[转贴]：地下工程防水的“概念设计”方法

zsyzh

?引言
??近十几年来地下工程建设飞速发展 ,尤其是国内外的
??土木界非常重视我国专家最近提出的“地下空间可持续发
??展”概念 ,即认为２１世纪是人类大力开发、利用地下空间的
??世纪 ,地下工程防水技术也变成了学术界和工程界十分关
??注的热点问题。大量工程实践证明 ,一个地下工程项目的成
??败 ,在很大程度上取决于对地下水治理的效果如何。这其中
??涉及到防水设计、防水材料、施工工艺以及岩土环境条件和
??地下结构构造等多方面因素的合理选择及相互协调。因此 ,
??尽管国内外的一些学者及工程技术人员投入了大量的精
??力、物力和财力 ,从防水技术可能涉及的各专业领域分别进
??行了深入研究 ,也取得了丰硕的成果 ,但由于地下工程本身
??的特点及防水技术还涉及很多从目前的理论及技术发展水
??平来说不易很好定量控制的因素 ,仍然有很多工程甚至是
??重要的地下工程存在渗漏水隐患或已导致事故。鉴于此 ,笔
??者在分析现有技术条件特点的基础上 ,提出了地下工程防
??水的“概念设计”方法 ,具体思路是 ,对于常规防水设计无法
??恰当地综合考虑的因素 ,如某些环境因素、施工技术因素、
??防水材料特性以及上述诸因素与设计方案的适应性等 ,要
??从其物理概念出发 ,定性或半定量地分析它们之间的相互
??影响关系 ,进而找到一个平衡点 ,使之达到最大程度的协调
??即匹配 ,最终获得最佳的防水效果。以下就从分析防水技术
??应用中存在的问题出发 ,详细阐述防水“概念设计”的原理
??及方法。
??１地下工程渗漏水病害分析
??就目前我国地下工程渗漏水病害现状来说 ,主要存在
??以下几方面的问题 :
??１．１设计因素
??(１)由于对地下水的运动规律认识不足 ,工程防水标高
??确定不合理 ,再加上忽视了上层滞水危害 ,该设防的未予设
??防 ,从而造成工程渗漏。
??(２)防水层的受力分析不能满足工程要求。例如防水设
??计中 ,防水涂料保护层往往被设计成防水涂膜层上撒砂作
??为与砂浆的结合层 ,对于１．５ｍｍ厚的防水层来讲 ,当砂浆
??达到一定强度后 ,往往形成一块带有许多突出毛刺的硬板
??面 ,在外力作用下 ,防水薄膜很容易被刺穿。
??(３)选用的防水方案没有考虑到当时的使用条件 ,如果
??与本工程的结构特点不相适应 ,也将造成工程渗漏水。如地
??下通廊的设计中一般只取通廊的横断面计算 ,纵向均为构
??造配筋。因此长达几十米的通廊刚度较小 ,虽然设置了变形
??缝 ,但混凝土仍出现环向裂缝而漏水。
??(４)结构细部防水设计不详细。如变形缝、穿墙管等细
??部构造不当 ,以及选材不妥 ,使之成为地下工程渗漏水的主
??要隐患。
??(５)不能因地制宜地选择防水或堵漏方案 ,片面地采用
??全堵法或灌浆法 ,造成堵漏失败。
??(６)周围环境变化造成渗漏。勘察时地下水位较低 ,因
??而没有考虑防水措施 ,工程建成后 ,由于生产用水或生活用
??水排放不当或管道渗水 ,从而造成渗漏。
??(７)对地下水的浮力作用认识不足 ,施工中没有采取足
??够的抗浮措施 ,造成地下工程整个浮起断裂或部分浮起断
??裂而造成渗漏。
??１．２材料因素
??(１)随着商品混凝土的推广应用 ,防水混凝土配制原则
??难以实现。特别是泵送混凝土塌落度较大 ,水灰比往往超过
??限值 ,有的则以增加水泥用量的方法来满足大塌落度的要
