建筑地下結(jié)構(gòu)滲漏原因與控制措施分析*

王公勝， 孫 文,2， 張志江

(1 甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730050；2 蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730070)

0 前言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展及城市人口的持續(xù)增長，城市用地的日益緊缺。地下空間的開發(fā)與利用能夠有效緩解這些矛盾[1-2]。然而，建筑地下結(jié)構(gòu)部分與上部結(jié)構(gòu)不同，屬于隱蔽工程，長期處于復(fù)雜的地下環(huán)境中，特別是地下水的影響，容易產(chǎn)生滲透、漏水等質(zhì)量問題，需要花費極大的代價進行補救，同時，浸水也會對建筑結(jié)構(gòu)的性能、承載力、耐久性等造成不可逆的影響[3-4]。因此，建筑地下結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計與施工需要得到更多的重視。

目前地下車庫滲漏水病害現(xiàn)狀，原因主要集中在設(shè)計、施工和材料等幾方面[5-6]。地下結(jié)構(gòu)裂縫的類型主要有荷載裂縫、自收縮裂縫、溫度裂縫[7-8]。針對地下建筑物滲漏水的治理技術(shù)使用比較多的方法主要有直接堵漏法、多次抹面法、化學(xué)注漿法等[9-10]。

本文對地下混凝土結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量問題進行了歸納整理，以實際工程為依托，對施工中的滲漏水病害原因進行了分析，對該工程采用的化學(xué)注漿法補漏措施及注漿效果進行了具體的分析和論述。

1 混凝土結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量問題分析

地下工程混凝土結(jié)構(gòu)滲漏部位及成因較為復(fù)雜，一般地下工程混凝土結(jié)構(gòu)防水問題可分為以下幾類：

(1)混凝土裂縫滲漏。主要現(xiàn)象是混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫或環(huán)形裂縫，當(dāng)裂縫貫穿于混凝土結(jié)構(gòu)本體時，產(chǎn)生滲漏。

出現(xiàn)以上問題時，主要的防治措施有：加強混凝土養(yǎng)護，規(guī)范施工； 用耐堿聚合物乳膠等材料密封； 貫穿性裂縫，可用環(huán)氧、丙凝漿液等灌縫。

(2)變形縫滲漏。主要是金屬止水帶焊縫不飽滿或與鋼筋相連形成滲漏通道，橡膠或塑料(PVC)止水帶接頭沒有銼成斜坡進行粘接搭接。還有可能是變形縫處理混凝土振搗不密實導(dǎo)致。主要的治理措施是：應(yīng)盡量減少變形縫的設(shè)置，或選擇合適的構(gòu)造形式和材料； 地下防水工程在施工過程中應(yīng)保證有效降水，排除地下水在施工過程中的不利影響。

(3)混凝土施工滲漏。因為施工縫留置不當(dāng)，施工縫混凝土表面沒有鑿毛，殘渣清除不徹底，未做企口或安裝止水帶等原因?qū)е碌氖┕たp處混凝土骨料集中、酥軟，從而沿縫隙出現(xiàn)滲漏。

主要的治理措施有：防水混凝土連續(xù)澆筑； 采用補償收縮混凝土； 加強施工縫處混凝土振搗； 采用粗凝膠漿、氰凝等灌漿對滲漏點進行堵漏等。

(4)預(yù)埋件、穿墻管(盒)部位滲漏。主要原因有：預(yù)埋鐵件及環(huán)片表面有銹蝕層未清除、暗線管接頭不嚴(yán)或套管用有縫管、預(yù)埋件固定不牢或受振動后松動、混凝土振搗不密實、溫差作用等。

主要的治理措施有：電源線路盡量以明線為主； 穿過防水混凝土的管道必須滿焊止水環(huán)且焊縫密實連續(xù)； 避免防水混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋、綁扎絲等觸及模板； 管道和電纜穿墻部位保證混凝土振搗密實等。

