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方案简介

港珠澳大桥东接香港特别行政区,西接广东省珠海市和澳门特别行政区,是国家高速公路网规划中珠江三角洲(简称珠三角)地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程,将形成连接珠江东西两岸的新的公路运输通道。

施工详情

港珠澳大桥岛隧工程西人工岛隧道防水施工技术
李步恩 邱辉元

(广东赛力克建筑技术工程有限公司,广东 广州 510660)

要:港珠澳大桥岛隧工程西人工岛隧道外包防水设计为喷涂聚脲防水涂料,该材料特点:附着力好、高强度、高弹性,连续无接缝,而且具有良好的耐磨性、耐化学腐蚀性和耐老化性,使用喷涂聚脲防水涂料作防腐、防水层是提高桥梁结构耐久性的重要手段。

关键词:岛隧工程;施工条件;基层修补;喷涂聚脲;粘结强度检测

1、工程概况 

港珠澳大桥是连接香港、珠海和澳门的特大型桥梁隧道结合工程,横跨珠江口伶仃洋海域,西岸着陆点为珠海拱北和澳门明珠,东岸着陆点为香港大屿山西北的散石湾。该桥通车后,由香港开车到珠海或澳门,只需要15~20分钟,目前行船需一个小时,有助吸引香港投资者到珠江三角洲投资,并可促进港、珠、澳三地的旅游业。港珠澳大桥连通,香港、澳门、珠海三地具有重大的政治及经济意义。

港珠澳大桥主体工程全长约35km,桥隧组合方案5.99km的海底沉管隧道通过东、西人工岛衔接,岛内隧道分为163m暗埋段和382m引道段。港珠澳大桥岛隧工程是目前世界范围内综合难度和规模最大的隧道工程,该工程于2011年1月正式开工,西人工岛呈蚝贝形(图1),长度为625m,最宽处190m,面积9.7万平方米。

港珠澳大桥西人工岛岛上段隧道分为暗埋段、减光段、敞开段。根据设计要求在隧道迎水面喷涂聚脲防水涂料。为尽快具备与海底沉管隧道对接条件,我司于2012年12月进场,首先对暗埋段东端

51.7m(K12+588.000~K12+639.700)岛上现浇结构迎水面进行喷涂聚脲防水层,剩余节段施工将根据土建进度分段做聚脲防水层施工。

图1 港珠澳大桥岛隧工程西人工岛效果图

2、岛隧工程外包防水范围及构造层次

喷涂聚脲防水涂料范围为所有+5.5m标高以下的结构(不包括+5.5m板顶面)迎水面,包括外侧墙表面、+4m标高板顶面等。详见图2、图3。

图2 +4m标高截面防水构造图


图3 +5.5m标高截面防水构造图

3、材料选择

3.1、喷涂聚脲防水涂料

工程中,使用喷涂聚脲防水涂料弹性体是一种固含量高、双组份、快速固化,现场喷涂成型的高性能材料。喷涂聚脲弹性体产品主要有异氰酸酯半预聚体、端氨基聚醚扩链剂、颜料组成,喷涂聚脲弹性体具有强度高、附着力好、耐化学性能优异、施工快捷等优点,主要用于混凝土结构外壁防腐、防水及其他钢结构防腐领域。喷涂聚脲防水涂料性能指标满足表1有关要求。

表1 喷涂聚脲防水涂料性能指标

3.2、配套底

配套底涂应与喷涂聚脲防水涂料的材性相容,粘结力强,产品无毒,符合环保要求。配套底涂料性能指标满足表2有关要求。

表2 配套底涂料性能指标


4、施工工艺

4.1、施工条件及准备工作

(1)、喷涂聚脲作业应在环境温度大于5℃、相对湿度小于85%。在4级风及以上的露天环境条件下,不宜实施喷涂作业,且严禁在雨天、雪天实施露天喷涂作业。

(2)、防水层基层表面必须充分干燥,施工前应测试基层的含水率小于9%,且基层表面温度比露点温度至少高3℃的,测试简易方法:在施工前用1㎡正方形卷材平铺于基层上,3~4小时后揭起,若卷材及基层面上无水印便可施工。

