談地下工程主要防水類型影響因素及對策

王偉福

(北京四達(dá)貝克斯監(jiān)理公司鄭州分公司，河南 鄭州 450052)

0 引言

地下工程由于深埋于地下，時(shí)刻受到地下水的滲透作用，其環(huán)境特殊，隱蔽性大，涉及的工種多，施工復(fù)雜，較容易出現(xiàn)防水施工質(zhì)量問題，如果處理不好，將會導(dǎo)致地下水滲漏到工程內(nèi)部，引起一系列的不良影響，擾亂正常的生產(chǎn)、生活秩序，制約使用功能的發(fā)揮，甚至是重大的經(jīng)濟(jì)損失。工程中出現(xiàn)的地下工程上浮，變形縫滲漏水，結(jié)構(gòu)滲漏水等問題，屢見不鮮。這也是一直困擾著我們難以解決和根治的主要防水類型。地下工程防水施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是沉痛的，彌足珍貴的，借鑒、吸收、改進(jìn)、完善、運(yùn)用、能減少彎路，有助于提高地下工程防水施工質(zhì)量。但要解決地下工程滲漏水等防水問題，不僅要加強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化，更要注重施工環(huán)節(jié)的控制，要充分認(rèn)識到地下工程防水作用的重要性，提高地下工程防水施工質(zhì)量，才是最有效的防水措施。

1 地下水對工程建設(shè)的影響

地下水類型復(fù)雜、形態(tài)多樣，具有周期性、多變性、長期性的特點(diǎn)，參與作用的地下水由于地質(zhì)環(huán)境和水文條件的不同，其作用可能是緩慢的或瞬時(shí)的，也可能是直接的或間接的，是影響建筑工程安全穩(wěn)定性的最活躍因素之一。季節(jié)性降雨、開發(fā)利用水資源的活動等引起的水文地質(zhì)條件的改變、地下水位的變化，也會對地下工程防水效果造成不良影響。當(dāng)?shù)叵滤坏纳抵辉诨A(chǔ)底面以上某個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)，影響不大;若地下水位在基礎(chǔ)底面以下壓縮層范圍內(nèi)發(fā)生變化，情況就不同了，若水位上升，水浸濕和軟化巖土，從而使地基土的強(qiáng)度降低，壓縮性增大，這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致建筑物的變形或破壞。若地下水在壓縮層范圍內(nèi)下降，則增加土的自重應(yīng)力，引起基礎(chǔ)的附加沉降。地下水位的下降不是在整個(gè)建筑物下面均勻而緩慢地進(jìn)行，基礎(chǔ)會產(chǎn)生不均勻沉降，能使建筑物變形或結(jié)構(gòu)遭到破壞。地下水對地下結(jié)構(gòu)有浮托作用，在不利荷載作用下，地下水位的突然上升可能引起結(jié)構(gòu)物的上浮或破壞。要充分認(rèn)識到地下水對工程造成的危害，要對所建的工程地下水環(huán)境規(guī)律進(jìn)行分析，制定有效的防排水方案，采取措施降低地下水帶來的危害。

2 地下工程上浮原因分析及預(yù)防措施

地下空間的建設(shè)發(fā)展，不僅有助于結(jié)構(gòu)空間構(gòu)造的需要，也拓展了建筑的使用空間，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。而在工程建設(shè)過程中卻往往忽視了對地下工程上浮問題的重視，設(shè)計(jì)在進(jìn)行抗浮驗(yàn)算時(shí)，往往是對整體建筑的核算，而不是單一地考慮地下工程，在實(shí)際施工時(shí)由于認(rèn)識不足，未能重視地下降排水措施，很難進(jìn)行有效排水。若遇到陡降暴雨，地下水位會急速上漲，可能會導(dǎo)致建筑物的上浮。尤其對于我國沿海及西南等地區(qū)受季風(fēng)氣候影響比較明顯的區(qū)域，夏季高溫多雨，降水量大，持續(xù)時(shí)間長，地下水位上升快，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)的自重不足以抵抗地下水的浮力時(shí)，會導(dǎo)致地下工程的上浮。

地下工程上浮所需的條件:1)地下水浮力大于工程自重。2)地下工程過早形成了封閉空間，失去了自動注水壓重抗浮的功能，抗浮能力薄弱。3)不重視施工現(xiàn)場的排水，其排水措施落實(shí)不到位，甚至沒有進(jìn)行排水，導(dǎo)致地下水位急劇上升，超過了抗浮水位。地下工程的上浮是在以上三個(gè)條件的共同作用下形成的，其浮力的大小主要取決于地下水位的高度和地下工程的體積，在各種因素作用下使工程載荷小于浮托力所致。