??求 ,对施工要求更高 ;否则由于混凝土收缩增大 ,易出现裂
??缝而造成渗漏。
??(２)对新型防水材料的性能、作用和如何应用认识不
??清。如在防水混凝土中不管是矿渣水泥还是普硅水泥 ,都机
??械地应用ＵＥＡ复合膨胀剂、明矾石、膨胀水泥等 ,施工养护
??仍按传统施工工艺 ,未能取得预期效果。
??(３)材料质量达不到设计要求造成渗漏。十多年来 ,我
??国的建筑防水材料发展很快 ,但在地下工程特殊环境下使用尚有局限性。
??(４)材料选择忽视工程特点 ,例如建筑拒水粉用于地下
??工程 ,由于拒水粉防水原理与地下工程防水不相适应而造
??成渗水。
??１．３施工因素
??(１)地基产生不均匀沉降 ,造成结构断裂。
??(２)防水卷材粘接不牢 ,拐角、留槎接槎处理不好或防
??水层碰伤等而造成渗漏。
??(３)浇注防水混凝土时 ,只注重级配和外加剂而忽略了
??施工质量 ,水灰比控制不严 ,振捣不实 ,产生蜂窝、麻面、孔
??洞等而造成渗漏。
??(４)变形缝或穿墙管等部位的施工 ,未认真将橡胶止水
??带、塑料止水带部位进行定位 ;浇注两侧混凝土时 ,任意碰
??撞 ,形成止水带偏斜、搭接不良而造成渗漏。
??(５)对混凝土浇水养护不够。防渗混凝土规范要求浇筑
??１０～１２ｈ后 ,至少浇水养护１４ｄ。拆除模板后的浇水养护更
??为重要 ,它可以大大减少硬化收缩 ,从而提高混凝土的强
??度 ,否则易产生干缩裂缝而渗漏。
??(６)回填土质量的好坏对地下工程的防水性能有很大
??的影响。当回填土不密实时 ,由于大气降水和周围地表水的
??补给 ,回填土层就会形成含水量大的上层滞水层。这层滞水
??对工程产生静水压力 ,如遇防水薄弱环节 ,则易造成工程渗
??漏。
??(７)地下工程的外墙防水难度大 ,因外墙距基坑护壁距
??离小 ,使防水施工困难。
??１．４其它因素
??(１)对防水工程的认识问题。防水工程作为主体工程的
??子工程 ,对其重要性往往认识不足。
??(２)防水造价是影响防水工程质量的一个因素。
??(３)管理不当造成渗漏。
??(４)监理人员对防水不熟悉。
??２地下工程防水“概念设计”法
??为了依靠现有的防水理论、技术条件有效地解决上述
??各种问题 ,笔者认为需要引入一种贯穿于设计、施工甚至隐
??患治理等各个阶段的全新的防水设计思想 :以地下工程防
??水涉及的主要物理过程或现象为基础 ,通过定性或半定量
??的物理概念来判断各主要防水影响因素在某一具体工程中
??的重要性地位、相互间的适应性关系 ,最后决策设计方案、
??材料选择、施工工艺过程以及地下结构主体之间的协同工
??作或匹配问题。当然在操作中 ,这两个步骤是相互渗透并交
??织在一起进行的 ,这里暂且把它称为“概念设计”方法。该方
??法的实质就是以物理概念为起点 ,因素匹配为手段 ,因素共
??同作用为目的 ,其中又以各主要影响因素之间的匹配问题
??最为关键。所以下面主要就匹配问题展开论述。
??匹配 ,顾名思义就是两者之间互相适应。这里所说的匹
??配就是指防水设计、材料和施工工艺与建筑物相适应。举例
??来说 ,具有优良防水性能的三元乙丙片材 ,如果没有良好的
??施工工艺和施工质量相配合也会导致渗漏水。
??防水施工方法不外乎喷射、涂刷、抹压、注浆、粘贴等 ,
??防水材料可分为沥青基、橡胶类、塑料类、水泥基及聚合物
