城市地下工程防水新技術(shù)

  【摘 要】本文從原理、施工做法和經(jīng)濟(jì)性分析等角度介紹了化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土、后澆帶超前止水技術(shù)、取消上翻導(dǎo)墻、塔吊基礎(chǔ)處理等四種地下工程防水新技術(shù)。新技術(shù)的推廣有助于提高地下防水工程的施工技術(shù)水平，保證工程防水質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)。

  【關(guān)鍵詞】化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土；HCSA膨脹劑；超前止水技術(shù)；上翻導(dǎo)墻；地下防水工程

  隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化水平的提高和城市人口的增加，人類(lèi)因居住和從事各種活動(dòng)而爭(zhēng)占土地的矛盾日趨激化。從宏觀(guān)上看，人口的增加和生活需求的增長(zhǎng)與土地等自然條件的日益惡化和資源的逐漸枯竭引起的人類(lèi)生存空間問(wèn)題，應(yīng)該說(shuō)已達(dá)到了危機(jī)程度^[1] 。在這種情況下，地下空間資源的開(kāi)發(fā)與綜合利用，城市地下工程的建設(shè)與應(yīng)用，不僅有效緩解了當(dāng)前存在的各種城市矛盾，而且為進(jìn)一步建設(shè)現(xiàn)代化城市開(kāi)辟了廣闊的前景。城市地下工程長(zhǎng)期與地下水接觸，防水是地下工程建設(shè)和使用首先要解決的問(wèn)題。防水的好壞直接決定著城市地下工程的成敗。各種防水新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品不斷推出，新技術(shù)的推廣和應(yīng)用有效推動(dòng)城市地下工程防水的革新，提高了整體技術(shù)水平。本文簡(jiǎn)要介紹了化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土、后澆帶超前止水技術(shù)、取消上翻導(dǎo)墻、塔吊基礎(chǔ)處理等4種地下工程防水技術(shù)。

  1 化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土

  建筑防水就是為防止水對(duì)建筑物某些部位的滲透而從建筑材料上和構(gòu)造上所采取的措施。依據(jù)所采用的防水材料和防水做法，建筑防水可分為剛性防水和柔性防水。剛性防水技術(shù)^[2]是指以水泥、砂石為原料并摻入少量外加劑或高分子聚合物材料，起到抗裂防滲，達(dá)到防水的作用。隨著中國(guó)工程建設(shè)發(fā)展的需要，剛性防水的重要性越來(lái)越受到重視。

  近20多年來(lái)，摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土是我國(guó)剛性防水技術(shù)的主要形式。膨脹劑依靠自身的化學(xué)反應(yīng)或與水泥其他成分反應(yīng)，在鋼筋和鄰位混凝土的約束下，在混凝土硬化過(guò)程中產(chǎn)生一定的限制膨脹，儲(chǔ)存一定的預(yù)壓應(yīng)力，從而補(bǔ)償混凝土硬化過(guò)程中的收縮（如干燥收縮和冷縮），提高混凝土的抗裂防滲性能。目前，補(bǔ)償收縮混凝土已廣泛應(yīng)用于我國(guó)高層建筑和商業(yè)廣場(chǎng)地下室、地鐵和隧道、水工建筑、海工、軍工、核電、水利和人防等不同工程領(lǐng)域。

  無(wú)數(shù)的地下工程防水實(shí)踐證明，無(wú)裂縫、無(wú)漏振缺陷的混凝土才是地下工程防水的唯一保障。化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土^[3] （Chemically prestressed concrete，CPC）是中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院趙順增教授所率科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年研究和工程實(shí)踐開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)地下工程混凝土結(jié)構(gòu)防水新技術(shù)。它主要是以高性能的化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)為核心，采用性能優(yōu)良的混凝土膨脹劑，將摻加膨脹劑混凝土的應(yīng)用范圍從目前的補(bǔ)償收縮延伸到預(yù)應(yīng)力領(lǐng)域，使工程不產(chǎn)生收縮裂縫，實(shí)現(xiàn)工程中的無(wú)裂縫混凝土。與現(xiàn)有的機(jī)械預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土顯然具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將為建筑設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)革命性變革。

