地下工程防水與結(jié)構(gòu)同壽命技術(shù)研究

王彩霞

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

防水是建筑工程中的一項(xiàng)重要工藝，是為防止建筑結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)滲漏，從材料、構(gòu)造等方面采取的技術(shù)措施，多見于屋面、地下室等部位。地下工程因位置、用途的特殊性，更容易受到地下水的影響，且防水層破損老化后難以從迎水面維修，因此防水一直是一個(gè)重點(diǎn)和難題[1]。2022 年10 月，我國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑與市政工程防水通用規(guī)范》（GB 55030—2022），自2023 年4 月1 日正式實(shí)施。該規(guī)范明確提出，地下工程防水設(shè)計(jì)工作年限，不應(yīng)低于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作年限，即防水與結(jié)構(gòu)同壽命，這對(duì)防水作業(yè)提出了更高要求。本文結(jié)合實(shí)踐，探討了地下工程防水與結(jié)構(gòu)同壽命的技術(shù)方法。

1 防水層的防水性能和耐久性

防水工程就是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇合適的、優(yōu)質(zhì)的防水材料，在合理的設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)下，經(jīng)規(guī)范施工產(chǎn)生可靠的防水效果。

1.1 防水性能

防水層的防水性能，是多個(gè)防水機(jī)制共同構(gòu)成的，例如卷材接縫、收頭密封、材料適用等。防水性能有以下3 個(gè)方面的要求：①卷材搭接縫對(duì)防水層的性能影響明顯，要求搭接縫的防水性能超過卷材本身，才能形成可靠的防水層。②收頭密封是保證防水區(qū)域不進(jìn)水的措施，多見于底板、頂板、側(cè)墻等部位不同防水材料的交界處。③防水材料的適用性也是一個(gè)重點(diǎn)，即便是相同的材料，在不同部位使用也會(huì)產(chǎn)生不同的防水效果。以PVC 卷材為例，用于屋面防水非常可靠，用在地下室防水則容易出現(xiàn)竄水問題。

1.2 耐久性

防水層的耐久性，指的是在特定環(huán)境下的服役性能。防水材料作為有機(jī)材料的一種，會(huì)隨著年限增加而發(fā)生老化，不同環(huán)境下的老化速度有一定差異。歐洲對(duì)防水層的耐久年限進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，以老化試驗(yàn)為依據(jù)，25年是基礎(chǔ)限值，30 年、35 年等更長的耐久年限報(bào)告，是對(duì)25 年的工程進(jìn)行取樣試驗(yàn)，獲得5 年耐久年限進(jìn)階。我國在防水層的耐久性上要想與結(jié)構(gòu)同壽命，其理論及實(shí)踐方面尚無相關(guān)的依據(jù)和支撐。

2 剛性防水與柔性防水的區(qū)別

防水工程中，剛性防水與柔性防水是兩種常用的形式，這兩者在設(shè)計(jì)、施工上存在差異，且防水材料各具優(yōu)勢。

2.1 剛性防水

剛性防水主要依靠結(jié)構(gòu)自身的密實(shí)性，或使用剛性材料作為防水層，例如細(xì)石混凝土防水層、防水砂漿類防水層、薄層無機(jī)剛性防水層等。剛性防水材料，按照膠凝材料的不同主要分為兩類：一類是以硅酸鹽水泥為基料，加入有機(jī)或無機(jī)外加劑配制而成；另一類是以膨脹水泥為基料，加入外加劑配制而成。結(jié)合工程實(shí)踐，剛性防水材料的優(yōu)點(diǎn)包括：①具有較高的壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和抗?jié)B能力，除了防水外，還能作為承重、圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用。②可根據(jù)工程構(gòu)造部位和特點(diǎn)，采用不同的施工做法。③相較于柔性防水，剛性防水的造價(jià)低、施工簡單、方便后期維護(hù)。缺點(diǎn)則是沒有伸縮性，因不均勻沉降造成結(jié)構(gòu)變形后，容易出現(xiàn)裂縫和滲漏情況。

