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地下工程防水设计指南

 

   一项地下工程建成后,如果出现渗漏,轻则影响美观、使用不便,重则破坏结构安全、印发事故。造成渗漏的原因多样,尽管施工质量是最直接的原因,但是防水设计方案是否完备,材料选择是否恰当,都是非常重要的因素。笔者从事人防工程设计多年,对此深有体会,在此主要谈谈地下工程防水设计中应注意的几个问题。

一、全面考虑地下水的影响

地下工程深埋地下,地下水是造成地下工程渗漏的主要外部水源,但设计时不能仅考虑现有的地下水位的高低。因为地下工程使用期较长,施工和使用过程中地下水位会出现变化。比如说,地面降水特别是强降水会通过地下工程的各种孔口倒灌入地下工程中;地表水(降水、城市绿化用水等)会通过土壤渗透进入地下工程;城市给排水系统也有发生损坏的可能性,特别是大压力、大流量的给水管一旦发生泄漏,将会成为地下工程渗漏的另一水源;各地相继出台的停采或限采地下水政策,国家正实施的大规模调水工程等,也会影响地下水位发生变化。所有这些影响地下工程渗漏的水源,设计时都应加以考虑。

二、合理确定防水等级

为确保地下工程防水设计的合理性,在防水设计前要根据工程的重要程度、地质条件和使用功能要求,确定防水设防等级和要求。《地下工程防水技术规范》中对不同等级的地下工程防水设防要求和允许渗漏水量都作出了明确的规定〔1〕,设计人员在进行地下工程防水设计时要严格按此规定选用。另外在防水设计时,一项整体工程可按单元工程使用要求的不同,选用不通的防水等级标准。如城市地铁车按一级防水设防,而区间隧道可按二级防水设防。

三、重视细部构造的防水设计

细部构造的防水是地下工程防水的薄弱环节,设计时要引起重视。

穿墙孔洞无论是预留还是后凿,埋设件无论是预埋还是后埋,对建筑结构的安全并无大碍,但孔洞后凿、埋设件后埋却对防水影响较大。因为,后凿与后埋会破坏已做好的防水层,使防水层成为不连续的整体。另外在凿洞、凿槽时的冲击、震动会使洞、槽周边的混凝土产生裂缝,形成渗漏水隐患。因此,穿过维护结构的孔洞、维护结构上的埋设件等在建筑结构施工时宜先预留和预埋,以保证防水层的连续性和维护结构混凝土的防水性能。

随着地下空间的开发,新旧结构接头部位的防水处理问题会越来越多。对此,设计时要解决好以下几个问题:一是保证接头部位在新结构施工中及接头部位地防水施工中处于无水状态;二是针对接头部位的实际情况,选择有效的接头部位的实际情况,选择有效的接头部位防水措施;三是要考虑到新旧结构施工间隔时间长、二者结构上存有较大差异并由此可能产生不均匀沉降的问题,采取相应措施,确保工程不致因为沉降差过大而在接头部位产生开裂而渗漏。

目前在此部位多采用设置变形缝的方法来解决,设计时要认真分析工程的实际情况,如当地地下工程主体规模较大、与通道结构相差过于悬殊,且不均匀沉降量过大时,在主体和通道连接部位设置2道变形缝。2道变形缝的间距宜为3m,靠近结构主体的变形缝距主体宜为0.5 m,以缓和过大的沉降对整个结构的影响。

