谈地下工程主要防水类型影响因素及对策

王伟福

(北京四达贝克斯监理公司郑州分公司，河南 郑州 450052)

0 引言

地下工程由于深埋于地下，时刻受到地下水的渗透作用，其环境特殊，隐蔽性大，涉及的工种多，施工复杂，较容易出现防水施工质量问题，如果处理不好，将会导致地下水渗漏到工程内部，引起一系列的不良影响，扰乱正常的生产、生活秩序，制约使用功能的发挥，甚至是重大的经济损失。工程中出现的地下工程上浮，变形缝渗漏水，结构渗漏水等问题，屡见不鲜。这也是一直困扰着我们难以解决和根治的主要防水类型。地下工程防水施工的经验教训是沉痛的，弥足珍贵的，借鉴、吸收、改进、完善、运用、能减少弯路，有助于提高地下工程防水施工质量。但要解决地下工程渗漏水等防水问题，不仅要加强设计环节的优化，更要注重施工环节的控制，要充分认识到地下工程防水作用的重要性，提高地下工程防水施工质量，才是最有效的防水措施。

1 地下水对工程建设的影响

地下水类型复杂、形态多样，具有周期性、多变性、长期性的特点，参与作用的地下水由于地质环境和水文条件的不同，其作用可能是缓慢的或瞬时的，也可能是直接的或间接的，是影响建筑工程安全稳定性的最活跃因素之一。季节性降雨、开发利用水资源的活动等引起的水文地质条件的改变、地下水位的变化，也会对地下工程防水效果造成不良影响。当地下水位的升降只在基础底面以上某个范围内变化时，影响不大;若地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化，情况就不同了，若水位上升，水浸湿和软化岩土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大，这种现象可能导致建筑物的变形或破坏。若地下水在压缩层范围内下降，则增加土的自重应力，引起基础的附加沉降。地下水位的下降不是在整个建筑物下面均匀而缓慢地进行，基础会产生不均匀沉降，能使建筑物变形或结构遭到破坏。地下水对地下结构有浮托作用，在不利荷载作用下，地下水位的突然上升可能引起结构物的上浮或破坏。要充分认识到地下水对工程造成的危害，要对所建的工程地下水环境规律进行分析，制定有效的防排水方案，采取措施降低地下水带来的危害。

2 地下工程上浮原因分析及预防措施

地下空间的建设发展，不仅有助于结构空间构造的需要，也拓展了建筑的使用空间，具有良好的社会经济效益。而在工程建设过程中却往往忽视了对地下工程上浮问题的重视，设计在进行抗浮验算时，往往是对整体建筑的核算，而不是单一地考虑地下工程，在实际施工时由于认识不足，未能重视地下降排水措施，很难进行有效排水。若遇到陡降暴雨，地下水位会急速上涨，可能会导致建筑物的上浮。尤其对于我国沿海及西南等地区受季风气候影响比较明显的区域，夏季高温多雨，降水量大，持续时间长，地下水位上升快，当地下结构的自重不足以抵抗地下水的浮力时，会导致地下工程的上浮。

地下工程上浮所需的条件:1)地下水浮力大于工程自重。2)地下工程过早形成了封闭空间，失去了自动注水压重抗浮的功能，抗浮能力薄弱。3)不重视施工现场的排水，其排水措施落实不到位，甚至没有进行排水，导致地下水位急剧上升，超过了抗浮水位。地下工程的上浮是在以上三个条件的共同作用下形成的，其浮力的大小主要取决于地下水位的高度和地下工程的体积，在各种因素作用下使工程载荷小于浮托力所致。

原因分析:1)不利地形的影响。由于地下工程较深，比周围地势低很多，类似于漏斗的底部，易于汇聚地下水、地表水、岩隙水，短时间内水位会陡增，地下工程受到的托浮力会倍增。2)施工的组织方式不合理。底板后浇带先施工一侧，待混凝土膨胀收缩稳定后，直接将后浇带和另一侧一同施工，虽有利于施工进度和施工作业的开展，但忽略了新浇筑的混凝土收缩变形，由于变形的另一侧受到约束，会对结构产生不利影响，形成裂缝，为渗水埋下隐患，同时地下底板形成了一个整体，不利于抗浮。3)基坑回填不宜选用砂夹石。砂夹石虽具有密度高、压实变形小的优点，但颗粒间形成的空隙和间隙较多，透水性较大，对水流、水压起不到减缓或阻断的作用，易于在基坑汇聚，由于原自然状态下的土体或基岩较致密，不宜渗流，基坑水位抬升高度迅速超过四周的地下水位，严重消弱了地下工程的抗浮能力。4)上部结构施工时其操作平台架体搭设对基坑四周的场地需求较为迫切，为了满足结构变形而留置的后浇带仍不能浇筑。为了充分利用基坑的场地，加快了对地下工程基坑的回填，在后浇带外墙部位砌筑砖胎模，在砖胎模外侧抹灰后进行防水施工，这样解决了回填对后浇带浇筑及对外墙防水施工的影响。但整个建筑结构形成了封闭空间，造成了抗浮能力更加薄弱。5)地下工程施工时，施工现场未充分考虑雨季的影响，没有采取针对性的降排水措施。

