地下工程裂缝控制及防水设计

2021-10-26宋一秋杨德标陈志博

工程技术研究 2021年13期

宋一秋，杨德标，陈志博

湖南省和清环境科技有限公司，湖南长沙 410000

地下结构包括各类人防工程、地下商场、地下车库、地下管廊、地下水池等，此类工程对抗渗防裂要求严格，对于工程的使用功能与生命周期等具有重要作用。此类结构复杂，尽管受力计算符合现行规范要求，可确保结构的安全性，但是地下工程的裂缝问题无法杜绝。裂缝问题与混凝土结构的自防水性能、防水方案及节点防水等因素相关，同时也受防水材料的影响。

1 地下结构裂缝形成机理及成因

1.1 受力裂缝

地下结构荷载裂缝形成机理为结构在外荷载作用下，造成混凝土内部的拉应力过大，形成裂缝。荷载裂缝包括剪切裂缝、弯曲裂缝与扭转裂缝等[1]。主要成因如下：前期调查中地质资料中参数不准确；结构荷载输入有误；结构受力假定条件不符合实际状况；结构计算不精确；构造措施不合理等。

1.2 自收缩裂缝

自收缩裂缝形成机理为混凝土内部因水化、泌水或蒸发等原因造成结构失水严重，原有水分占据的内部空间形成空腔，同时因受到毛细压力、内部负压等因素的影响，混凝土出现收缩变形，若变形达到极限状态则演变成裂缝。主要成因如下：材料配比不当、振捣不足；施工环境温度过高；后期养护不到位，等等。

1.3 温度裂缝

温度裂缝形成机理为混凝土热胀冷缩，结构变形受到约束，若该约束作用使温度变形不能自由释放，导致结构的温度应力大于混凝土的抗拉强度就会产生裂缝[2]。主要成因如下：结构构件外露导致环境温度差异大；结构在极低或极高温度下合拢；结构超长不足以抵抗温度应力；工作环境温差变化比较大等。

2 地下工程裂缝控制思路

首先，应保证软件计算的荷载、假定、配筋、输入资料等符合工程的实际情况，在构件的使用过程中不会产生超限的受力裂缝，并在设计中适当考虑加强防开裂和渗漏的构造措施，如与水、土接触的构件用抗渗等级较高的防水混凝土浇筑。其次，应注重在施工过程中的养护和工序，以及在规划部位预先设置变形缝，在新旧混凝土间留有施工缝等措施，通过“放”的方式释放混凝土结构内部应力，减少无序裂缝的发生。事先预设的缝越多，则无序裂缝发生的概率越低。再次，依据现行建筑工程相关规定，地下结构工程变形最大间距约为30m，当地下工程的整体长度超过30m，应设置温度后浇带，加强养护，在混凝土中加入适量的膨胀剂，以减小前期温度应力产生的混凝土收缩，配置温度钢筋抵抗后期温度产生的温度应力。最后，设置伸缩缝，缝的设置必须遵循“结构放、防水抗”的原则，依据地下结构的实际受力状态、变形情况及施工现场等进行合理设计，以达到“有缝不渗漏”目的[3]。除了利用构件自身的裂缝控制防止地下水的渗漏，还可以通过建筑防水设计措施对地下水进行阻断。

3 实例分析地下工程防水设计

某住宅工程建筑面积为26060.6m2，框架-剪力墙结构，地下共一层，防水等级为二级。地下室主体结构混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6，人防结构混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6。顶板为无梁楼盖，主楼为梁板结构，地下室顶板厚度为400mm。地下室外墙采用现浇钢筋混凝土，墙体高度为3.4m，厚度为300mm，内墙为页岩多孔砖。该项目设有抗浮锚杆，地下室顶板为超长结构，工程所在区域昼夜温差大，地下室水位较高，地下土层水系较发育，结构防水难度大。该项目根据现行防水规定与技术，结合防水设防要求，采用结构自防水体系，部分采用氧化镁膨化剂配置的结构自防水混凝土，同时使用了水泥基渗透结晶防水涂料，涂料其外防水作用。外防水层还均匀涂刷了厚度为1.2mm的聚合物防水涂料，在防水细部用水泥基渗透结晶型防水涂料进行加强处理。

