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近十幾年來地下工程建設(shè)飛速發(fā)展 ,尤其是國內(nèi)外的土木界非常重視我國專家最近提出的“地下空間可持續(xù)發(fā)展”概念 ,即認(rèn)為２１世紀(jì)是人類大力開發(fā)、利用地下空間的世紀(jì) ,地下工程防水技術(shù)也變成了學(xué)術(shù)界和工程界十分關(guān)注的熱點(diǎn)問題。大量工程實(shí)踐證明 ,一個(gè)地下工程項(xiàng)目的成敗 ,在很大程度上取決于對(duì)地下水治理的效果如何。這其中涉及到防水設(shè)計(jì)、防水材料、施工工藝以及巖土環(huán)境條件和地下結(jié)構(gòu)構(gòu)造等多方面因素的合理選擇及相互協(xié)調(diào)。因此 ,盡管國內(nèi)外的一些學(xué)者及工程技術(shù)人員投入了大量的精力、物力和財(cái)力 ,從防水技術(shù)可能涉及的各專業(yè)領(lǐng)域分別進(jìn)行了深入研究 ,也取得了豐碩的成果 ,但由于地下工程本身的特點(diǎn)及防水技術(shù)還涉及很多從目前的理論及技術(shù)發(fā)展水平來說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滲漏水隱患或已導(dǎo)致事故。鑒于此 ,筆者在分析現(xiàn)有技術(shù)條件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 ,提出了地下工程防水的“概念設(shè)計(jì)”方法 ,具體思路是 ,對(duì)于常規(guī)防水設(shè)計(jì)無法恰當(dāng)?shù)鼐C合考慮的因素 ,如某些環(huán)境因素、施工技術(shù)因素、防水材料特性以及上述諸因素與設(shè)計(jì)方案的適應(yīng)性等 ,要從其物理概念出發(fā) ,定性或半定量地分析它們之間的相互影響關(guān)系 ,進(jìn)而找到一個(gè)平衡點(diǎn) ,使之達(dá)到最大程度的協(xié)調(diào)即匹配 ,最終獲得最佳的防水效果。以下就從分析防水技術(shù)應(yīng)用中存在的問題出發(fā) ,詳細(xì)闡述防水“概念設(shè)計(jì)”的原理及方法。 

  

１地下工程滲漏水病害分析 

就目前我國地下工程滲漏水病害現(xiàn)狀來說 ,主要存在以下幾方面的問題 : 

１．１設(shè)計(jì)因素 

(１)由于對(duì)地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)不足 ,工程防水標(biāo)高確定不合理 ,再加上忽視了上層滯水危害 ,該設(shè)防的未予設(shè)防 ,從而造成工程滲漏。 

(２)防水層的受力分析不能滿足工程要求。例如防水設(shè)計(jì)中 ,防水涂料保護(hù)層往往被設(shè)計(jì)成防水涂膜層上撒砂作為與砂漿的結(jié)合層 ,對(duì)于１．５ｍｍ厚的防水層來講 ,當(dāng)砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后 ,往往形成一塊帶有許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)選用的防水方案沒有考慮到當(dāng)時(shí)的使用條件 ,如果與本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不相適應(yīng) ,也將造成工程滲漏水。如地下通廊的設(shè)計(jì)中一般只取通廊的橫斷面計(jì)算 ,縱向均為構(gòu)造配筋。因此長達(dá)幾十米的通廊剛度較小 ,雖然設(shè)置了變形縫 ,但混凝土仍出現(xiàn)環(huán)向裂縫而漏水。 

(４)結(jié)構(gòu)細(xì)部防水設(shè)計(jì)不詳細(xì)。如變形縫、穿墻管等細(xì)部構(gòu)造不當(dāng) ,以及選材不妥 ,使之成為地下工程滲漏水的主要隱患。 

(５)不能因地制宜地選擇防水或堵漏方案 ,片面地采用全堵法或灌漿法 ,造成堵漏失敗。 

(６)周圍環(huán)境變化造成滲漏。勘察時(shí)地下水位較低 ,因而沒有考慮防水措施 ,工程建成后 ,由于生產(chǎn)用水或生活用水排放不當(dāng)或管道滲水 ,從而造成滲漏。 

(７)對(duì)地下水的浮力作用認(rèn)識(shí)不足 ,施工中沒有采取足夠的抗浮措施 ,造成地下工程整個(gè)浮起斷裂或部分浮起斷裂而造成滲漏。 

１．２材料因素 

(１)隨著商品混凝土的推廣應(yīng)用 ,防水混凝土配制原則難以實(shí)現(xiàn)。特別是泵送混凝土塌落度較大 ,水灰比往往超過限值 ,有的則以增加水泥用量的方法來滿足大塌落度的要求 ,對(duì)施工要求更高 ;否則由于混凝土收縮增大 ,易出現(xiàn)裂縫而造成滲漏。 

