地下工程混凝土裂縫控制與防水材料的選擇

李凱 周西強 王艷

摘要：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，土地變得越來越稀缺，高層建筑及地下空間開發(fā)已成為普遍采用的增加單位土地面積利用率的方法。在這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地下工程中，結(jié)構(gòu)受力計算分析技術(shù)已經(jīng)比較成熟，完全能達到結(jié)構(gòu)安全的目標，但地下工程的滲漏水問題卻沒有得到徹底解決。本文以地下工程最為常見的混凝土裂縫滲漏水為對象，對裂縫發(fā)生的部位如何進行人為控制，以及采取何種相應(yīng)的接縫防水措施進行研究探討。

關(guān)鍵詞：地下工程；混凝土裂縫；防水材料

中圖分類號：TU57文獻標識碼： A

引言

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，預(yù)埋止水注漿管、塑料排水板、膨潤土防水毯等新型防水材料開始在地下工程中得到越來越多的應(yīng)用，這些防水材料在防水性能、耐候性和耐久性方面都有著長足的進步，探討將防滲補漏環(huán)節(jié)納入防水構(gòu)造選型及設(shè)計中，從而改善地下工程防水效能等問題。

一、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的一些基本認識

從微觀理論分析，混凝土有裂縫是絕對的，無裂縫是相對的，裂縫的存在是混凝土固有的一種現(xiàn)象。根據(jù)有關(guān)論著闡述，以0.05mm寬度為限，寬度＜0.05mm的裂縫結(jié)構(gòu)為無裂縫結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)安全、防水、耐久無危險性；寬度≥0.05mm的裂縫稱為“宏觀裂縫”。我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）對允許裂縫（三級裂縫控制）的普通混凝土結(jié)構(gòu)，在I—III類環(huán)境條件下，最大裂縫寬度的限值為0.2mm?！兜叵鹿こ谭浪夹g(shù)規(guī)范》（GB50108—2008）也規(guī)定，混凝土裂縫不得大于0.2mm?；炷亮芽p根據(jù)成因，可分成兩大類別：（1）由外部荷載直接影響產(chǎn)生的裂縫，包括靜荷載及動荷載；（2）由變形、收縮產(chǎn)生的裂縫，包括溫差變形、縮脹變形、不均勻沉降變形等。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在這些原因中，由變形為主導(dǎo)引起的裂縫占80%以上。

在國際上，對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制，主要有兩種設(shè)計原則。第一種是以日本、英國、美國等為代表，設(shè)計規(guī)范沒有驗算裂縫的明確規(guī)定，對伸縮縫和沉降縫的設(shè)置也沒有嚴格規(guī)定，基本上采取“裂了就堵，堵不住就排”的處理措施；第二種是以前蘇聯(lián)、德國、東歐國家和中國為代表，設(shè)計規(guī)范對荷載裂縫有計算控制，對變形縫有間隔距離規(guī)定，認為留縫后就不裂。而大量工程實踐證明，留縫后不一定不裂，是否開裂與很多因素有關(guān)。

二、混凝土裂縫控制的“抗”與“放”原則

“抗”是指用提高混凝土構(gòu)件極限抗拉強度的方法，達到減少混凝土裂縫和控制裂縫寬度的設(shè)計原則。而“放”是指采取設(shè)置縫等技術(shù)措施，使混凝土構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力得到一定程度的釋放，在不提高混凝土抗拉強度的同時，達到減少混凝土裂縫和控制裂縫寬度的設(shè)計原則。實際工程設(shè)計中一般都不采用完全的“抗”或完全的“放”，都是“抗放兼施”?！翱埂迸c“放”之爭在學(xué)術(shù)界長期存在，這并非正確與錯誤之爭，是工程設(shè)計采用什么原則更合適的問題。一般認為小體量結(jié)構(gòu)宜“抗放兼施，以抗為主”，大體量、長結(jié)構(gòu)宜“抗放兼施，以放為主”。

根據(jù)“抗放兼施，以放為主”設(shè)計原則，地下工程設(shè)置永久性變形縫是最常見的方法之一。變形縫減少了結(jié)構(gòu)沉降和結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生的位移變形應(yīng)力，同時有效減少了混凝土收縮產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。但由于永久性變形縫施工比較困難，沒有完善可靠而耐久的防水措施，滲漏水情況比較普遍，而且后期維修相當(dāng)困難，因此近年來，永久性變形縫正在逐漸被后澆帶所代替。

混凝土裂縫可能對結(jié)構(gòu)的耐久性造成危害，因縫引起的滲漏水會妨礙結(jié)構(gòu)的使用功能，因此需將無序開展的裂縫控制在規(guī)定的位置，然后對這些在計劃之內(nèi)的“預(yù)裂縫”進行防水處理，以達到結(jié)構(gòu)安全和不妨礙使用功能的目的。如果有便捷的方法和有效的防水措施，縫設(shè)置得越多，混凝土的無序裂縫就會發(fā)生得越少。所以，如何處理這些縫的滲漏水是問題的關(guān)鍵。

