地下工程裂縫控制及防水設(shè)計

宋一秋，楊德標，陳志博

湖南省和清環(huán)境科技有限公司，湖南 長沙 410000

地下結(jié)構(gòu)包括各類人防工程、地下商場、地下車庫、地下管廊、地下水池等，此類工程對抗?jié)B防裂要求嚴格，對于工程的使用功能與生命周期等具有重要作用。此類結(jié)構(gòu)復(fù)雜，盡管受力計算符合現(xiàn)行規(guī)范要求，可確保結(jié)構(gòu)的安全性，但是地下工程的裂縫問題無法杜絕。裂縫問題與混凝土結(jié)構(gòu)的自防水性能、防水方案及節(jié)點防水等因素相關(guān)，同時也受防水材料的影響。

1 地下結(jié)構(gòu)裂縫形成機理及成因

1.1 受力裂縫

地下結(jié)構(gòu)荷載裂縫形成機理為結(jié)構(gòu)在外荷載作用下，造成混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力過大，形成裂縫。荷載裂縫包括剪切裂縫、彎曲裂縫與扭轉(zhuǎn)裂縫等[1]。主要成因如下：前期調(diào)查中地質(zhì)資料中參數(shù)不準確；結(jié)構(gòu)荷載輸入有誤；結(jié)構(gòu)受力假定條件不符合實際狀況；結(jié)構(gòu)計算不精確；構(gòu)造措施不合理等。

1.2 自收縮裂縫

自收縮裂縫形成機理為混凝土內(nèi)部因水化、泌水或蒸發(fā)等原因造成結(jié)構(gòu)失水嚴重，原有水分占據(jù)的內(nèi)部空間形成空腔，同時因受到毛細壓力、內(nèi)部負壓等因素的影響，混凝土出現(xiàn)收縮變形，若變形達到極限狀態(tài)則演變成裂縫。主要成因如下：材料配比不當、振搗不足；施工環(huán)境溫度過高；后期養(yǎng)護不到位，等等。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫形成機理為混凝土熱脹冷縮，結(jié)構(gòu)變形受到約束，若該約束作用使溫度變形不能自由釋放，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度就會產(chǎn)生裂縫[2]。主要成因如下：結(jié)構(gòu)構(gòu)件外露導(dǎo)致環(huán)境溫度差異大；結(jié)構(gòu)在極低或極高溫度下合攏；結(jié)構(gòu)超長不足以抵抗溫度應(yīng)力；工作環(huán)境溫差變化比較大等。

2 地下工程裂縫控制思路

首先，應(yīng)保證軟件計算的荷載、假定、配筋、輸入資料等符合工程的實際情況，在構(gòu)件的使用過程中不會產(chǎn)生超限的受力裂縫，并在設(shè)計中適當考慮加強防開裂和滲漏的構(gòu)造措施，如與水、土接觸的構(gòu)件用抗?jié)B等級較高的防水混凝土澆筑。其次，應(yīng)注重在施工過程中的養(yǎng)護和工序，以及在規(guī)劃部位預(yù)先設(shè)置變形縫，在新舊混凝土間留有施工縫等措施，通過“放”的方式釋放混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力，減少無序裂縫的發(fā)生。事先預(yù)設(shè)的縫越多，則無序裂縫發(fā)生的概率越低。再次，依據(jù)現(xiàn)行建筑工程相關(guān)規(guī)定，地下結(jié)構(gòu)工程變形最大間距約為30m，當?shù)叵鹿こ痰恼w長度超過30m，應(yīng)設(shè)置溫度后澆帶，加強養(yǎng)護，在混凝土中加入適量的膨脹劑，以減小前期溫度應(yīng)力產(chǎn)生的混凝土收縮，配置溫度鋼筋抵抗后期溫度產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。最后，設(shè)置伸縮縫，縫的設(shè)置必須遵循“結(jié)構(gòu)放、防水抗”的原則，依據(jù)地下結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)、變形情況及施工現(xiàn)場等進行合理設(shè)計，以達到“有縫不滲漏”目的[3]。除了利用構(gòu)件自身的裂縫控制防止地下水的滲漏，還可以通過建筑防水設(shè)計措施對地下水進行阻斷。

3 實例分析地下工程防水設(shè)計

某住宅工程建筑面積為26060.6m2，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下共一層，防水等級為二級。地下室主體結(jié)構(gòu)混凝土強度等級為C35，抗?jié)B等級為P6，人防結(jié)構(gòu)混凝土強度等級為C35，抗?jié)B等級為P6。頂板為無梁樓蓋，主樓為梁板結(jié)構(gòu)，地下室頂板厚度為400mm。地下室外墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，墻體高度為3.4m，厚度為300mm，內(nèi)墻為頁巖多孔磚。該項目設(shè)有抗浮錨桿，地下室頂板為超長結(jié)構(gòu)，工程所在區(qū)域晝夜溫差大，地下室水位較高，地下土層水系較發(fā)育，結(jié)構(gòu)防水難度大。該項目根據(jù)現(xiàn)行防水規(guī)定與技術(shù)，結(jié)合防水設(shè)防要求，采用結(jié)構(gòu)自防水體系，部分采用氧化鎂膨化劑配置的結(jié)構(gòu)自防水混凝土，同時使用了水泥基滲透結(jié)晶防水涂料，涂料其外防水作用。外防水層還均勻涂刷了厚度為1.2mm的聚合物防水涂料，在防水細部用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進行加強處理。