  CPC化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土可以產(chǎn)生1.0MPa的化學(xué)預(yù)應(yīng)力，確?；炷猎谑褂闷陂g不會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫漏水。化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土配制的核心材料是中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院開(kāi)發(fā)的HCSA-R水化熱抑制型混凝土膨脹劑，該膨脹劑不僅具有優(yōu)良的膨脹性能，而且配制的混凝土密實(shí)保水，不易產(chǎn)生漏振缺陷，最大程度減少混凝土出現(xiàn)施工瑕疵。按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB23439-2009《混凝土膨脹劑》檢測(cè)，HCSA-R性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

  此外，摻加HCSA-R可以顯著降低混凝土的溫升值，當(dāng)水泥用量為310kg/m³時(shí)，3天齡期混凝土最高溫度可以降低5℃，這對(duì)減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫至關(guān)重要，從而徹底解決混凝土開(kāi)裂的技術(shù)難題。

  剛性防水與柔性防水經(jīng)濟(jì)性分析如下：

  傳統(tǒng)雙層SBS柔性外防水施工成本（元/m²）是單層SBS為40元，雙層80元，找平層20元，保護(hù)層24元，合計(jì)124元。

  化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土自防水施工成本（元/m²），摻加的HCSA-R價(jià)格為4.5元/kg，每立方米混凝土約使用45kg。城市地下工程底板按400mm計(jì)，外墻按300mm計(jì)，頂板按250mm計(jì)，則自防水平均施工成本為4.5×45/3＝67.5元/m²。

  化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)自防水與傳統(tǒng)雙層SBS外防水施工技術(shù)相比，節(jié)約直接費(fèi)用約20%~40%，節(jié)約工期（10~15）天。因此，密實(shí)無(wú)裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)是地下工程防水的基石。摒棄多層設(shè)防的傳統(tǒng)防水思想，把“做了比不做好”變?yōu)椤鞍炎铌P(guān)鍵的事情做好”，把防水的根本建立在混凝土上，立足把簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)的混凝土做好，做無(wú)裂縫、無(wú)漏振的無(wú)缺陷混凝土。顯然，化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土是徹底解決地下工程混凝土防水技術(shù)難題的最佳方案。

  2 后澆帶超前止水技術(shù)

  城市地下工程后澆帶超前止水技術(shù)是一種新型后澆帶超前止水構(gòu)造設(shè)計(jì)，為中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院的專(zhuān)利技術(shù)。采用本技術(shù)，可以在地下建筑結(jié)構(gòu)重量能夠平衡上浮力之后，提前撤掉降水，不僅節(jié)約地下水資源，降低施工成本，還可以減少因降水對(duì)周邊建筑穩(wěn)定性的影響。與已有技術(shù)相比，本技術(shù)具有超前止水效果可靠、調(diào)節(jié)變形能力強(qiáng)、不用下挖墊層、工程量小、施工簡(jiǎn)單、節(jié)省工期、降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

  地下工程超前止水技術(shù)原理是^[4]：直接在基礎(chǔ)墊層混凝土預(yù)留后澆帶的部位鋪設(shè)帶有止水構(gòu)造的超前止水鋼板，鋼板厚度3mm，寬度為后澆帶寬度加（15~1000）mm。兩塊超前止水鋼板之間的接縫采用焊接相連接。超前止水鋼板的邊緣止水凸起嵌入基礎(chǔ)底板的保護(hù)層混凝土之中，起到止水作用，后澆帶部位的鋼板不僅可以防止地下水滲入后澆帶，而且鋼板的延性足以適應(yīng)后澆帶變形的要求。當(dāng)?shù)叵陆ㄖY(jié)構(gòu)重量能夠平衡上浮力之后，提前撤掉降水，并且主體建筑完成可以澆筑后澆帶時(shí)，再澆筑后澆帶處的混凝土。后澆帶超前止水鋼板構(gòu)造見(jiàn)圖1，安裝示意圖見(jiàn)2。