(3)、混凝土基层应平整、清洁、坚实(达到设计强度)、不得有孔洞、空鼓、脱层、蜂窝麻面。平整度达到4m靠尺,尺与基层间隙<3mm。阳角应顺滑,阴角应做4×4cm的倒角。基层表面的裂缝根据相关技术要求进行处理。

(4)、主要施工机具准备

采用Graco H-XP3喷涂设备进行喷涂施工, H-XP3是目前较先进的聚脲喷涂设备,该设备的喷涂能力约为1200 ㎡/台班。该喷涂机拥有数码加热控制系统,可以最佳地控制原料工艺温度,压力补偿的自动控制压力,确保1:1配比准确和喷涂温度稳定,该设备具有物料输送、计量、混合加热、喷射和自动清洁等功能。主要施工设备见表3。

表3 主要施工设备

(5)、按设计图纸准备所需材料、设备及施工人员,并报送相关资料给相关单位预审批复,进场后相关施工人员安全培训及技术交底。

4.2、施工流程

基层处理→基层修补→底涂施工→聚脲喷涂→特殊部位处理→聚脲涂层修补

4.3、操作要点

(1)、基层处

使用角磨机(图4示)将所有需要喷涂的基面打磨并除尘,彻底去除表面的浮浆、起皮、疏松和杂质等结合薄弱的物质,使基层获得合适的粗糙度,增强喷涂聚脲涂层与基层的粘结强度。对于局部油污,可用丙酮或酒精清洗。

图4 角磨机打磨基面

 (2)、基层修补

根据现场实际情况,混凝土基面打磨后针孔全面分布较多,无法采用局部修补的办法,只能采用全面批刮修补腻子封孔(图5示)来满足聚脲喷涂质量要求需要,全面批刮修补腻子目的是封填针孔及找平。

1)、采用赛力克公司生产的环氧类聚脲配套修补腻子,按厂家设定配比(配比为:A:B:石英砂和水泥=4:1:适量的石英砂和水泥)搅拌均匀,根据基面实际缺陷程度大小,加入适量的石英砂和水泥做填料对混凝土基面封填刮涂,刮涂涂层时不宜流挂及过厚,只需把针孔封填严实就好。如全面批刮修补腻子后仍有大量针孔,需重复批刮或局部修补。

2)、基面基本达到要求时,修补腻子完全固化后,使用角磨机轻度打磨修补后的基面去除浮浆及灰尘;

3)、轻度打磨后发现基面仍有较明显的针孔,仍需局部采用修补腻子修补针孔,至基面达到喷涂聚脲要求(基面最终只允许有少许细小针眼,但不允许有大的孔洞及缺陷)

4)、根据现场气温等气候条件,最后一次修补腻子完全固化后(一般为24小时后),可进行配套底涂施工。

图5 批刮修补腻子

(3)、底涂施工

底涂材料采用赛力克公司生产的高固含聚氨酯配套底涂,按厂家设定配比(配比为:A:B =3.5:1)搅拌均匀滚涂或涂刷(图6示),大面积施工采用辊涂或机械喷涂工艺,边角沟槽辅以涂刷。要求涂布均匀,无漏涂、无堆积。现场作业时,应做好合格基层的保护,防止二次污染。底涂彻底干后可以喷涂聚脲(一般为6-24小时)。