(２)對(duì)新型防水材料的性能、作用和如何應(yīng)用認(rèn)識(shí)不清。如在防水混凝土中不管是礦渣水泥還是普硅水泥 ,都機(jī)械地應(yīng)用ＵＥＡ復(fù)合膨脹劑、明礬石、膨脹水泥等 ,施工養(yǎng)護(hù)仍按傳統(tǒng)施工工藝 ,未能取得預(yù)期效果。 

(３)材料質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求造成滲漏。十多年來 ,我國的建筑防水材料發(fā)展很快 ,但在地下工程特殊環(huán)境下使用尚有局限性。 

(４)材料選擇忽視工程特點(diǎn) ,例如建筑拒水粉用于地下工程 ,由于拒水粉防水原理與地下工程防水不相適應(yīng)而造成滲水。 

１．３施工因素 

(１)地基產(chǎn)生不均勻沉降 ,造成結(jié)構(gòu)斷裂。 

(２)防水卷材粘接不牢 ,拐角、留槎接槎處理不好或防水層碰傷等而造成滲漏。 

(３)澆注防水混凝土?xí)r ,只注重級(jí)配和外加劑而忽略了施工質(zhì)量 ,水灰比控制不嚴(yán) ,振搗不實(shí) ,產(chǎn)生蜂窩、麻面、孔洞等而造成滲漏。 

(４)變形縫或穿墻管等部位的施工 ,未認(rèn)真將橡膠止水帶、塑料止水帶部位進(jìn)行定位 ;澆注兩側(cè)混凝土?xí)r ,任意碰撞 ,形成止水帶偏斜、搭接不良而造成滲漏。 

(５)對(duì)混凝土澆水養(yǎng)護(hù)不夠。防滲混凝土規(guī)范要求澆筑１０～１２ｈ后 ,至少澆水養(yǎng)護(hù)１４ｄ。拆除模板后的澆水養(yǎng)護(hù)更為重要 ,它可以大大減少硬化收縮 ,從而提高混凝土的強(qiáng)度 ,否則易產(chǎn)生干縮裂縫而滲漏。 

(６)回填土質(zhì)量的好壞對(duì)地下工程的防水性能有很大的影響。當(dāng)回填土不密實(shí)時(shí) ,由于大氣降水和周圍地表水的補(bǔ)給 ,回填土層就會(huì)形成含水量大的上層滯水層。這層滯水對(duì)工程產(chǎn)生靜水壓力 ,如遇防水薄弱環(huán)節(jié) ,則易造成工程滲漏。 