2.2 柔性防水

柔性防水是使用卷材、涂膜、瀝青、油氈等有機(jī)材料構(gòu)成的防水層，直接粘貼在結(jié)構(gòu)物表面產(chǎn)生防水效果。以聚乙烯丙綸復(fù)合防水卷材為例，是目前使用最廣泛的柔性防水材料，采用規(guī)范熱融直壓復(fù)合工藝一次成型，能與建筑結(jié)構(gòu)的基層實(shí)現(xiàn)良好結(jié)合[2]。從大量工程實(shí)踐來看，柔性防水材料的優(yōu)點(diǎn)包括：①拉伸強(qiáng)度高、延伸率大、質(zhì)量輕，方便現(xiàn)場施工作業(yè)；②具有一定的韌性，可適應(yīng)微小的結(jié)構(gòu)變形和脹縮。缺點(diǎn)則是：①耐穿刺性、耐老化性較差，因此使用年限短；②工藝技術(shù)要求嚴(yán)格，相較于剛性防水的造價(jià)高、后期維護(hù)工作量大。

3 實(shí)現(xiàn)地下工程防水與結(jié)構(gòu)同壽命的技術(shù)方法

在地下工程中，防水與結(jié)構(gòu)同壽命對(duì)施工技術(shù)提出更高要求，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)自防水、防水排水、維護(hù)保養(yǎng)3 個(gè)方面入手。

3.1 結(jié)構(gòu)自防水體系

結(jié)構(gòu)自防水，是不依賴于防水層，而是使用高抗?jié)B性能的混凝土及節(jié)點(diǎn)防水措施。一個(gè)科學(xué)完善的結(jié)構(gòu)自防水體系，應(yīng)滿足以下4 點(diǎn)要求：①混凝土的抗?jié)B性能符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，且具有良好的抗開裂能力、微小裂縫自愈能力。②采用合理的施工技術(shù)手段，提高結(jié)構(gòu)的抗變形剛度，避免沉降差、溫差等因素造成結(jié)構(gòu)裂縫。③在穿墻管、變形縫等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，采用柔性密封防水措施。④針對(duì)滲漏部位，采用化學(xué)灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)加固[3]。

3.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)防水

（1）抗?jié)B?；炷两Y(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能，與混凝土的抗?jié)B性、厚度有關(guān)，提高混凝土的抗?jié)B性或增加其厚度，均能提升整體結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能。首先，在混凝土的抗?jié)B性方面，目前C25 普通混凝土的抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P6 以上，且隨著混凝土強(qiáng)度提高，其抗?jié)B等級(jí)也在提高。因此，C35 級(jí)以上的混凝土，除了特殊工程以外，可不進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)。其次，在混凝土的厚度方面，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，厚度≥150mm 就滿足相應(yīng)等級(jí)的抗?jié)B要求，因此在不考慮其他因素下，規(guī)定混凝土厚度≥200mm 即可。

（2）抗裂?；炷两Y(jié)構(gòu)的抗裂性能，是防水工程的一個(gè)重要指標(biāo)，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土材料抗裂等有關(guān)。首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和剛度計(jì)算，不開裂或裂縫小于規(guī)定值即可。目前設(shè)計(jì)規(guī)范要求：自防水混凝土構(gòu)件的橫向彎曲表面裂縫寬度≤0.2mm，地下工程的底板、頂板等部位裂縫寬度≤0.15mm。其次，在混凝土材料抗裂方面?；炷翝仓瓿珊螅芽p通常出現(xiàn)在強(qiáng)度增加早期，因此控制早期收縮裂縫才能提高抗裂性能。依據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50164—2011），地下工程結(jié)構(gòu)的混凝土，早期抗?jié)B等級(jí)應(yīng)達(dá)到L-Ⅳ級(jí)，即總開裂面積在100～400mm2/m2。最后，合理布設(shè)鋼筋密度，相鄰間距≤200mm，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7d，也能有效避免或減少裂縫產(chǎn)生，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能[4]。

