要點

        (1)、基層處

        使用角磨機(圖4示)將所有需要噴涂的基面打磨并除塵,徹底去除表面的浮漿、起皮、疏松和雜質等結合薄弱的物質,使基層獲得合適的粗糙度,增強噴涂聚脲涂層與基層的粘結強度。對于局部油污,可用丙酮或酒精清洗。

        圖4 角磨機打磨基面

         (2)、基層修補

        根據現場實際情況,混凝土基面打磨后針孔全面分布較多,無法采用局部修補的辦法,只能采用全面批刮修補膩子封孔(圖5示)來滿足聚脲噴涂質量要求需要,全面批刮修補膩子目的是封填針孔及找平。

        1)、采用賽力克公司生產的環氧類聚脲配套修補膩子,按廠家設定配比(配比為:A:B:石英砂和水泥=4:1:適量的石英砂和水泥)攪拌均勻,根據基面實際缺陷程度大小,加入適量的石英砂和水泥做填料對混凝土基面封填刮涂,刮涂涂層時不宜流掛及過厚,只需把針孔封填嚴實就好。如全面批刮修補膩子后仍有大量針孔,需重復批刮或局部修補。

        2)、基面基本達到要求時,修補膩子完全固化后,使用角磨機輕度打磨修補后的基面去除浮漿及灰塵;

        3)、輕度打磨后發現基面仍有較明顯的針孔,仍需局部采用修補膩子修補針孔,至基面達到噴涂聚脲要求(基面最終只允許有少許細小針眼,但不允許有大的孔洞及缺陷)

        4)、根據現場氣溫等氣候條件,最后一次修補膩子完全固化后(一般為24小時后),可進行配套底涂施工。

        圖5 批刮修補膩子

        (3)、底涂施工

        底涂材料采用賽力克公司生產的高固含聚氨酯配套底涂,按廠家設定配比(配比為:A:B =3.5:1)攪拌均勻滾涂或涂刷(圖6示),大面積施工采用輥涂或機械噴涂工藝,邊角溝槽輔以涂刷。要求涂布均勻,無漏涂、無堆積?,F場作業時,應做好合格基層的保護,防止二次污染。底涂徹底干后可以噴涂聚脲(一般為6-24小時)。


        圖6底涂施工

        (4)、噴涂聚脲彈性體防水涂料

        1)、最后一次檢查修補膩子或底涂后的基面是否符合噴涂聚脲要求,如不符合繼續修補,如符合時做好材料及設備準備,待噴。

        2)、現場施工操作人員作好勞動安全保護。噴涂作業工人配備必要的勞保用品。包括工作服、護目鏡、防護面具、口罩、手套、安全鞋、急救箱等。    

        3)、正式開始噴涂前,先用塑料布將噴涂區域以外的區域進行遮擋,并按設計要求預先做好工程細部構造處理,再進行大面積噴涂,施工現場應保持良好通風。

        4)、聚脲涂料由甲組(A組)和乙組(B組)兩種組份組成。聚脲防水涂料噴涂施工前,檢查A、B兩組份物料是否正常,使用時將B料用氣動攪拌器進行充分攪拌,并使之均勻,施工過程中保持連續攪拌。噴涂設備由專業人員管理和操作,根據材料特性、施工現場條件等適時調整設備各項參數,確保涂層噴涂質量。嚴禁現場向涂料中添加任何稀釋劑,嚴禁混淆A、B組分進料系統。

        5)、噴涂作業時,操作員手持噴槍噴涂施工,噴槍宜垂直于待噴基層,距離適中,移動速度均勻(圖7示);噴涂順序為先難后易、先上后下,縱橫交叉噴涂至設計要求的厚度,應連續作業,一般人工噴涂2遍能達到1.5厚。噴涂作業時,如發現異常情況,應立即停止作業,檢查并排除故障后方可繼續施工。

        6)、桶內涂料每次應盡量用完,如噴涂作業結束后桶內尚有余料,且下次噴涂間隔超過24h時,應向A料桶內充氮氣或干燥空氣密封保存。

        圖7 噴涂聚脲現場

        (5)、特殊部位處理

        1)、變形縫處防水

        變形縫處設置了外貼式止水帶,將止水帶兩側混凝土打磨,使止水帶與混凝土表面相平,環氧砂漿填充縫隙并打磨平整,人工清理止水帶上浮漿、油污等,必要時使用丙酮或酒精等有機溶劑沖洗,使止水帶表面干凈無污染。變形縫止水帶100cm寬范圍聚脲涂層需加厚至2mm(圖8示)在噴涂到此部位時,比大面積多噴一遍從而達到設計厚度。


        圖8 變形縫處外貼式止水帶聚脲涂層構造

        2)、陰陽角處聚脲涂層構造

        陰角處平、立面各30cm范圍內聚脲涂層厚度為2mm,陽角處平、立面各20cm范圍內聚脲涂層厚度為2mm(圖9示)。


        圖9 陰陽角處聚脲涂層構造

        3)、收頭處防水

        頂部收頭至+5.5板頂邊緣(非變形縫處涂層不需加厚),需設置低模量聚氨酯密封膠封邊(圖10示);底部收頭需至底板倒角下口(圖11示)。


        圖10 變形縫收頭處聚脲涂層構造


        圖11 底部收頭處聚脲涂層構造

        4)、變形縫頂部及底部都需在收頭處設置低模量聚氨酯密封膠封邊,底部收頭只需至底板倒角上口。變形縫底部收頭處聚脲涂層構造見圖12。

          