  地下工程底板后澆帶超前止水技術(shù)施工工藝流程為基礎(chǔ)底板混凝土→超前止水鋼板→后澆帶鋼筋工程→后澆帶模板→底板混凝土。側(cè)墻后澆帶超前止水構(gòu)造施工工藝與基礎(chǔ)底板類(lèi)似，超前止水鋼板安裝方式與底板基本相同，只需要將鋼板立在后澆帶部位，并點(diǎn)焊在鋼筋上或固定在側(cè)墻模板上，澆筑混凝土即可。

  超前止水鋼板沿長(zhǎng)度方向的接縫滿(mǎn)焊，兩塊相鄰的超前止水鋼板底緣的寬度相差2倍板厚度，這樣的超前止水鋼板可以形成連鎖搭接，并在焊縫刷防銹漆。超前止水鋼板現(xiàn)場(chǎng)安裝施工見(jiàn)圖3。

  后澆帶超前止水技術(shù)與傳統(tǒng)沉式混凝土加強(qiáng)墊層防水層做法的經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比見(jiàn)表2。

  由表2可知，超前止水鋼板的造價(jià)僅為沉式混凝土加強(qiáng)墊層防水層做法造價(jià)的50%左右，顯然，地下工程超前止水技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

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  3 取消上翻導(dǎo)墻

  現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2008規(guī)定，外墻水平施工縫應(yīng)留在高出底板表面不小于300mm的墻體上。施工中，如果對(duì)導(dǎo)墻中混凝土進(jìn)行規(guī)范振搗，混凝土?xí)趬w吊模中下沉，從底板處反溢流出。因此大多數(shù)情況下，工人都是用鐵鍬將混凝土裝入墻體模板中，籠住混凝土不下沉，幾乎不進(jìn)行振搗，從而導(dǎo)致底板（樓板）與外墻的陰角處，多發(fā)蜂窩、麻面和爛根現(xiàn)象，滲漏也就在所難免。此外，上翻300m的外墻必須采用吊模，不僅費(fèi)工費(fèi)料，影響工期，而且增加了施工成本。

  為解決城市地下工程外墻與底板交接處的防水問(wèn)題，避免因振搗不到位產(chǎn)生蜂窩、麻面和爛根等隱患造成的滲漏現(xiàn)象，可采用取消防水上翻導(dǎo)墻技術(shù)^[5]。它是在地下室基礎(chǔ)底板水平面上留設(shè)水平施工縫，在水平施工縫上中間位置設(shè)置遇水膨脹橡膠止水條，并在施工縫的迎水面涂刷聚合物水泥防水砂漿。該技術(shù)可顯著提高外墻與底板交接處的防水質(zhì)量，并且簡(jiǎn)化工序，節(jié)約工期，降低施工成本。該技術(shù)做法原理見(jiàn)圖4，具體施工方案如下：

  （1）留置施工縫：先澆筑基礎(chǔ)底板混凝土，將水平施工縫留設(shè)在基礎(chǔ)底板的頂部水平位置，且與基礎(chǔ)底板的頂面平齊。

  （2）遇水膨脹橡膠止水條粘貼基面處理：為保證水平施工縫粘貼遇水膨脹橡膠止水條的基面平滑，在基礎(chǔ)底板混凝土初凝之前，就要在水平施工縫的中部，即預(yù)留的兩排外墻豎向鋼筋的中間位置，沿外墻水平走向壓埋一塊寬50mm，厚（20～50）mm的木質(zhì)或塑料板，長(zhǎng)度沒(méi)有特殊要求。在混凝土終凝之前，將壓埋的木質(zhì)或塑料板取出，這樣在基礎(chǔ)底板混凝土的表面預(yù)留施工縫位置形成一條寬（30~40）mm，深（20～30）mm的光滑凹槽，用于放置遇水膨脹橡膠止水條；或者，不在基礎(chǔ)底板混凝土中埋木質(zhì)或塑料板，僅在混凝土終凝之前，在固定遇水膨脹橡膠止水條的位置，用抹刀將混凝土修整平滑。