（3）微小裂縫自愈。自愈混凝土是在拌制過程中，摻入水泥基滲透結(jié)晶材料，該材料具有一定活性。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小裂縫而滲水，結(jié)晶材料和水結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)裂縫進(jìn)行堵塞填充，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。其中的活性成分作為催化劑，可以重復(fù)使用，為混凝土提供長期自我修復(fù)的功能。

3.1.2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)防水

（1）混凝土接縫部位。混凝土結(jié)構(gòu)施工中，為了減少結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生，會(huì)設(shè)置施工縫、變形縫、后澆帶等，需對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防水處理。其中，變形縫最容易滲漏，是防水處理的難點(diǎn)。目前常用的技術(shù)措施，是在斷面內(nèi)埋設(shè)橡膠止水帶，在迎水面使用外貼止水帶。但是，隨著使用時(shí)間延長，止水帶會(huì)發(fā)生老化，而且無法更換。目前來看，高質(zhì)量止水帶的使用年限能達(dá)到20 年，但距離50 年甚至更長的年限還有較大差距。為了解決這一問題，可采用后澆帶、誘導(dǎo)縫代替變形縫，雖然這些結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生滲漏，但能采取有效的修復(fù)措施，例如注漿止水、帷幕止水等。

（2）埋設(shè)件和洞口。在一些非貫穿性的節(jié)點(diǎn)如埋設(shè)件，滲漏發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較小，而且處理起來簡單，能獲得良好的防水止水效果[5]。以采光井為代表的洞口，以及管道與結(jié)構(gòu)間隙處，目前防水技術(shù)方案成熟，且后續(xù)修復(fù)較為簡單，能做到防水和結(jié)構(gòu)同壽命的目標(biāo)。

3.1.3 滲漏處理

滲漏作為地下工程嚴(yán)重的病害之一，事前質(zhì)量控制尤為重要，即在竣工后開展?jié)B水試驗(yàn)，以確保滿足規(guī)范和驗(yàn)收要求。工程投入使用后，如果出現(xiàn)局部滲漏的現(xiàn)象，屬于質(zhì)量缺陷，應(yīng)該制定合理可行的處理方案和措施。

3.2 防水排水方案

防水排水方案，是地下工程防水的輔助性技術(shù)措施，包括外設(shè)防水層、結(jié)構(gòu)外排水、結(jié)構(gòu)內(nèi)排水等形式。

3.2.1 防水層

工程建設(shè)完成后，基礎(chǔ)在壓縮固結(jié)的過程中，會(huì)出現(xiàn)較小的變形、沉降等情況，混凝土結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)收縮。在此背景下，工程結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏的概率較高，防水層就發(fā)揮出重要作用。以瀝青類卷材為例，隨著使用年限延長，瀝青的防水性能逐漸減弱，卷材可能開裂但不會(huì)消失，因此仍具有一定防水作用。結(jié)合工程實(shí)踐，地下工程在使用過程中，并不存在防水層全面失效、大面積滲水的情況。因此，外設(shè)防水層是一種必要的防水方案，在使用壽命內(nèi)發(fā)揮出重要的防水作用；超過使用壽命后，仍會(huì)與混凝土共同起到一定防水功能。而且，外設(shè)防水層還能保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其耐久性。

3.2.2 排水措施

結(jié)構(gòu)外排水，是在地基下部或周邊設(shè)置排水濾水系統(tǒng)，減小地下水對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響[6]。結(jié)構(gòu)內(nèi)排水，則是排出滲入室內(nèi)的水，不影響建筑正常使用。工程實(shí)踐中，根據(jù)不同部位、不同使用要求，常用的排水措施有明溝、暗溝、隔墻、接水盒、排水板等，需定期監(jiān)測水量變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大量涌水的現(xiàn)象并堵漏處理。針對(duì)防水防潮要求高的工程，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段設(shè)置排水系統(tǒng)。