(5)后澆帶部位滲漏。主要表現(xiàn)為后澆帶兩側(cè)結(jié)合部產(chǎn)生滲水，濕跡斑斑或呈線狀。

主要的治理措施有：盡量采用木模封縫； 去除鋼筋或鋼板止水帶上的銹皮； 保證混凝土養(yǎng)護時間； 防止出現(xiàn)變形裂縫等。

(6)混凝土蜂窩、麻面、孔洞、露筋滲漏。主要治理措施有：處理前應(yīng)將基層松散部鑿毛清理并對填補澆灌材料進行養(yǎng)護。

2 工程概況

依托項目位于甘肅省臨夏市，所處場地為大夏河Ⅰ級場地，毗鄰大夏河60m。地下水位埋深1.0～1.4m，水位較高。項目地庫總建筑面積17 975.96m2，設(shè)計抗浮水位為1 839.2m(相對標(biāo)高-2.5m)。

地庫底板結(jié)構(gòu)設(shè)計為350mm厚C30混凝土抗水板，抗?jié)B等級P6。配筋為12@150，柱距基本為縱橫向7.8m，局部上下有10@150負(fù)彎矩鋼筋。

地基為原始地基，持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層(紅板巖層)。地質(zhì)情況自上而下分別為：①層雜填土(Q4ml)，層厚0.3～1.4m； ②層卵石(Q4al+pl)，層厚3.0～4.3m； ②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)，層厚0.4～1.2m； ③層強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(N)，層厚1.9～3.7m； ④層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(N)，未揭穿。底板防水設(shè)計采用1.5mm厚單面反應(yīng)粘防水卷材，無防水保護層(項目由于保護與放線原因，增加了50mm厚C20細(xì)石混凝土保護層)。側(cè)壁防水采用1.5mm厚單面反應(yīng)粘防水卷材。

3 工程現(xiàn)狀

目前，該項目結(jié)構(gòu)已全部完成(兩個坡道尚未完工)，側(cè)墻回填完成2/3。結(jié)構(gòu)施工期間，結(jié)構(gòu)面基本未發(fā)現(xiàn)積水情況(后澆帶內(nèi)有積水)。地庫側(cè)墻開始回填后，地庫地面出現(xiàn)大面積積水，面積約為地庫面積的1/3。陸續(xù)封閉后澆帶后，積水現(xiàn)象仍然無法停止。

實際施工中采用管井降水，水泥管井伸入至紅板巖中，為降水完整井，但降水效果較差。而后輔以明溝集水坑降水法，施工期間降水深度一直不能滿足施工需要。經(jīng)現(xiàn)場探查，該項目設(shè)計抗浮水位為1 839.2m(相對標(biāo)高-2.5m)。實際現(xiàn)場水位為1 840.4 m(相對標(biāo)高-1.3m)。

圖1 地下室滲透情況

4 事故原因調(diào)查分析

4.1 病害現(xiàn)狀

現(xiàn)場調(diào)查顯示：滲漏裂縫主要分布在后澆帶、施工縫位置，特別是后澆帶位置，基本都存在滲漏現(xiàn)象。地下水先通過后澆帶或施工縫形成滲出點，隨著滲透的地下水不斷增加，受浸泡的混凝土逐漸形成線狀直至片狀，如果清理不及時，會浸泡整個地下室地面，后澆帶、施工縫位置滲漏情況見圖2。

圖2 后澆帶、施工縫位置滲漏情況

由于浮力作用，導(dǎo)致地下室的不均勻沉降持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分地下室砌體墻出現(xiàn)倒“八”字裂縫、部分柱腳也出現(xiàn)裂縫，并不斷發(fā)育，詳情見圖3。

圖3 柱頂、柱腳裂縫

后經(jīng)地下室頂板覆土回填，該工程地下室柱腳、砌體墻上裂縫寬度明顯減小，可見采取覆土回填措施在一定程度上減緩了地下水浮力引起不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的不良作用，裂縫發(fā)育有所緩解。

4.2 地質(zhì)條件及施工因素分析

通過現(xiàn)場調(diào)查，造成以上事故的地質(zhì)條件及施工過程方面主要原因有以下幾點：

(1)該工程地下室結(jié)構(gòu)滲漏問題的主要原因是降水深度一直達不到地勘與設(shè)計要求，不能滿足低于基礎(chǔ)開挖深度0.5～1m的要求，加之停電等因素，降水工作長期不到位甚至短暫停止，致使施工過程中地下室結(jié)構(gòu)及底板防水材料泡水，甚至局部在水中作業(yè)，嚴(yán)重影響底板防水質(zhì)量。