原因分析:1)不利地形的影響。由于地下工程較深，比周圍地勢低很多，類似于漏斗的底部，易于匯聚地下水、地表水、巖隙水，短時(shí)間內(nèi)水位會陡增，地下工程受到的托浮力會倍增。2)施工的組織方式不合理。底板后澆帶先施工一側(cè)，待混凝土膨脹收縮穩(wěn)定后，直接將后澆帶和另一側(cè)一同施工，雖有利于施工進(jìn)度和施工作業(yè)的開展，但忽略了新澆筑的混凝土收縮變形，由于變形的另一側(cè)受到約束，會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，形成裂縫，為滲水埋下隱患，同時(shí)地下底板形成了一個(gè)整體，不利于抗浮。3)基坑回填不宜選用砂夾石。砂夾石雖具有密度高、壓實(shí)變形小的優(yōu)點(diǎn)，但顆粒間形成的空隙和間隙較多，透水性較大，對水流、水壓起不到減緩或阻斷的作用，易于在基坑匯聚，由于原自然狀態(tài)下的土體或基巖較致密，不宜滲流，基坑水位抬升高度迅速超過四周的地下水位，嚴(yán)重消弱了地下工程的抗浮能力。4)上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)其操作平臺架體搭設(shè)對基坑四周的場地需求較為迫切，為了滿足結(jié)構(gòu)變形而留置的后澆帶仍不能澆筑。為了充分利用基坑的場地，加快了對地下工程基坑的回填，在后澆帶外墻部位砌筑磚胎模，在磚胎模外側(cè)抹灰后進(jìn)行防水施工，這樣解決了回填對后澆帶澆筑及對外墻防水施工的影響。但整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)形成了封閉空間，造成了抗浮能力更加薄弱。5)地下工程施工時(shí)，施工現(xiàn)場未充分考慮雨季的影響，沒有采取針對性的降排水措施。

施工過程的應(yīng)對措施:1)地下工程在上部結(jié)構(gòu)未施工完成時(shí)，結(jié)構(gòu)自重不足以抵抗地下水的浮力時(shí)，建筑物的四周不可形成封閉空間，貫通的空間具有自動注水壓重的功能，可避免上浮。2)要考慮雨季的影響，及時(shí)消除地下水位的變化對建筑抗浮的影響，合理采取防排水措施。3)深基坑的回填不宜采用砂夾石回填，砂夾石滲透性較大，蓄水較為明顯。應(yīng)采用黃土或二八灰土分層夯實(shí)，其回填較為密實(shí)，透水系數(shù)較小，有利于阻水、防水效果的發(fā)揮。4)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地下工程的特點(diǎn)，設(shè)置抗浮樁或進(jìn)行排水設(shè)計(jì)等措施。5)可以通過調(diào)整開工時(shí)間、施工計(jì)劃，形成良好的施工條件，減少雨季對地下工程施工的影響。

3 沉降縫滲漏水原因及處理措施

為了能適應(yīng)溫度變化、地基不均勻沉降、混凝土收縮、徐變等原因引起的建筑物變形將建筑分開，在工程中常常把變形縫、沉降縫、抗震縫三縫合一而設(shè)置，以滿足建筑物的水平和垂直方向的變形，以保證結(jié)構(gòu)的安全。沉降縫間隙較小，不具有施工操作空間，一旦出現(xiàn)滲漏水則很難進(jìn)行處理，其過程十分困難和不便。

某兩相鄰的工業(yè)廠房A和B，基礎(chǔ)埋深約－8.3 m，沉降縫間距為180 mm，在地下室－7.5 m處設(shè)置一扇寬1.5 m、高2 m的通行門。沉降縫的防水設(shè)計(jì)為一道橡膠止水帶從兩廠房的底部同結(jié)構(gòu)混凝土一同施工到00層。在雨季地下水陡增到約－3.0 m時(shí)，沉降縫底部及側(cè)面出現(xiàn)滲漏水，給廠房的生產(chǎn)作業(yè)帶來很大影響。沉降縫00以上一側(cè)墻體間距500 cm，另一側(cè)僅靠風(fēng)道豎井，且兩廠房外墻位置相距較大，迎水面難以進(jìn)行處理，只好從內(nèi)部采取復(fù)合防水處理。

原因排查如下:1)設(shè)計(jì)的沉降縫間隙達(dá)180 mm，橡膠止水帶內(nèi)外側(cè)沒有有效的阻塞物，對水壓沒有減緩阻止作用，隨著水位的增加，受力面積較大，止水帶受力變形也會較大，可能出現(xiàn)斷裂，防水失效。2)防水設(shè)計(jì)單一，僅設(shè)置一道橡膠止水帶，未考慮剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的復(fù)合防水。3)環(huán)境溫差的影響。溫差可以導(dǎo)致混凝土自由伸縮時(shí)出現(xiàn)了較大的線膨脹量，而橡膠止水帶適應(yīng)不了混凝土大的變形量而導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起橡膠止水帶薄弱處斷裂。4)防水材料可能存在質(zhì)量缺陷，其拉伸強(qiáng)度、韌度存在不足。5)施工原因。施工過程若對橡膠止水帶的安裝固定不到位，則會造成接觸面容易跑位或存在間隙，從而形成了滲漏水點(diǎn)。若施工不小心止水帶被扎，甚至斷裂，造成防水失效。