四、考虑现场条件

防水设计前,要掌握工程所在地的水文地质资料,根据工程现场条件来考虑防水方案。比如某城市地下水位很低,有记载以来地下水位距程底板标高相差较远。防水设计时,应该主要考虑解决地表水向工程内的渗透,采用围护结构自防水,混凝土抗渗等级为S8;为了更加保险,工程顶盖设计时采用反梁形式,并增设加强防水层;在结构反梁形成的“凹坑”部位,考虑到地表植被的生长,又设计了排水层和排水孔,使渗到覆土层中的多余水分能够排走。又如另一个城市地下水位特别高,雨季几乎挖一锹就能见水,不是雨季地下水位也在-3.00 m左右,而工程埋深为10 m,整个工程几乎常年处于地下水的包围之中,这对工程的防水设计就提出了较高要求。防水设计时,除主体结构采用混凝土结构自防水外,又增设了合成高分子防水卷材加强防水层,形成全封闭式防水。以上两个例子中,均采用了混凝土结构自防水,考虑到现场条件,又增设加强防水层。

五、充分考虑施工条件

一般情况下工程施工工期是科学合理安排的,可是在特殊工地、特殊时间,工期就可能产生矛盾,此时防水方案也必须服从大局,在保证质量的前提下,尽量缩短工期。传统做法常采用SBS改性沥青卷材作防水层,虽然这种工法现在比较成熟,但施工比较复杂,需要在围护结构表面做水泥砂浆找平层,卷材铺设好后还要做保护层,最后才能回填土,所需工期较长。当工程工期要求较紧时,改用在混凝土结构自防水外涂水泥基渗透结晶型防水涂料作为外防水层,特殊部位加强处理。与卷材防水相比,水泥基渗透结晶型涂料防水施工比较简单,并能缩短工期,只是价格比较高,但缩短工期带来的经济效益也是不容忽视的。

六、重视防水材料的选择

各种各样的防水材料层出不穷,鱼龙混杂,要深入细致地做些调查研究工作,确实可靠的材料才能入选,并按规范规定的性能指标确定选材。除此之外,进场材料必须有合格证合检测报告,经现场复验合格后方能使用。

任何材料都有一定的局限性,地下工程防水设计时,要根据工程各部位所处环境的不同合使用功能的不同,选用适当的防水材料来保证防水功能。此时,不同防水层连接部位的细部防水要满足相应要求,如粘结剂性能指标、搭接宽度等。当连接部位两种材料不相容时,应选择能与这两种材料均相容的防水材料做过渡层。

七、避免地下水浮力的危害

地下工程进行防水设计时,不仅要考虑工程建成后地下水浮力对工程的影响。新建工程若规模较大、施工周期较长,在地下工程主体结构完工后,地面建筑施工却还需一段时日,不能及时回填。如此时暴雨来临,带来地下水位的上升,将可能导致地下工程主体结构上浮,而水位下降稳定后,工程会因产生不均匀沉降引起断裂,最终造成工程渗漏。

因此,为避免地下水浮力对工程的危害,设计时如预计地下工程主体结构完工后上部重量未加上之前,会遭受暴雨袭击,则应采用加锚桩或其它措施。建筑物自重加上覆土重如不能满足“不低于地下水浮力的1.1倍”的要求,则也应采取加锚桩措施。

八、采用软保护层

地下建筑外防水层的传统保护方法是砖砌保护墙,这种方法存在很多缺陷。如砖墙的突出棱角很容易将防水层顶破;保护砖墙与防水层之间也不能完全密贴,容易形成汇水区。因保护墙处理不好造成工程内部渗水的实例时有所闻。因此,地下工程外防水层应采取软保护措施,便于在回填土时保护防水层遭破坏,即使主体结构产生不均匀沉降,防水层也不易被破坏。软保护层的材料有发泡聚苯板、高泡聚乙烯板、膨润土板等。但由于顶板、侧墙等不同部位防水层选材的不同,如何有区别地采取软保护层值得进一步研究。

九、结束语

地下工程防水是系统工程,进行防水设计时,在保证结构安全可靠的基础上,结构设计应充分考虑防水设计的要求,如遇结构变更时,防水设计也应进行相应的变更。地下工程防水质量的优劣与设计、选材、施工、监理等环节都有关系,只有这几个环节管理好,设计、施工、监理三者统一思想,严格按规范办事,才能确保地下工程防水质量。

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