(2)根據(jù)設(shè)計要求，施工降水需要持續(xù)至后澆帶達到設(shè)計強度和頂板覆土完成后方可停止。但現(xiàn)場地庫側(cè)墻肥槽回填后，明溝降水無法實施，且未采取其他有效降水或排水措施，造成地庫側(cè)墻與底板水位上升，壓力增大，加速了地下水的滲透。

(3)地庫頂板設(shè)計排水盲溝做法工序復(fù)雜，工效低，且土方單位配合困難，致使頂板未能及時覆土回填，局部抗浮不夠引起不均勻沉降，造成底板局部產(chǎn)生裂縫，為地下水的滲透提供了新的通道。

(4)原場地埋深4m左右，基本為均質(zhì)砂石土，飽和地下水情況下，整體形成平衡狀態(tài)，場地南高北低，地下水沿著砂石層同大夏河一樣自南向北滲流。目前地庫施工完成，東西方向長度200m，直接攔斷滲漏通道，導(dǎo)致上游水位增高。高水位、大壓力、降水效果差，導(dǎo)致南側(cè)地庫擋墻多處滲漏，消防水池內(nèi)側(cè)也出現(xiàn)滲漏。室外積水情況見圖4。

圖4 室外積水情況

4.3 設(shè)計因素分析

該工程地下室產(chǎn)生滲透等病害，除地質(zhì)條件復(fù)雜、施工不規(guī)范外，不排除設(shè)計不合理或不滿足規(guī)范要求的因素。因此，首先針對地下車庫抗浮設(shè)計，采用無梁樓蓋模型，根據(jù)實際情況對該工程分別進行原設(shè)計條件、實際最高水位(不考慮頂板覆土重量)、實際最高水位(考慮頂板覆土重量)三種工況進行設(shè)計復(fù)核，見圖5、表1。

圖5 復(fù)核計算簡圖地下車庫抗浮設(shè)計復(fù)核情況

表1

由表1可見，現(xiàn)狀防水底板水頭與原設(shè)計條件相比增大了30.9%，相應(yīng)地，地下車庫所受地下水浮力也增加了相應(yīng)比例，此外，在原設(shè)計條件下，雖然抗浮力滿足1.05的安全系數(shù)，但是經(jīng)驗算，防水底板配筋均不滿足設(shè)計規(guī)范要求。

接下來，針對原設(shè)計情況及現(xiàn)場實際水位兩種情況，對地下車庫擋墻進行了復(fù)核計算。計算簡圖見圖6。

圖6 地下車庫擋墻計算簡圖

經(jīng)計算，原設(shè)計情況和現(xiàn)場情況下部分地下車庫擋墻裂縫寬度不滿足規(guī)范允許值0.2mm的要求。以現(xiàn)場實際條件工況為例，采用水土合算，計算過程如下：

(1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

室外地面活荷載qx對外墻等效為均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1k，計算公式如下：

q1k=K0qx=0.50×5.00=2.50 kN/m2

地下水位以上土壓力q2k為：

q2k=K0γH1=0.50×18.00×1.25=11.25kN/m2

地下水位以下土壓力q3k為：

q3k=K0γsatH2=0.50×20.00×4.15=41.50kN/m2

式中：K0為土側(cè)壓力系數(shù)；γ為土的天然重度；γsat為土的飽和重度；H1為水位以上土厚度；H2為水位以下土厚度。

(2)荷載設(shè)計值

室外地面活荷載q1k對外墻等效為均布荷載設(shè)計值q1，計算公式如下：

q1=γhq1k=1.50×2.50=3.75 kN/m2

地下水位以上土壓力q2為：

q2=γtq2k=1.30×11.25=14.625 kN/m2

地下水位以下土壓力q3為：

q3=γtq3k=1.30×41.50=53.95 kN/m2

式中：γh為地面活荷載分項系數(shù)；γt為土壓分項系數(shù)。

(3)荷載準(zhǔn)永久值

室外地面活荷載q1k對外墻等效為均布荷載永久值q1，計算公式如下：

q1=γqq1k=1.00×2.50=2.50 kN/m2

地下水位以上土壓力q2為：

q2=q2k=11.25 kN/m2

地下水位以下土壓力q3為：

q3=q3k=41.50 kN/m2

式中γq為地面活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)。

原設(shè)計及實際情況計算得到的配筋及裂縫寬度結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，根據(jù)實際情況計算得出的各部位配筋及裂縫寬度明顯大于原設(shè)計情況，已無法滿足原設(shè)計要求。