图6底涂施工

(4)、喷涂聚脲弹性体防水涂料

1)、最后一次检查修补腻子或底涂后的基面是否符合喷涂聚脲要求,如不符合继续修补,如符合时做好材料及设备准备,待喷。

2)、现场施工操作人员作好劳动安全保护。喷涂作业工人配备必要的劳保用品。包括工作服、护目镜、防护面具、口罩、手套、安全鞋、急救箱等。    

3)、正式开始喷涂前,先用塑料布将喷涂区域以外的区域进行遮挡,并按设计要求预先做好工程细部构造处理,再进行大面积喷涂,施工现场应保持良好通风。

4)、聚脲涂料由甲组(A组)和乙组(B组)两种组份组成。聚脲防水涂料喷涂施工前,检查A、B两组份物料是否正常,使用时将B料用气动搅拌器进行充分搅拌,并使之均匀,施工过程中保持连续搅拌。喷涂设备由专业人员管理和操作,根据材料特性、施工现场条件等适时调整设备各项参数,确保涂层喷涂质量。严禁现场向涂料中添加任何稀释剂,严禁混淆A、B组分进料系统。

5)、喷涂作业时,操作员手持喷枪喷涂施工,喷枪宜垂直于待喷基层,距离适中,移动速度均匀(图7示);喷涂顺序为先难后易、先上后下,纵横交叉喷涂至设计要求的厚度,应连续作业,一般人工喷涂2遍能达到1.5厚。喷涂作业时,如发现异常情况,应立即停止作业,检查并排除故障后方可继续施工。

6)、桶内涂料每次应尽量用完,如喷涂作业结束后桶内尚有余料,且下次喷涂间隔超过24h时,应向A料桶内充氮气或干燥空气密封保存。

图7 喷涂聚脲现场

(5)、特殊部位处理

1)、变形缝处防水

变形缝处设置了外贴式止水带,将止水带两侧混凝土打磨,使止水带与混凝土表面相平,环氧砂浆填充缝隙并打磨平整,人工清理止水带上浮浆、油污等,必要时使用丙酮或酒精等有机溶剂冲洗,使止水带表面干净无污染。变形缝止水带100cm宽范围聚脲涂层需加厚至2mm(图8示)在喷涂到此部位时,比大面积多喷一遍从而达到设计厚度。


图8 变形缝处外贴式止水带聚脲涂层构造

2)、阴阳角处聚脲涂层构造

阴角处平、立面各30cm范围内聚脲涂层厚度为2mm,阳角处平、立面各20cm范围内聚脲涂层厚度为2mm(图9示)。


图9 阴阳角处聚脲涂层构造

3)、收头处防水

顶部收头至+5.5板顶边缘(非变形缝处涂层不需加厚),需设置低模量聚氨酯密封胶封边(图10示);底部收头需至底板倒角下口(图11示)。


图10 变形缝收头处聚脲涂层构造


图11 底部收头处聚脲涂层构造

4)、变形缝顶部及底部都需在收头处设置低模量聚氨酯密封胶封边,底部收头只需至底板倒角上口。变形缝底部收头处聚脲涂层构造见图12。

  

图12 变形缝收头处聚脲涂层构造

5)、侧墙顶部回填土面以上,+5.5m标高以下部分,聚脲涂层需加厚至2mm,并需设置聚乙烯泡沫保护板,厚度10mm。见图13示。


 图13 侧墙顶部回填土面处构造图

6)、搭接施工

喷涂聚脲防水涂层两次施工间隔在6小时以上,需要搭接连成一体的部位,在第一次施工时应预留出15~20cm的操作面同后续防水层进行可靠的搭接。施工后续防水层前,应对已施工的防水层边缘15cm宽度范围内的涂层表面进行清洁处理,保证原有防水层表面清洁、干燥、无油污及其他污染物。采用高固含聚氨酯搭接底涂,对原有防水层表面15cm范围内做预处理,在4~24小时之内喷涂后续防水层,后续防水层与原有防水层搭接宽度至少10cm。

(6)、聚脲涂层修补

当喷涂聚脲完成一个面的施工时,必须及时检查,如发现有针孔时及时采用少量手刮聚脲材料按比例用手工快速调制封堵针孔(图14示)。


 图14 针眼修补

如果在喷涂过程中出现小于 250cm2的鼓包,修补涂层时,先剔除鼓包,清除损伤及粘结不牢的涂层,并将缺陷部位边缘100mm范围内的涂层及基层打毛清理干净,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补至设计厚度。 