施工过程的应对措施:1)地下工程在上部结构未施工完成时，结构自重不足以抵抗地下水的浮力时，建筑物的四周不可形成封闭空间，贯通的空间具有自动注水压重的功能，可避免上浮。2)要考虑雨季的影响，及时消除地下水位的变化对建筑抗浮的影响，合理采取防排水措施。3)深基坑的回填不宜采用砂夹石回填，砂夹石渗透性较大，蓄水较为明显。应采用黄土或二八灰土分层夯实，其回填较为密实，透水系数较小，有利于阻水、防水效果的发挥。4)在设计时，应考虑地下工程的特点，设置抗浮桩或进行排水设计等措施。5)可以通过调整开工时间、施工计划，形成良好的施工条件，减少雨季对地下工程施工的影响。

3 沉降缝渗漏水原因及处理措施

为了能适应温度变化、地基不均匀沉降、混凝土收缩、徐变等原因引起的建筑物变形将建筑分开，在工程中常常把变形缝、沉降缝、抗震缝三缝合一而设置，以满足建筑物的水平和垂直方向的变形，以保证结构的安全。沉降缝间隙较小，不具有施工操作空间，一旦出现渗漏水则很难进行处理，其过程十分困难和不便。

某两相邻的工业厂房A和B，基础埋深约－8.3 m，沉降缝间距为180 mm，在地下室－7.5 m处设置一扇宽1.5 m、高2 m的通行门。沉降缝的防水设计为一道橡胶止水带从两厂房的底部同结构混凝土一同施工到00层。在雨季地下水陡增到约－3.0 m时，沉降缝底部及侧面出现渗漏水，给厂房的生产作业带来很大影响。沉降缝00以上一侧墙体间距500 cm，另一侧仅靠风道竖井，且两厂房外墙位置相距较大，迎水面难以进行处理，只好从内部采取复合防水处理。

原因排查如下:1)设计的沉降缝间隙达180 mm，橡胶止水带内外侧没有有效的阻塞物，对水压没有减缓阻止作用，随着水位的增加，受力面积较大，止水带受力变形也会较大，可能出现断裂，防水失效。2)防水设计单一，仅设置一道橡胶止水带，未考虑刚柔相结合的复合防水。3)环境温差的影响。温差可以导致混凝土自由伸缩时出现了较大的线膨胀量，而橡胶止水带适应不了混凝土大的变形量而导致应力集中，引起橡胶止水带薄弱处断裂。4)防水材料可能存在质量缺陷，其拉伸强度、韧度存在不足。5)施工原因。施工过程若对橡胶止水带的安装固定不到位，则会造成接触面容易跑位或存在间隙，从而形成了渗漏水点。若施工不小心止水带被扎，甚至断裂，造成防水失效。

应对措施:1)设计时对沉降缝间距留置不宜过大，对于间距较大的变形缝应增设外凸的垛体，尽可能地减少地下水对止水带的作用面积。2)对于地下水位较高的地下工程，应设计刚柔相结合的复合防水，止水带两侧增填沥青马丝，减缓或阻止水流的压力。3)要注重止水带的安装固定。钢筋绑扎完成后放置止水带，止水带两端用定位钢筋和扁钢固定，用扁钢将止水带两端加紧并与结构钢筋或定位钢筋焊接，以保证止水带的稳定、牢固，避免混凝土浇筑扰动带来的影响。4)采用刚柔相结合的可卸式复合防水处理方式。先在原墙体每侧各凿除150 mm宽，350 mm深的槽，凿除过程不得破坏和切断原结构钢筋(见图1)，为满足混凝土浇筑时下料的需求，在沉降缝门洞上部进行开洞(见图2)。混凝土凿除后，在新旧混凝土结合部位安放膨胀止水条，浇筑混凝土后，将原180 mm宽的沉降缝缩为30 mm～50 mm宽，减少防水部位受力面积，在内部填塞沥青麻丝，在外部安放止水带和钢板，具体做法见图3。对于该种做法，需要注意混凝土的振捣，新旧混凝土结合部位的处理，橡胶止水带安放的平整度，要选用不锈钢螺栓防止锈蚀，控制螺栓间距及扭紧程度，要避免橡胶止水带与墙体接触不严密而出现渗漏水等，为保证处理效果，在沉降缝内又辅以化学注浆。通过雨季验证，其处理效果较好。

建筑物沉降缝防水处理是施工质量控制的关键部位，要制定专项的施工方案、质量控制计划，加强每个环节施工质量的预控和纠偏工作，切实提高施工质量水平，才有利于防水质量水平的提高。

4 地下结构自防水混凝土渗水

地下工程的防水主要是依靠自身混凝土的防水，它是构筑防水的关键部分，提高混凝土施工质量，才能提高地下工程的防水效果，大多数工程会出现墙体的潮湿、浸渍甚至渗漏，经对这些渗漏水点排查发现，有的混凝土表面出现龟裂，有的混凝土凿除后发现骨料相连，缺少砂浆包裹，有的发生在新旧混凝土结合部位，后置埋件部位等较常见渗水。