應(yīng)對措施:1)設(shè)計(jì)時(shí)對沉降縫間距留置不宜過大，對于間距較大的變形縫應(yīng)增設(shè)外凸的垛體，盡可能地減少地下水對止水帶的作用面積。2)對于地下水位較高的地下工程，應(yīng)設(shè)計(jì)剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的復(fù)合防水，止水帶兩側(cè)增填瀝青馬絲，減緩或阻止水流的壓力。3)要注重止水帶的安裝固定。鋼筋綁扎完成后放置止水帶，止水帶兩端用定位鋼筋和扁鋼固定，用扁鋼將止水帶兩端加緊并與結(jié)構(gòu)鋼筋或定位鋼筋焊接，以保證止水帶的穩(wěn)定、牢固，避免混凝土澆筑擾動帶來的影響。4)采用剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的可卸式復(fù)合防水處理方式。先在原墻體每側(cè)各鑿除150 mm寬，350 mm深的槽，鑿除過程不得破壞和切斷原結(jié)構(gòu)鋼筋(見圖1)，為滿足混凝土澆筑時(shí)下料的需求，在沉降縫門洞上部進(jìn)行開洞(見圖2)?；炷凌彸螅谛屡f混凝土結(jié)合部位安放膨脹止水條，澆筑混凝土后，將原180 mm寬的沉降縫縮為30 mm～50 mm寬，減少防水部位受力面積，在內(nèi)部填塞瀝青麻絲，在外部安放止水帶和鋼板，具體做法見圖3。對于該種做法，需要注意混凝土的振搗，新舊混凝土結(jié)合部位的處理，橡膠止水帶安放的平整度，要選用不銹鋼螺栓防止銹蝕，控制螺栓間距及扭緊程度，要避免橡膠止水帶與墻體接觸不嚴(yán)密而出現(xiàn)滲漏水等，為保證處理效果，在沉降縫內(nèi)又輔以化學(xué)注漿。通過雨季驗(yàn)證，其處理效果較好。

建筑物沉降縫防水處理是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵部位，要制定專項(xiàng)的施工方案、質(zhì)量控制計(jì)劃，加強(qiáng)每個(gè)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的預(yù)控和糾偏工作，切實(shí)提高施工質(zhì)量水平，才有利于防水質(zhì)量水平的提高。

4 地下結(jié)構(gòu)自防水混凝土滲水

地下工程的防水主要是依靠自身混凝土的防水，它是構(gòu)筑防水的關(guān)鍵部分，提高混凝土施工質(zhì)量，才能提高地下工程的防水效果，大多數(shù)工程會出現(xiàn)墻體的潮濕、浸漬甚至滲漏，經(jīng)對這些滲漏水點(diǎn)排查發(fā)現(xiàn)，有的混凝土表面出現(xiàn)龜裂，有的混凝土鑿除后發(fā)現(xiàn)骨料相連，缺少砂漿包裹，有的發(fā)生在新舊混凝土結(jié)合部位，后置埋件部位等較常見滲水。