??等。不论采用何种施工工艺和材料 ,都要与建筑物基面相接
??触。所以从这一角度考虑 ,防水质量控制 ,必须重视防水层
??与基面粘接和适应性这两个概念。
??从物理化学概念分析 ,粘附作用涉及粘接剂本身性能
??与基面条件两方面。结构上的防水层 ,可以看作防水层粘附
??在结构上。防水材料要取得良好的防水性能 ,首先要很好地
??粘附。当然有时在变形较大的地方 (如屋面伸缩缝 )常采取
??与基底脱离的办法 ,但两侧仍要很好地粘附。如果材料粘附
??性能不好或达不到要求 ,则要采取界面处理或附加措施。
??那么防水材料如何与结构更好地粘附 ?这里不能不就
??混凝土结构基面特性作一番探讨。例如地下建筑结构物表
??面 ,存在水的渗透与蒸发动态平衡过程。如果渗透大于蒸
??发 ,则结构基础呈湿润状态 ;相反 ,基面则呈干燥状态 ,但表
??面还存在散湿 ,此时散湿量约０．０２４Ｌ／(ｍ２·ｄ),并在基面
??呈强碱状态 (ｐＨ＞１２),因此选择材料需适应这种特殊环
??境。
??要使防水材料具有良好的性能 ,必须选择与基面相适
??应、匹配的材料。
??地下建筑渗漏水 ,主要是“三缝” (裂缝、施工缝、变形
??缝 )渗漏和大面积渗漏。常采用封缝材料、修补材料、嵌缝材
??料、注浆材料等 ,这些材料同样存在与基面匹配的问题。概
??括起来可分为两大类 :(１)设计与施工匹配问题 ;(２)材料与
??结构物匹配问题。
??２．１设计与施工匹配
??防水设计往往根据工程所在地水文地质情况、工程质
??量要求等 ,从防水原理出发 ,根据工程结构特点 ,选择合适的设计方案 ,然后经过施工技术人员努力来达到理想的设
??计意图。这就需要考虑设计与施工的互相匹配问题。在实
??践中经常出现试验室成果好而在工程应用时达不到预期效
??果的现象 ,解决这个问题 ,要处理好以下几个方面的关
??系 :
??(１)设计与施工技术相匹配
??对于一种防水方案 ,它有一定的技术要求 ,如果施工人
??员缺乏这种技术或经过努力有了这种技术 ,但在现场仍难
??以达到要求的水平时 ,设计人员应该更换方案。
??(２)设计与施工质量匹配
??设计一种方案 ,要考虑到偶然因素及人为影响。在变形
??缝设计时 ,要采用多道防线 ,就是这个原因。
??(３)设计与施工组织、工程难易程度匹配
??大型工程施工时 ,由于工序繁杂 ,尤其在工程紧的情况
??下 ,施工负面影响较大。如果大型工程 ,结构型式为双层衬
??砌还夹有柔性防水层 ,结果还是发生了多处渗漏。究其原因
??就是在于工序多、时间紧的情况下 ,影响因素互相干扰 ,严
??重降低了防水质量。
??２．２材料与结构物匹配
??材料与结构物匹配是防水设计、施工中经常要考虑的
??问题 ,一般又可分为以下几个方面 :
??(１)封缝材料与基底的粘接
??封缝材料是通常用于裂缝渗漏水处理的止漏材料 ,有
??快凝水泥、防水浆等。这些材料具有快凝特点 ,但由于都有
??一定的收缩性 ,堵水后不能作为最后一道防水防线 ,只能作
??为临时堵水措施 ,最后还须采取附加防水措施。
??(２)修补材料与基面匹配
??修补材料与基面匹配就是要选择与基面相适应的材
??料。当修补对象是混凝土结构时 ,应采用在荷载和温度作用
??下变形性能基本一致的无机材料或以无机材料为主体的复
??合材料进行修补 ,才会有较好的耐久性。而对于单纯树脂类
??有机材料 ,虽然本身强度高 ,但由于其弹模、变形系数与主