图1 开槽示意图

图2 门洞上部开槽示意图

图3 构造节点示意图

防水混凝土渗漏水原因分析及应对措施:1)防水混凝土墙体要满足防水厚度要求，墙体后置预埋件的施工，破坏了混凝土的阻水距离，达不到混凝土设防厚度，出现渗漏水。混凝土能防水，除了混凝土致密、孔隙率小、开放性孔隙少以外，还需要一定的厚度，这样能使地下水从混凝土中渗透的距离增大，也就是增大了阻水截面，当混凝土内部的阻力大于外部水压力时，地下水就只能渗透到混凝土中一定距离而停下来，因此防水混凝土结构必须有一定厚度才能抵抗地下水的渗透。施工中，最好进行预埋，减少对混凝土破坏，有利于整体性防水效果。2)混凝土龟裂主要是水泥水化热使混凝土内部温度升高与表面温差偏大引起的，要尽量减少水泥水化热，及时进行保温保湿养护，使混凝土硬化过程中产生的温差应力小于混凝土本身的抗拉强度，从而可避免混凝土产生贯穿性的有害裂缝。最直接的措施就是延迟模板的拆除，拆模后要及时浇水养护，一般不少于7 d。养护缺失，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，水分过早的蒸发而又得不到补充会使混凝土产生收缩变形，出现裂纹，影响混凝土的耐久性和抗渗性能，所以混凝土的养护非常重要。3)混凝土凿除后发现骨料相连，缺少砂浆包裹，主要是因为混凝土振捣不实，使混凝土内部的空隙率增多，消弱了混凝土的抗渗性能。混凝土的空隙可分为施工孔隙和构造孔隙。构造孔隙是由于配比问题引起的，沉降缝隙是在混凝土结构形成时，骨料与水泥因各自的比重和粒径大小不一致，在重力作用下，产生不同程度的相对沉降所引起的。混凝土浇灌后，粗骨料沉降较快，并较早地固定下来，而水泥砂浆则在粗骨料间继续沉降，水被析出，其中一部分沿着毛细管通道析出至混凝土表面，另一部分则聚集在粗骨料下表面形成积水层。水蒸发后形成沉降缝隙，粗骨料粒径越大，则这种沉降越大，也就越不利于防水。通过振捣使混凝土骨料与砂浆充分蠕动糅合，均匀包裹可以消弱缝隙的形成。4)施工缝部位渗水，经凿除后发现，安放的膨胀止水条跑位，与混凝土出现分离，有空隙，没有起到止水效果。由于膨胀止水条是后置安放，混凝土开槽不规则，安放固定不牢，在混凝土施工时，墙体已被模板封闭，施工人员无法对其检查，处理，其施工质量也难以得到保证。所以，施工缝部位的止水构造在设计时应少选膨胀止水条。从现场施工的经验来看，止水钢板的效果较好，应是优先选项。5)控制混凝土粒径。在混凝土硬化过程中，石子不收缩，石子周围的水泥浆则收缩，两者变形不一致。石子越大，周长越大，与砂浆收缩的差值越大，使砂浆与石子间产生微细裂缝。这些缝隙的存在使混凝土的有效阻水截面显著减少，压力水容易透过。因此，防水混凝土的石子粒径不宜过大，以不超过40 mm为宜。6)由于防水混凝土水泥用量相对较高，使用粉细砂更易产生裂缝，因此应优先选用中砂。7)砂、石子含泥量对混凝土抗渗性影响很大，粘土降低水泥与骨料的粘结力，尤其是颗粒粘土，体积不稳定，干燥时收缩，潮湿时膨胀，对混凝土有很大的破坏作用。因此防水混凝土施工时，对骨料含泥量应严格控制。8)施工防水混凝土施工前及时排除基坑内的积水十分重要，施工过程还应保证基坑处于无水状态。大气降雨、地面水的流入以及施工用水的积存都将影响防水混凝土拌合物的配比，增大其坍落度，延长凝结硬化时间，直接影响混凝土的密实性、抗渗性和抗压强度。

保证地下工程混凝土的防水施工质量，需从施工细节入手，严格控制施工材料的选用、选用合理的构造措施、规范施工操作、重视混凝土养护等，抓好施工环节，才能进一步提高结构自防水的效果。

5 结语

工程实践再一次的告诉我们，地下工程的防水成败关键是施工环节的控制，要结合特定工程结构形式及所处的地质环境因素，进行防水施工管理规划，明确防水薄弱环节，重点设防部位，控制难点，应对措施等，有利于对现场工作开展的指导、施工的预控、措施的准备与落实，有利于提高施工管理水平与质量控制。我相信，凡是精心施工、分工明确、认真负责、严格把关、按照操作规程进行施工，就能干出防水效果优良的地下工程。

［1］GB 50108-2008，地下工程防水技术规范［S］.

［2］08BJ6-1，地下工程防水［S］.