(７)地下工程的外墻防水難度大 ,因外墻距基坑護(hù)壁距離小 ,使防水施工困難。 

１．４其它因素 

(１)對(duì)防水工程的認(rèn)識(shí)問題。防水工程作為主體工程的子工程 ,對(duì)其重要性往往認(rèn)識(shí)不足。 

(２)防水造價(jià)是影響防水工程質(zhì)量的一個(gè)因素。 

(３)管理不當(dāng)造成滲漏。 

(４)監(jiān)理人員對(duì)防水不熟悉。 

２地下工程防水“概念設(shè)計(jì)”法 

為了依靠現(xiàn)有的防水理論、技術(shù)條件有效地解決上述各種問題 ,筆者認(rèn)為需要引入一種貫穿于設(shè)計(jì)、施工甚至隱患治理等各個(gè)階段的全新的防水設(shè)計(jì)思想 :以地下工程防水涉及的主要物理過程或現(xiàn)象為基礎(chǔ) ,通過定性或半定量的物理概念來判斷各主要防水影響因素在某一具體工程中的重要性地位、相互間的適應(yīng)性關(guān)系 ,最后決策設(shè)計(jì)方案、材料選擇、施工工藝過程以及地下結(jié)構(gòu)主體之間的協(xié)同工作或匹配問題。當(dāng)然在操作中 ,這兩個(gè)步驟是相互滲透并交織在一起進(jìn)行的 ,這里暫且把它稱為“概念設(shè)計(jì)”方法。該方法的實(shí)質(zhì)就是以物理概念為起點(diǎn) ,因素匹配為手段 ,因素共同作用為目的 ,其中又以各主要影響因素之間的匹配問題最為關(guān)鍵。所以下面主要就匹配問題展開論述。匹配 ,顧名思義就是兩者之間互相適應(yīng)。這里所說的匹配就是指防水設(shè)計(jì)、材料和施工工藝與建筑物相適應(yīng)。舉例來說 ,具有優(yōu)良防水性能的三元乙丙片材 ,如果沒有良好的施工工藝和施工質(zhì)量相配合也會(huì)導(dǎo)致滲漏水。防水施工方法不外乎噴射、涂刷、抹壓、注漿、粘貼等 , 防水材料可分為瀝青基、橡膠類、塑料類、水泥基及聚合物等。不論采用何種施工工藝和材料 ,都要與建筑物基面相接觸。所以從這一角度考慮 ,防水質(zhì)量控制 ,必須重視防水層與基面粘接和適應(yīng)性這兩個(gè)概念。從物理化學(xué)概念分析 ,粘附作用涉及粘接劑本身性能與基面條件兩方面。結(jié)構(gòu)上的防水層 ,可以看作防水層粘附在結(jié)構(gòu)上。防水材料要取得良好的防水性能 ,首先要很好地粘附。當(dāng)然有時(shí)在變形較大的地方 (如屋面伸縮縫 )常采取與基底脫離的辦法 ,但兩側(cè)仍要很好地粘附。如果材料粘附性能不好或達(dá)不到要求 ,則要采取界面處理或附加措施。那么防水材料如何與結(jié)構(gòu)更好地粘附 ?這里不能不就混凝土結(jié)構(gòu)基面特性作一番探討。例如地下建筑結(jié)構(gòu)物表面 ,存在水的滲透與蒸發(fā)動(dòng)態(tài)平衡過程。如果滲透大于蒸發(fā) ,則結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)呈濕潤狀態(tài) ;相反 ,基面則呈干燥狀態(tài) ,但表面還存在散濕 ,此時(shí)散濕量約０．０２４Ｌ／(ｍ２·ｄ),并在基面呈強(qiáng)堿狀態(tài) (ｐＨ＞１２),因此選擇材料需適應(yīng)這種特殊環(huán)境。 

要使防水材料具有良好的性能 ,必須選擇與基面相適應(yīng)、匹配的材料。 

地下建筑滲漏水 ,主要是“三縫” (裂縫、施工縫、變形縫 )滲漏和大面積滲漏。常采用封縫材料、修補(bǔ)材料、嵌縫材料、注漿材料等 ,這些材料同樣存在與基面匹配的問題。概括起來可分為兩大類 :、 
(１)設(shè)計(jì)與施工匹配問題 ; 
(２)材料與 


結(jié)構(gòu)物匹配問題。 

２．１設(shè)計(jì)與施工匹配 

防水設(shè)計(jì)往往根據(jù)工程所在地水文地質(zhì)情況、工程質(zhì)量要求等 ,從防水原理出發(fā) ,根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ,選擇合適的設(shè)計(jì)方案 ,然后經(jīng)過施工技術(shù)人員努力來達(dá)到理想的設(shè)計(jì)意圖。這就需要考慮設(shè)計(jì)與施工的互相匹配問題。在實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)試驗(yàn)室成果好而在工程應(yīng)用時(shí)達(dá)不到預(yù)期效果的現(xiàn)象 ,解決這個(gè)問題 ,要處理好以下幾個(gè)方面的關(guān)系 : 

(１)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)相匹配 

對(duì)于一種防水方案 ,它有一定的技術(shù)要求 ,如果施工人員缺乏這種技術(shù)或經(jīng)過努力有了這種技術(shù) ,但在現(xiàn)場仍難以達(dá)到要求的水平時(shí) ,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該更換方案。 

(２)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量匹配 

設(shè)計(jì)一種方案 ,要考慮到偶然因素及人為影響。在變形縫設(shè)計(jì)時(shí) ,要采用多道防線 ,就是這個(gè)原因。 

(３)設(shè)計(jì)與施工組織、工程難易程度匹配 

大型工程施工時(shí) ,由于工序繁雜 ,尤其在工程緊的情況下 ,施工負(fù)面影響較大。如果大型工程 ,結(jié)構(gòu)型式為雙層襯砌還夾有柔性防水層 ,結(jié)果還是發(fā)生了多處滲漏。究其原因就是在于工序多、時(shí)間緊的情況下 ,影響因素互相干擾 ,嚴(yán)重降低了防水質(zhì)量。 

２．２材料與結(jié)構(gòu)物匹配 

材料與結(jié)構(gòu)物匹配是防水設(shè)計(jì)、施工中經(jīng)常要考慮的問題 ,一般又可分為以下幾個(gè)方面 : 

(１)封縫材料與基底的粘接 

封縫材料是通常用于裂縫滲漏水處理的止漏材料 ,有快凝水泥、防水漿等。這些材料具有快凝特點(diǎn) ,但由于都有一定的收縮性 ,堵水后不能作為最后一道防水防線 ,只能作為臨時(shí)堵水措施 ,最后還須采取附加防水措施。 