??体结构有较大差别以及透气性差等问题 ,导致结合层的耐
??久性差。
??(３)嵌缝材料与基面粘接
??地下工程缝隙的基面不能保证干燥 ,致使反应型密封
??材料与基面粘接强度与试验室数据相差甚远 ,这就是材料
??与基面不相匹配的问题。如在某大型工程中 ,选用聚氨酯嵌
??缝膏 ,虽然价格昂贵 ,但实际效果不理想。究其原因 ,就是材
??料与基面难以很好粘接。如果选择既能与基面很好粘接又
??与嵌缝材料粘附的过渡界面材料 ,效果就大不一样。这就表
??明在研究嵌缝材料的同时 ,也要探讨嵌缝材料和基面相匹
??配的问题。
??２．３附加防水层与基面匹配
??建筑物表面作附加防水层时 ,不论是柔性或刚性防水
??层都存在与基面相适应的问题。混凝土结构是相对不透水
??的 ,但当水分蒸发时 ,内部水分会迁移、扩散至表面 ,如果使
??用非渗透性材料进行大面积修补 ,水分会通过基底混凝土
??扩散到不透水材料和基底混凝土接触面上 ,易使修补材料
??失效。例如兰州地区某公路隧道处于寒冻区 ,由于采用聚氨
??酯防水涂料作附加防水层 ,使水分迁移阻塞通道 ,水分积聚
??在涂膜内 ,冬季结冰时造成冻胀破坏。
??有机类防水涂料易脱皮 ;水泥类刚性防水层施工质量
??与作业人员技术水平、责任性关系极大 ,而且材料本身特性
??与基面粘结性也存在不少问题。所以必须改进此类材料及
??其与基面的粘接状况 ,如采用丙乳水泥砂浆、胶乳水泥砂浆
??等。建筑物结构基面可采用涂界面处理剂或采用掺加聚合
??物水泥净浆 ,然后抹上同类防水材料的办法 ,即可达到使两
??者更好结合的目的。
??目前地下建筑基面要达到基本干燥是困难的 ,这就提
??出了使用快凝聚合物水泥砂浆防水层的问题。采用喷射方
??法 ,将改性聚合物水泥砂浆迅速喷上基面 ,利用聚合物与基
??面良好的粘接特性及改性后快凝的特点 ,使材料与基面接
??触后迅速改变触变性能 ,不流淌 ,并迅速固化 ,这样为后续
??防水层施工创造了良好的作业条件 ,更能保证质量。快凝聚
??合物水泥砂浆研究与应用是工程上亟待解决的问题 ,目前
??正在推广应用中。
??２．４注浆材料与基面的匹配
??注浆材料种类较多 ,从材料性能分有聚氨酯、丙烯酰
??胺、环氧树脂、水泥、水玻璃几大类 ,这些材料性能各异 ,使
??用时要根据工程特点、材料性能而选用。例如大同云岗石窟
??的某窟檐修补采用环氧类材料 ,该材料粘结力大 ,强度
??高 ,应该是较理想的修补材料。但云岗石窟是砂岩岩基 ,
??修补材料线胀系数与砂岩差距较大 ,强度差异亦大。修补
??后温度变化时 ,使原来１条裂缝变成２条裂缝。聚氨酯类
??注浆材料用于堵水时 ,也易出现与基面接触粘结性差的问题 ,
        最终发生渗漏 ,不得不采用其它防水措施补强。
??３结语
??地下工程的防水设计 ,在选择防水材料和设计方案时 ,
??必须充分了解材料特性和基面性能 ,并要与施工方法相结
??合 ,慎重地进行施工方案设计 ,妥善选择方案 ,方能取得良
??好效果。相信随着“防水工程学”这一门新型交叉学科的出
??现 ,一定会吸引更多的科技人员关注这一新领域而取得满
??意的效果。以上所述的各类匹配问题 ,是人们在从事防水工
??作中逐步认识的 ,它是笔者所提出的防水“概念设计”方法
??的核心内容 ,目前已解决了一些实际问题 ,但还有待进一步
??发展、完善.