对于大于 250cm2的鼓包及破损处,应剔除至混凝土基层,重新刮涂基层处理剂、按设计要求厚度喷涂聚脲涂层,喷涂聚脲涂层之前应采用高固含聚氨酯配套底涂对原有防水层表面进行处理。 防止重新喷涂的涂层与原聚脲涂层界面粘结不牢而产生分层。 

4.4、防水工程质量验收

(1)、现场试样检验

每次大面积施工前,试喷涂一块500mm×500mm、厚度不小于1.5mm的样片,由施工技术主管进行质量评价,合格后方可进行大面积喷涂施工。

(2)、聚脲防水层外观检测

聚脲表面应平整连续,无漏涂、无流挂、无起泡、无空鼓、无开裂、无异物混入,喷涂聚脲涂层颜色基本一致;用20倍放大镜目测检查有无针孔。

(3)、粘结强度及厚度检测
涂层喷涂作业完成7天后进行正拉粘结强度检测,要求≥2.0Mpa且正常破坏;在进行涂层正拉粘结强度检测并破坏的部位,用刀片垂直于基层割取20mm×20mm的涂层试样测厚度,厚度应符合设计要求,检测的最小厚度不小于设计厚度的80%。聚脲防水涂层质量要求见表4。

表4  聚脲防水涂层质量要求

5、注意事项

5.1、防水层空鼓,主要原因是基层和环境影响,事先修补好基层的缺陷、裂缝、空洞,确保基面混凝土坚实、无疏松结构、平整、清洁、无尘土,施工期间注意对周围环境的保护,车辆在施工便道上行驶,便道定期洒水养护,减少车辆行驶扬尘。要严格控制底涂施工前必须检测基层干燥度,喷涂前基层干燥;雨天或4级风以上天气不得施工,赶工期须做好应对措施。

5.2、底涂施工完成后,与喷涂聚脲作业的间隔时间不应超过生产厂商的规定,一般在底涂施工完成4时后,24小时前进行聚脲喷涂。底涂层应均匀、无堆积和漏涂;聚脲防水层应喷涂均匀,确保不漏喷,无脱落、开裂、与基层粘结牢固,厚度符合设计要求,。

5.3、喷涂过程中会产生大量的气雾,对呼吸道有一定刺激性,且喷涂施工时物料温度较高(一般在60℃左右),易飞溅,故施工时,保证通风良好,施工人员应穿戴好经认证的呼吸防护设备,防毒面具,佩戴化学安全护目镜、橡胶手套、防护帽或连体防护服等劳保用品,做好个人安全保护;在任何时候,任何情况下喷枪口不能对着人。

5.4、本项目为海上高空作业,侧壁涂层施工最高达17.42米,工作架采用主体结构施工时使用的承插型盘扣式钢管脚手架,施工人员须系好安全带作业。

5.5、施工完毕(图15示),涂层喷涂后虽然迅速固化,但达到具有抗施工损伤的硬度一般要在4-8h,聚脲喷涂完应注意防护,避免尖锐物体对聚脲涂层的碰撞破坏;做好成品保护,严禁物体对防水层面撞击。如发现破损,必须及时修补。在喷涂完成的聚脲涂层表面直接进行电焊作业等施工时会将其破坏,在不得已的情况下施工,应事先设置隔离层。

图15 完成喷涂聚脲后现场图

6、结语

港珠澳大桥岛隧工程设计使用年限120年,喷涂聚脲防水涂层的质量要求非常高,聚脲防水涂层是港珠澳大桥岛隧工程的关键性工序,喷涂聚脲防水涂层施工质量对隧道的整体质量和结构的耐久性有着重要的影响。

本工程属于海上作业,施工人员、材料、机械设备进退场均须船舶运输,分多次施工,施工工期短,质量要求高,特殊部位多,交叉作业频繁,环境条件不利,需经验丰富的管理人员及专业施工团队严格按照施工流程及操作要点进行施工,方能确保喷涂聚脲防水涂层质量。

施工视频

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