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生存空間問題，應(yīng)該說已達(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越受到重視。

  近20多年來，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。

  無數(shù)的地下工程防水實(shí)踐證明，無裂縫、無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，確保混凝土在使用期間不會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫漏水?；瘜W(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，做無裂縫、無漏振的無缺陷混凝土。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)造見圖1，安裝示意圖見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)】

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  [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.