3.1 基礎(chǔ)底板

在工程土方開挖過程中，做好基坑降水措施，基層處理結(jié)束后，對基礎(chǔ)底板進行防水處理，詳細內(nèi)容如下。

（1）在地下室的陰陽角增設(shè)附加層，附加層為50mm厚的混凝土，內(nèi)加細鋼絲網(wǎng)片。在附加層表面均勻噴涂一層水泥素漿，為平整鋪設(shè)防水卷材創(chuàng)造條件。同時，按照卷材的尺寸在基層測量放線，標注出卷材鋪貼控制線位置，以確保鋪展后卷材的整體平整度。

（2）展開卷材后，應(yīng)對其進行拉伸，平鋪于基面上的適宜位置，與彈線對齊；明確基層表面尺寸，對其進行裁剪，卷材與卷尺搭接處長邊大于100mm，短邊大于150mm，搭接寬度偏差應(yīng)控制在10mm以下；底板卷材收頭應(yīng)靠近側(cè)墻，高度為500mm。

（3）抬起卷材一側(cè)并撕開，尺寸為0.5～1m，卷材底部預(yù)留出一角，將隔離紙抽出。抽出的同時需借助輥滾反復(fù)壓排，擠出空氣；封邊處理，抬起上面卷材的搭接位置，下面卷材的搭接位置需均勻刮涂聚合物水泥砂漿，并黏合搭接部位，應(yīng)對已完成黏合的卷材部位進行多次封邊處理，刮涂聚合物水泥砂漿。

3.2 地下室外墻

（1）外墻后澆帶防水細部構(gòu)造做法。該項目外墻后澆帶位置采用了混凝土導(dǎo)墻超前止水做法，在后澆帶的兩側(cè)設(shè)有鋼板止水帶，后澆帶的位置澆筑高強度微膨脹混凝土。

（2）外墻防水細部構(gòu)造做法。在距離基礎(chǔ)梁頂面500mm高的位置設(shè)置外墻導(dǎo)墻施工縫，防水構(gòu)造為鋼板止水帶，在框架柱位置的止水帶設(shè)置如圖1所示。鋼板止水帶是將厚度為0.4mm的鍍鋅鋼板或厚度為1mm的樹脂板作為芯片，兩側(cè)涂刷厚度為2～3mm的丁基橡膠膩子，外層包裹有隔離紙。隔離紙揭除順序應(yīng)依據(jù)混凝土埋入順序分層揭除，待混凝土澆搗到位后方可揭除后澆帶混凝土位置的隔離紙。采用水平施工縫法安裝鋼板，在預(yù)先澆搗的混凝土表層留設(shè)茬面，當混凝土澆搗完成但還未完全凝固時置入止水帶，此前需揭除止水帶一面的隔離紙，未插入的一側(cè)應(yīng)保留隔離紙，待開始上部混凝土作業(yè)前再揭除。后澆帶施工過程中，需密切觀測丁基鋼板止水帶作業(yè)。對于優(yōu)先澆搗混凝土的一側(cè)，可借助鋼筋對其進行固定，控制混凝土澆搗位置。此外，由于丁基橡膠黏結(jié)力較強，連接位置可以直接疊合黏結(jié)，疊合寬度為50mm，后利用穿螺栓對搭接部位進行固定。

圖1 鋼板止水帶構(gòu)造及防水示意圖（單位：mm）

3.3 地下室頂板

因為該項目結(jié)構(gòu)中對頂板有種植需求，所以防水構(gòu)造選用的是厚度為2.0mm的TPZ耐根穿刺防水卷材與厚度為1.0mm的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，通過防水材料實現(xiàn)阻斷。

3.4 防水效果

施工結(jié)束后對底板、側(cè)墻與頂板中心進行監(jiān)測，分析內(nèi)部溫度變化與應(yīng)力變化狀態(tài)?；炷羶?nèi)部溫度隨著時間的增加呈先升高后降低的規(guī)律，后逐漸與環(huán)境溫度貼近，趨于穩(wěn)定；底板、頂板與側(cè)墻厚度不一，溫度峰值、峰值出現(xiàn)的時間節(jié)點與降至環(huán)境溫度時間均有所差異，厚度越小，溫峰越低，溫峰出現(xiàn)時間及降至環(huán)境溫度的時間越短。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，底板、頂板與側(cè)墻混凝土內(nèi)部最大應(yīng)變數(shù)據(jù)分別為256με、226με、78με，因為溫度下降數(shù)值也會有所下降，趨于穩(wěn)定后各部分應(yīng)變分別為96με、70με、27με，就整體混凝土應(yīng)變來看，呈現(xiàn)微膨脹狀態(tài)；由于混凝土周邊有鋼筋存在，適當?shù)奈⑴蛎洉a(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，可與混凝土溫度計后期干燥收縮拉應(yīng)力相抵消，可有效抑制混凝土裂縫。

在混凝土拆模后，對混凝土裂縫進行了30d的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)底板、側(cè)墻與頂板未出現(xiàn)貫穿性裂縫；細部防水節(jié)點，經(jīng)過水泥基滲透結(jié)晶材料處理后，也未出現(xiàn)滲漏問題。由此可知，該項目防水設(shè)計方案效果理想。

4 結(jié)束語

地下結(jié)構(gòu)工程裂縫易發(fā)，防治難度較高，需結(jié)合適宜的防水設(shè)計方案，根據(jù)地下建筑結(jié)構(gòu)進行細部處理。嚴格按照規(guī)定步驟操作，確保施工質(zhì)量，方可提高構(gòu)造防水能力，延長地下結(jié)構(gòu)的使用壽命。通過以上措施，該項目竣工后地下未出現(xiàn)滲水、漏水等現(xiàn)象，可為類似地下工程的防水和裂縫控制提供參考。