3.3 維護(hù)保養(yǎng)措施

對(duì)地下工程進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，也是防水與結(jié)構(gòu)同壽命的必要手段。以防水層、接縫處的防水材料為例，這些部位在后期無法更換，出現(xiàn)滲漏問題后，通常采用注漿法、涂刷結(jié)晶防水材料，既不會(huì)影響原來的工程結(jié)構(gòu)，也不會(huì)造成環(huán)境污染問題。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目，位于城市中心地帶，包括地上建筑和地下工程兩部分。因地下水豐富，為保證地下工程的安全性，設(shè)置臨時(shí)地下連續(xù)墻，進(jìn)行分倉施工，基礎(chǔ)底板和地下室外墻設(shè)置貫穿后澆帶，為防水作業(yè)帶來不小挑戰(zhàn)。

4.2 防水施工難點(diǎn)

結(jié)合本工程特點(diǎn)和勘察資料，總結(jié)防水施工難點(diǎn)包括：①地下水位高、水量豐富，而場地土質(zhì)以粉土、粉質(zhì)黏土為主，具有質(zhì)軟、含水率高的特點(diǎn)。②基礎(chǔ)埋深大，承壓水頭壓力大，基底標(biāo)高最深處達(dá)到-21m。③分倉后澆帶部位發(fā)生滲漏的風(fēng)險(xiǎn)高，防水施工難度大。④節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、數(shù)量多，均是防水施工的薄弱點(diǎn)。

4.3 剛?cè)峤Y(jié)合防水工藝

該地下工程的防水等級(jí)為Ⅱ級(jí)。為滿足防水要求，采用剛?cè)峤Y(jié)合防水工藝：①基礎(chǔ)底板，在迎水面使用5mm厚的改性瀝青防水卷材+1000mm 厚的P8 抗?jié)B混凝土底板。②地下室外墻，在背水面使用1mm 厚的水泥基滲透結(jié)晶防水涂料+P8 抗?jié)B混凝土外墻。③地下室頂板，在迎水面使用5mm 厚的改性瀝青防水卷材+15mm厚的防水砂漿找平層+200mm 厚的P6 抗?jié)B混凝土頂板。

4.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的防水施工技術(shù)

以基礎(chǔ)底板連續(xù)墻后澆帶、地下室外墻與結(jié)構(gòu)樓板交界處為例，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的防水做法如下。

4.4.1 基礎(chǔ)底板連續(xù)墻后澆帶

該節(jié)點(diǎn)采用倒牛腿做法，使用剛性防水彌補(bǔ)柔性防水無法閉合的弊端。施工技術(shù)要點(diǎn)：①將倒牛腿處的地下連續(xù)墻保護(hù)層剔除，涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水材料和防水砂漿，并設(shè)置膨脹止水條。②在地下連續(xù)墻施工改性瀝青防水卷材，利用密封材料處理封頭，促使柔性、剛性防水材料有機(jī)銜接。③在后澆帶底部和兩側(cè)，涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水材料，并設(shè)置鋼板止水帶。④澆筑C45、P8 補(bǔ)償收縮混凝土，提高后澆帶的密實(shí)度。

4.4.2 地下室外墻與結(jié)構(gòu)樓板交界處

該節(jié)點(diǎn)鋼筋密布，防水施工技術(shù)要點(diǎn)：①交界處涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水材料，底板施工改性瀝青防水卷材。②預(yù)埋鋼筋處設(shè)置膨脹止水條，外墻施工縫設(shè)置鋼板止水帶。③在底板預(yù)埋注漿管，形成防水、堵漏結(jié)合的防水體系。

5 結(jié)語

綜上所述，地下工程施工時(shí)，防水作業(yè)是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。要想滿足防水與結(jié)構(gòu)同壽命的要求，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)防水方案，包括結(jié)構(gòu)自防水體系、防水排水方案、維護(hù)保養(yǎng)措施等。希望為類似工程的施工提供參考，延長防水設(shè)計(jì)的工作年限，提高地下工程的耐久性。