圖1 開槽示意圖

圖2 門洞上部開槽示意圖

圖3 構(gòu)造節(jié)點(diǎn)示意圖

防水混凝土滲漏水原因分析及應(yīng)對措施:1)防水混凝土墻體要滿足防水厚度要求，墻體后置預(yù)埋件的施工，破壞了混凝土的阻水距離，達(dá)不到混凝土設(shè)防厚度，出現(xiàn)滲漏水?；炷聊芊浪?，除了混凝土致密、孔隙率小、開放性孔隙少以外，還需要一定的厚度，這樣能使地下水從混凝土中滲透的距離增大，也就是增大了阻水截面，當(dāng)混凝土內(nèi)部的阻力大于外部水壓力時(shí)，地下水就只能滲透到混凝土中一定距離而停下來，因此防水混凝土結(jié)構(gòu)必須有一定厚度才能抵抗地下水的滲透。施工中，最好進(jìn)行預(yù)埋，減少對混凝土破壞，有利于整體性防水效果。2)混凝土龜裂主要是水泥水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高與表面溫差偏大引起的，要盡量減少水泥水化熱，及時(shí)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，使混凝土硬化過程中產(chǎn)生的溫差應(yīng)力小于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，從而可避免混凝土產(chǎn)生貫穿性的有害裂縫。最直接的措施就是延遲模板的拆除，拆模后要及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，一般不少于7 d。養(yǎng)護(hù)缺失，會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，水分過早的蒸發(fā)而又得不到補(bǔ)充會使混凝土產(chǎn)生收縮變形，出現(xiàn)裂紋，影響混凝土的耐久性和抗?jié)B性能，所以混凝土的養(yǎng)護(hù)非常重要。3)混凝土鑿除后發(fā)現(xiàn)骨料相連，缺少砂漿包裹，主要是因?yàn)榛炷琳駬v不實(shí)，使混凝土內(nèi)部的空隙率增多，消弱了混凝土的抗?jié)B性能?；炷恋目障犊煞譃槭┕た紫逗蜆?gòu)造孔隙。構(gòu)造孔隙是由于配比問題引起的，沉降縫隙是在混凝土結(jié)構(gòu)形成時(shí)，骨料與水泥因各自的比重和粒徑大小不一致，在重力作用下，產(chǎn)生不同程度的相對沉降所引起的?；炷翝补嗪?，粗骨料沉降較快，并較早地固定下來，而水泥砂漿則在粗骨料間繼續(xù)沉降，水被析出，其中一部分沿著毛細(xì)管通道析出至混凝土表面，另一部分則聚集在粗骨料下表面形成積水層。水蒸發(fā)后形成沉降縫隙，粗骨料粒徑越大，則這種沉降越大，也就越不利于防水。通過振搗使混凝土骨料與砂漿充分蠕動糅合，均勻包裹可以消弱縫隙的形成。4)施工縫部位滲水，經(jīng)鑿除后發(fā)現(xiàn)，安放的膨脹止水條跑位，與混凝土出現(xiàn)分離，有空隙，沒有起到止水效果。由于膨脹止水條是后置安放，混凝土開槽不規(guī)則，安放固定不牢，在混凝土施工時(shí)，墻體已被模板封閉，施工人員無法對其檢查，處理，其施工質(zhì)量也難以得到保證。所以，施工縫部位的止水構(gòu)造在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)少選膨脹止水條。從現(xiàn)場施工的經(jīng)驗(yàn)來看，止水鋼板的效果較好，應(yīng)是優(yōu)先選項(xiàng)。5)控制混凝土粒徑。在混凝土硬化過程中，石子不收縮，石子周圍的水泥漿則收縮，兩者變形不一致。石子越大，周長越大，與砂漿收縮的差值越大，使砂漿與石子間產(chǎn)生微細(xì)裂縫。這些縫隙的存在使混凝土的有效阻水截面顯著減少，壓力水容易透過。因此，防水混凝土的石子粒徑不宜過大，以不超過40 mm為宜。6)由于防水混凝土水泥用量相對較高，使用粉細(xì)砂更易產(chǎn)生裂縫，因此應(yīng)優(yōu)先選用中砂。7)砂、石子含泥量對混凝土抗?jié)B性影響很大，粘土降低水泥與骨料的粘結(jié)力，尤其是顆粒粘土，體積不穩(wěn)定，干燥時(shí)收縮，潮濕時(shí)膨脹，對混凝土有很大的破壞作用。因此防水混凝土施工時(shí)，對骨料含泥量應(yīng)嚴(yán)格控制。8)施工防水混凝土施工前及時(shí)排除基坑內(nèi)的積水十分重要，施工過程還應(yīng)保證基坑處于無水狀態(tài)。大氣降雨、地面水的流入以及施工用水的積存都將影響防水混凝土拌合物的配比，增大其坍落度，延長凝結(jié)硬化時(shí)間，直接影響混凝土的密實(shí)性、抗?jié)B性和抗壓強(qiáng)度。

保證地下工程混凝土的防水施工質(zhì)量，需從施工細(xì)節(jié)入手，嚴(yán)格控制施工材料的選用、選用合理的構(gòu)造措施、規(guī)范施工操作、重視混凝土養(yǎng)護(hù)等，抓好施工環(huán)節(jié)，才能進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)自防水的效果。

5 結(jié)語

工程實(shí)踐再一次的告訴我們，地下工程的防水成敗關(guān)鍵是施工環(huán)節(jié)的控制，要結(jié)合特定工程結(jié)構(gòu)形式及所處的地質(zhì)環(huán)境因素，進(jìn)行防水施工管理規(guī)劃，明確防水薄弱環(huán)節(jié)，重點(diǎn)設(shè)防部位，控制難點(diǎn)，應(yīng)對措施等，有利于對現(xiàn)場工作開展的指導(dǎo)、施工的預(yù)控、措施的準(zhǔn)備與落實(shí)，有利于提高施工管理水平與質(zhì)量控制。我相信，凡是精心施工、分工明確、認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)格把關(guān)、按照操作規(guī)程進(jìn)行施工，就能干出防水效果優(yōu)良的地下工程。

［1］GB 50108-2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］08BJ6-1，地下工程防水［S］.