        圖12 變形縫收頭處聚脲涂層構造

        5)、側墻頂部回填土面以上,+5.5m標高以下部分,聚脲涂層需加厚至2mm,并需設置聚乙烯泡沫保護板,厚度10mm。見圖13示。


         圖13 側墻頂部回填土面處構造圖

        6)、搭接施工

        噴涂聚脲防水涂層兩次施工間隔在6小時以上,需要搭接連成一體的部位,在第一次施工時應預留出15~20cm的操作面同后續防水層進行可靠的搭接。施工后續防水層前,應對已施工的防水層邊緣15cm寬度范圍內的涂層表面進行清潔處理,保證原有防水層表面清潔、干燥、無油污及其他污染物。采用高固含聚氨酯搭接底涂,對原有防水層表面15cm范圍內做預處理,在4~24小時之內噴涂后續防水層,后續防水層與原有防水層搭接寬度至少10cm。

        (6)、聚脲涂層修補

        當噴涂聚脲完成一個面的施工時,必須及時檢查,如發現有針孔時及時采用少量手刮聚脲材料按比例用手工快速調制封堵針孔(圖14示)。


         圖14 針眼修補

        如果在噴涂過程中出現小于 250cm2的鼓包,修補涂層時,先剔除鼓包,清除損傷及粘結不牢的涂層,并將缺陷部位邊緣100mm范圍內的涂層及基層打毛清理干凈,涂高固含聚氨酯配套底涂。底涂固化后,采用少量手刮聚脲材料按比例用手工修補至設計厚度。 

        對于大于 250cm2的鼓包及破損處,應剔除至混凝土基層,重新刮涂基層處理劑、按設計要求厚度噴涂聚脲涂層,噴涂聚脲涂層之前應采用高固含聚氨酯配套底涂對原有防水層表面進行處理。 防止重新噴涂的涂層與原聚脲涂層界面粘結不牢而產生分層。 

        4.4、防水工程質量驗收

        (1)、現場試樣檢驗

        每次大面積施工前,試噴涂一塊500mm×500mm、厚度不小于1.5mm的樣片,由施工技術主管進行質量評價,合格后方可進行大面積噴涂施工。

        (2)、聚脲防水層外觀檢測

        聚脲表面應平整連續,無漏涂、無流掛、無起泡、無空鼓、無開裂、無異物混入,噴涂聚脲涂層顏色基本一致;用20倍放大鏡目測檢查有無針孔。

        (3)、粘結強度及厚度檢測
        涂層噴涂作業完成7天后進行正拉粘結強度檢測,要求≥2.0Mpa且正常破壞;在進行涂層正拉粘結強度檢測并破壞的部位,用刀片垂直于基層割取20mm×20mm的涂層試樣測厚度,厚度應符合設計要求,檢測的最小厚度不小于設計厚度的80%。聚脲防水涂層質量要求見表4。

        表4  聚脲防水涂層質量要求

        5、注意事項

        5.1、防水層空鼓,主要原因是基層和環境影響,事先修補好基層的缺陷、裂縫、空洞,確?;婊炷翀詫?、無疏松結構、平整、清潔、無塵土,施工期間注意對周圍環境的保護,車輛在施工便道上行駛,便道定期灑水養護,減少車輛行駛揚塵。要嚴格控制底涂施工前必須檢測基層干燥度,噴涂前基層干燥;雨天或4級風以上天氣不得施工,趕工期須做好應對措施。

        5.2、底涂施工完成后,與噴涂聚脲作業的間隔時間不應超過生產廠商的規定,一般在底涂施工完成4時后,24小時前進行聚脲噴涂。底涂層應均勻、無堆積和漏涂;聚脲防水層應噴涂均勻,確保不漏噴,無脫落、開裂、與基層粘結牢固,厚度符合設計要求,。

        5.3、噴涂過程中會產生大量的氣霧,對呼吸道有一定刺激性,且噴涂施工時物料溫度較高(一般在60℃左右),易飛濺,故施工時,保證通風良好,施工人員應穿戴好經認證的呼吸防護設備,防毒面具,佩戴化學安全護目鏡、橡膠手套、防護帽或連體防護服等勞保用品,做好個人安全保護;在任何時候,任何情況下噴槍口不能對著人。

        5.4、本項目為海上高空作業,側壁涂層施工最高達17.42米,工作架采用主體結構施工時使用的承插型盤扣式鋼管腳手架,施工人員須系好安全帶作業。

        5.5、施工完畢(圖15示),涂層噴涂后雖然迅速固化,但達到具有抗施工損傷的硬度一般要在4-8h,聚脲噴涂完應注意防護,避免尖銳物體對聚脲涂層的碰撞破壞;做好成品保護,嚴禁物體對防水層面撞擊。如發現破損,必須及時修補。在噴涂完成的聚脲涂層表面直接進行電焊作業等施工時會將其破壞,在不得已的情況下施工,應事先設置隔離層。

        圖15 完成噴涂聚脲后現場圖

        6、結語

        港珠澳大橋島隧工程設計使用年限120年,噴涂聚脲防水涂層的質量要求非常高,聚脲防水涂層是港珠澳大橋島隧工程的關鍵性工序,噴涂聚脲防水涂層施工質量對隧道的整體質量和結構的耐久性有著重要的影響。

        本工程屬于海上作業,施工人員、材料、機械設備進退場均須船舶運輸,分多次施工,施工工期短,質量要求高,特殊部位多,交叉作業頻繁,環境條件不利,需經驗豐富的管理人員及專業施工團隊嚴格按照施工流程及操作要點進行施工,方能確保噴涂聚脲防水涂層質量。

        施工視頻

        【視頻簡介】

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