(２)修補(bǔ)材料與基面匹配 

修補(bǔ)材料與基面匹配就是要選擇與基面相適應(yīng)的材料。當(dāng)修補(bǔ)對(duì)象是混凝土結(jié)構(gòu)時(shí) ,應(yīng)采用在荷載和溫度作用下變形性能基本一致的無機(jī)材料或以無機(jī)材料為主體的復(fù)合材料進(jìn)行修補(bǔ) ,才會(huì)有較好的耐久性。而對(duì)于單純樹脂類有機(jī)材料 ,雖然本身強(qiáng)度高 ,但由于其彈模、變形系數(shù)與主體結(jié)構(gòu)有較大差別以及透氣性差等問題 ,導(dǎo)致結(jié)合層的耐久性差。 

(３)嵌縫材料與基面粘接 

地下工程縫隙的基面不能保證干燥 ,致使反應(yīng)型密封材料與基面粘接強(qiáng)度與試驗(yàn)室數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn) ,這就是材料與基面不相匹配的問題。如在某大型工程中 ,選用聚氨酯嵌縫膏 ,雖然價(jià)格昂貴 ,但實(shí)際效果不理想。究其原因 ,就是材料與基面難以很好粘接。如果選擇既能與基面很好粘接又與嵌縫材料粘附的過渡界面材料 ,效果就大不一樣。這就表明在研究嵌縫材料的同時(shí) ,也要探討嵌縫材料和基面相匹配的問題。 

２．３附加防水層與基面匹配 

建筑物表面作附加防水層時(shí) ,不論是柔性或剛性防水層都存在與基面相適應(yīng)的問題。混凝土結(jié)構(gòu)是相對(duì)不透水的 ,但當(dāng)水分蒸發(fā)時(shí) ,內(nèi)部水分會(huì)遷移、擴(kuò)散至表面 ,如果使用非滲透性材料進(jìn)行大面積修補(bǔ) ,水分會(huì)通過基底混凝土擴(kuò)散到不透水材料和基底混凝土接觸面上 ,易使修補(bǔ)材料失效。例如蘭州地區(qū)某公路隧道處于寒凍區(qū) ,由于采用聚氨酯防水涂料作附加防水層 ,使水分遷移阻塞通道 ,水分積聚在涂膜內(nèi) ,冬季結(jié)冰時(shí)造成凍脹破壞。 

有機(jī)類防水涂料易脫皮 ;水泥類剛性防水層施工質(zhì)量與作業(yè)人員技術(shù)水平、責(zé)任性關(guān)系極大 ,而且材料本身特性與基面粘結(jié)性也存在不少問題。所以必須改進(jìn)此類材料及其與基面的粘接狀況 ,如采用丙乳水泥砂漿、膠乳水泥砂漿等。建筑物結(jié)構(gòu)基面可采用涂界面處理劑或采用摻加聚合物水泥凈漿 ,然后抹上同類防水材料的辦法 ,即可達(dá)到使兩者更好結(jié)合的目的。 

目前地下建筑基面要達(dá)到基本干燥是困難的 ,這就提出了使用快凝聚合物水泥砂漿防水層的問題。采用噴射方法 ,將改性聚合物水泥砂漿迅速噴上基面 ,利用聚合物與基面良好的粘接特性及改性后快凝的特點(diǎn) ,使材料與基面接觸后迅速改變觸變性能 ,不流淌 ,并迅速固化 ,這樣為后續(xù)防水層施工創(chuàng)造了良好的作業(yè)條件 ,更能保證質(zhì)量。快凝聚合物水泥砂漿研究與應(yīng)用是工程上亟待解決的問題 ,目前正在推廣應(yīng)用中。 

２．４注漿材料與基面的匹配 

注漿材料種類較多 ,從材料性能分有聚氨酯、丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂、水泥、水玻璃幾大類 ,這些材料性能各異 ,使用時(shí)要根據(jù)工程特點(diǎn)、材料性能而選用。例如大同云崗石窟的某窟檐修補(bǔ)采用環(huán)氧類材料 ,該材料粘結(jié)力大 ,強(qiáng)度高 ,應(yīng)該是較理想的修補(bǔ)材料。但云崗石窟是砂巖巖基 ,修補(bǔ)材料線脹系數(shù)與砂巖差距較大 ,強(qiáng)度差異亦大。修補(bǔ)后溫度變化時(shí) ,使原來１條裂縫變成２條裂縫。聚氨酯類注漿材料用于堵水時(shí) ,也易出現(xiàn)與基面接觸粘結(jié)性差的問題 ,最終發(fā)生滲漏 ,不得不采用其它防水措施補(bǔ)強(qiáng)。