最后，對該工程地下車庫防水構(gòu)造措施進行核查顯示，本工程主體結(jié)構(gòu)防水措施為P6防水混凝土、1.5mm厚單面反應(yīng)粘高分子防水卷材； 水平施工縫防水措施采用中埋式止水帶； 后澆帶防水措施僅采用C35補償收縮混凝土。對照《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB 50108—2008)表3.3.1，本工程原設(shè)計主體結(jié)構(gòu)、水平施工縫選用滿足規(guī)范要求，后澆帶防水措施選用不滿足規(guī)范要求； 后澆帶防水措施僅選用補償收縮混凝土，防水措施不滿足規(guī)范要求。本工程原設(shè)計地下室外墻迎水面鋼筋保護層厚度為20mm，基礎(chǔ)及地下室底板迎水面鋼筋保護層厚度為40mm； 根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB 50108—2008)第4.1.7.3條規(guī)定，防水混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm。防水混凝土結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋保護層厚度不滿足要求。

配筋及裂縫寬度計算結(jié)果對比 表2

5 滲透控制措施及效果分析

通過對該工程滲水問題的調(diào)查與分析，提出幾點整改措施，具體如下：

(1)對存在滲漏和有缺陷的部位進行全面排查診斷，將裂縫、混凝土不密實部位、滲漏點等分述清楚，判斷其表征和具體性質(zhì)。

(2)明確擬采用堵漏材料的屬性和適用范圍，根據(jù)其排查診斷結(jié)果，有針對性地提出滲漏處理措施。對于干燥縫隙，建議采用壓力注入改性環(huán)氧灌漿料； 對于潮濕滲漏縫隙，建議采用壓力注入聚氨酯化學(xué)漿料。聚氨酯化學(xué)漿料，應(yīng)選用水溶性等具有良好親水性、遇水能均勻分散、潮濕基面粘接強度好、止水快的材料。變形縫處，建議采用彈性聚氨酯，以適應(yīng)此部位沉降、伸縮等變化的需要。

(3)選用的堵漏材料，應(yīng)明確其物理力學(xué)性能指標(biāo)，提供合格證、檢驗報告； 根據(jù)其不同的施作堵漏對象，確定漿液用料配合比。

(4)細(xì)化堵漏騎縫鉆孔、注漿嘴布設(shè)、封縫、配置漿液、灌注、封口等注漿工藝內(nèi)容。

通過前期對該工程地下室側(cè)墻進行注漿法處理，側(cè)墻滲水現(xiàn)象明顯緩解，目前剩余滲水點較少，證明采用注漿法處理該工程地下室滲水問題是有效的。但是，考慮到滲透隱患的完全解決及結(jié)構(gòu)強度的恢復(fù)等問題，建議進一步采取隔水泄壓、抗浮錨桿等措施。

6 分析與結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查與后期設(shè)計復(fù)核，確定該工程地下室底板、砌體墻出現(xiàn)裂縫、滲漏等病害是設(shè)計因素及施工因素綜合導(dǎo)致的。通過對該工程地下室病害原因的分析，得到以下結(jié)論：

(1)該工程抗浮水位選取不符合現(xiàn)場實際情況，即實際抗浮水位與設(shè)計抗浮水位嚴(yán)重不符是導(dǎo)致事故的根本原因。

(2)本工程出現(xiàn)病害主要是因為在降水不到位、地下水水位不滿足設(shè)計要求和正常施工條件下倉促施工導(dǎo)致的，次要原因是抗?jié)B、降水措施設(shè)計、現(xiàn)場回填不及時，加重了結(jié)構(gòu)病害。

(3)針對地下結(jié)構(gòu)滲透病害，采用聚氨酯化學(xué)漿料進行注漿，能夠緩解滲透現(xiàn)象，但要完全解決滲透病害，恢復(fù)結(jié)構(gòu)強度，還要采取隔水泄壓、抗浮錨桿等進一步抗浮及結(jié)構(gòu)補強措施。