  （3）固定遇水膨脹橡膠止水條：采用環(huán)氧砂漿或者水泥釘將遇水膨脹橡膠止水條固定在基礎(chǔ)底板水平施工縫位置上（見(jiàn)圖5）。

  （4）澆筑外墻混凝土：按照設(shè)計(jì)要求綁扎外墻鋼筋，支外墻模板，澆筑外墻混凝土。

  （5）施工縫處理：拆除外墻模板后，立即將基礎(chǔ)底板和外墻接合處迎水面表面清理干凈，采用聚合物水泥砂漿，對(duì)迎水面施工縫上、下不少于100mm范圍進(jìn)行涂抹處理，或者對(duì)施工縫內(nèi)、外側(cè)同時(shí)進(jìn)行處理，如果外墻的外模是磚砌的永久性模板，則僅需在施工縫內(nèi)側(cè)進(jìn)行處理，聚合物水泥砂漿的厚度為（0.5～5）mm，潮濕養(yǎng)護(hù)14天。

  從施工縫的留設(shè)位置、防水節(jié)點(diǎn)的處理方法來(lái)看，該施工方案技術(shù)可靠、施工快捷方便，解決了長(zhǎng)期困擾地下室混凝土施工中的底板與外墻交接陰角處易滲漏的難題，可顯著降低地下建筑外墻水平縫的施工成本。

  4 塔吊基礎(chǔ)處理

  塔吊塔機(jī)作為建筑施工的主要建筑機(jī)械，其起升高度大，覆蓋面廣等而被廣泛使用于建筑施工，擔(dān)負(fù)著主要的垂直運(yùn)輸工作。塔吊基礎(chǔ)一方面留置時(shí)間長(zhǎng)，另一方面塔吊基礎(chǔ)通常穿透城市地下工程的防水底板，施工過(guò)程中往往由于處理方法不當(dāng)，導(dǎo)致防水底板處塔吊基礎(chǔ)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

  圖6是一種塔吊基礎(chǔ)新作法。該作法施工簡(jiǎn)便，防水效果好，已在多個(gè)城市地下工程中得到應(yīng)用。

  該塔吊基礎(chǔ)作法的技術(shù)要點(diǎn)如下：

  （1）塔吊基礎(chǔ)防水混凝土板厚度300mm，為了防裂，需要配置直徑12mm間距200mm的抗裂構(gòu)造鋼筋，雙向雙層布置；

  （2）塔吊基礎(chǔ)防水混凝土采用與基礎(chǔ)底板相同配比的補(bǔ)償收縮混凝土；

  （3）塔吊基礎(chǔ)與基礎(chǔ)底板相互搭接400mm，防水節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置40mm×30mm橡膠止水膠條，橡膠止水膠條用環(huán)氧砂漿粘接在平整的防水混凝土表面，并且每間隔（30～50）mm用水泥鋼釘固定。

  5 結(jié)論

  城市地下工程防水是一門(mén)綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)的工程技術(shù)，它是涉及材料、設(shè)計(jì)、施工和管理等各個(gè)方面的一種系統(tǒng)工程。綜合考慮上述諸多方面的因素，進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，選擇技術(shù)先進(jìn)、可靠、經(jīng)得住實(shí)踐考驗(yàn)的新材料、新技術(shù)和新工藝有助于提高城市地下工程防水整體水平，既保證工程防水質(zhì)量，又可以加快施工進(jìn)度，降低施工成本，是一種利國(guó)利民的好事。因此，在城市地下工程中推廣化學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土、后澆帶超前止水技術(shù)、取消上翻導(dǎo)墻和塔吊基礎(chǔ)處理四種新技術(shù)，可以保證地下工程防水耐用年限和使用功能，實(shí)現(xiàn)城市地下工程防水高質(zhì)量和綜合效益。

  【參考文獻(xiàn)】

  [1] 陶龍光，劉波，侯公羽. 城市地下工程[M].北京：科學(xué)出版社，2011：3-4.

  [2] 高延繼，趙順增，邵高峰.剛性防水技術(shù)闡述[C]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：3-5.

  [3] 趙順增. 創(chuàng)新發(fā)展是膨脹劑行業(yè)的唯一出路[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2013，2：1-2.

  [4] 趙順增，劉立，李長(zhǎng)成，等. 剛性防水技術(shù)闡述[C]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：224-229.

  [5] 趙順增.一種地下建筑防水外墻水平施工縫的構(gòu)造[P].北京，201320081767.2.