3.1 基础底板

在工程土方开挖过程中，做好基坑降水措施，基层处理结束后，对基础底板进行防水处理，详细内容如下。

（1）在地下室的阴阳角增设附加层，附加层为50mm厚的混凝土，内加细钢丝网片。在附加层表面均匀喷涂一层水泥素浆，为平整铺设防水卷材创造条件。同时，按照卷材的尺寸在基层测量放线，标注出卷材铺贴控制线位置，以确保铺展后卷材的整体平整度。

（2）展开卷材后，应对其进行拉伸，平铺于基面上的适宜位置，与弹线对齐；明确基层表面尺寸，对其进行裁剪，卷材与卷尺搭接处长边大于100mm，短边大于150mm，搭接宽度偏差应控制在10mm以下；底板卷材收头应靠近侧墙，高度为500mm。

（3）抬起卷材一侧并撕开，尺寸为0.5～1m，卷材底部预留出一角，将隔离纸抽出。抽出的同时需借助辊滚反复压排，挤出空气；封边处理，抬起上面卷材的搭接位置，下面卷材的搭接位置需均匀刮涂聚合物水泥砂浆，并黏合搭接部位，应对已完成黏合的卷材部位进行多次封边处理，刮涂聚合物水泥砂浆。

3.2 地下室外墙

（1）外墙后浇带防水细部构造做法。该项目外墙后浇带位置采用了混凝土导墙超前止水做法，在后浇带的两侧设有钢板止水带，后浇带的位置浇筑高强度微膨胀混凝土。

（2）外墙防水细部构造做法。在距离基础梁顶面500mm高的位置设置外墙导墙施工缝，防水构造为钢板止水带，在框架柱位置的止水带设置如图1所示。钢板止水带是将厚度为0.4mm的镀锌钢板或厚度为1mm的树脂板作为芯片，两侧涂刷厚度为2～3mm的丁基橡胶腻子，外层包裹有隔离纸。隔离纸揭除顺序应依据混凝土埋入顺序分层揭除，待混凝土浇捣到位后方可揭除后浇带混凝土位置的隔离纸。采用水平施工缝法安装钢板，在预先浇捣的混凝土表层留设茬面，当混凝土浇捣完成但还未完全凝固时置入止水带，此前需揭除止水带一面的隔离纸，未插入的一侧应保留隔离纸，待开始上部混凝土作业前再揭除。后浇带施工过程中，需密切观测丁基钢板止水带作业。对于优先浇捣混凝土的一侧，可借助钢筋对其进行固定，控制混凝土浇捣位置。此外，由于丁基橡胶黏结力较强，连接位置可以直接叠合黏结，叠合宽度为50mm，后利用穿螺栓对搭接部位进行固定。

图1 钢板止水带构造及防水示意图（单位：mm）

3.3 地下室顶板

因为该项目结构中对顶板有种植需求，所以防水构造选用的是厚度为2.0mm的TPZ耐根穿刺防水卷材与厚度为1.0mm的水泥基渗透结晶型防水涂料，通过防水材料实现阻断。

3.4 防水效果

施工结束后对底板、侧墙与顶板中心进行监测，分析内部温度变化与应力变化状态。混凝土内部温度随着时间的增加呈先升高后降低的规律，后逐渐与环境温度贴近，趋于稳定；底板、顶板与侧墙厚度不一，温度峰值、峰值出现的时间节点与降至环境温度时间均有所差异，厚度越小，温峰越低，温峰出现时间及降至环境温度的时间越短。由监测数据可知，底板、顶板与侧墙混凝土内部最大应变数据分别为256με、226με、78με，因为温度下降数值也会有所下降，趋于稳定后各部分应变分别为96με、70με、27με，就整体混凝土应变来看，呈现微膨胀状态；由于混凝土周边有钢筋存在，适当的微膨胀会产生一定的预压应力，可与混凝土温度计后期干燥收缩拉应力相抵消，可有效抑制混凝土裂缝。

在混凝土拆模后，对混凝土裂缝进行了30d的监测，发现底板、侧墙与顶板未出现贯穿性裂缝；细部防水节点，经过水泥基渗透结晶材料处理后，也未出现渗漏问题。由此可知，该项目防水设计方案效果理想。