三、誘導(dǎo)縫的設(shè)計

在混凝土結(jié)構(gòu)易開裂的部位，或計劃讓裂縫開展的部位，通過適當(dāng)減少鋼筋對混凝土的約束、削弱混凝土斷面等方法，設(shè)置引導(dǎo)裂縫開展的構(gòu)造，在結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變時，達到主動控制裂縫產(chǎn)生區(qū)域的目的。由于結(jié)構(gòu)連續(xù)性的需要，在不設(shè)永久變形縫的情況下，混凝土收縮變形、地震引起的臨時變形等可能使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫時，誘導(dǎo)縫能起到引導(dǎo)裂縫在預(yù)先安排部位發(fā)生，誘導(dǎo)裂縫的開展部位與方向，將裂縫控制在無害范圍內(nèi)的作用。

誘導(dǎo)縫的設(shè)計可以有多種方法，主要目標是能引導(dǎo)裂縫開展和有效防水。采用專用丁基鋼板誘導(dǎo)縫組合套件，是一種較為先進的誘導(dǎo)縫設(shè)計方法。丁基鋼板誘導(dǎo)縫組合套件由V形丁基鋼板止水構(gòu)件與T形誘導(dǎo)器組成，根據(jù)結(jié)構(gòu)板厚度的不同，止水組合套件可分別組合使用。誘導(dǎo)縫構(gòu)造主要由4部分組成：（1）減少30%-50%的縱向配筋；（2）在混凝土表面留置梯形槽，起到誘導(dǎo)定位和減少混凝土截面的作用；（3）V形丁基鋼板止水構(gòu)件主要起防水作用，同時也起到誘導(dǎo)和減少混凝土截面的作用；（4）T形誘導(dǎo)器主要是誘導(dǎo)減少混凝土截面，由于表面覆有丁基橡膠膩子，因此也有防水止水功能

四、防水材料的選擇

1、塑料排水板構(gòu)造

地下工程塑料排水板通常在塑料膜材上壓出封閉凸起的殼體，有半球狀、柱狀等形式。這種排水板具有立體空間和一定剛度，液體、氣體可以在凸起空間形成的路徑中較為自由地流動。一旦地下工程底板出現(xiàn)滲漏，滲水將沿著排水板凸點支撐形成的排水空間排入集水坑中，從而進一步排出室外。塑料排水板主要材料有乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-瀝青共混聚合物、聚氯乙烯以及高密度聚乙烯（HDPE），以高密度聚乙烯應(yīng)用較多。高密度聚乙烯材性穩(wěn)定，耐久性可達100年以上，實現(xiàn)了與建筑工程設(shè)計使用年限的等長。另外，塑料排水板具有優(yōu)秀的耐穿刺性、耐水性、耐腐蝕性和耐菌性，可以廣泛應(yīng)用在地下防水工程中以及種植屋面防水或耐穿刺層中。

2、鋼板止水帶

鋼板止水帶適用于無變形要求的施工縫止水，如墻板水平施工等。由于鋼板與混凝土形成了剛性連接，并不適用于有一定拉伸變形的后澆帶防水。在后澆帶封閉后，混凝土的殘余收縮應(yīng)力除了被混凝土彈性模量對沖一部分外，超量的收縮仍有可能使混凝土產(chǎn)生裂縫。后澆帶新舊混凝土交接面是一個薄弱環(huán)節(jié)，僅靠鋼板與混凝土的摩擦咬合力是無法“拉”住混凝土而不產(chǎn)生滑移的。當(dāng)混凝土后期收縮應(yīng)力達到一定限度時，鋼板止水帶與混凝土間會產(chǎn)生微裂縫，少量的水會沿著新舊混凝土界面以及鋼板止水帶與混凝土間的微裂縫滲入地下室內(nèi)。這種混凝土收縮引起的滲漏水，一般不會表現(xiàn)為涌水和大量滲水現(xiàn)象，采用化學(xué)注漿可以比較方便地將水止住。當(dāng)某些結(jié)構(gòu)收縮量較小時，產(chǎn)生少量的微裂縫滲水，經(jīng)過一段時間后，裂縫會自行閉合而不再滲漏。某些地下工程后澆帶，在冬季最冷天氣時，由于整體混凝土結(jié)構(gòu)的溫度收縮，可能還會再次出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

3、橡膠止水帶

與鋼板止水帶相比，用于后澆帶止水的橡膠止水帶有其優(yōu)點及缺點。優(yōu)點是橡膠止水帶的可延伸性，消除了接縫拉伸時的約束應(yīng)力，不會產(chǎn)生止水帶與混凝土間的滑移微裂縫。缺點是由于橡膠止水帶比較柔軟，安裝固定比較困難，止水帶可能會在澆搗混凝土?xí)r跑偏。再者，由于后澆帶混凝土分兩次澆搗，預(yù)留的橡膠止水帶經(jīng)常會因施工不當(dāng)而破損。所以，后澆帶的防水處理很少使用橡膠止水帶。

結(jié)束語

地下工程防水的根本措施應(yīng)該是集中在防水構(gòu)造的設(shè)計和選型上。將防水和堵漏綜合考慮，形成“防”、“排”結(jié)合的構(gòu)造措施，才能克服目前防水材料耐久性短的先天不足，保證與地下工程同壽命周期防水的效能。

參考文獻

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