城市地下工程防水新技術

  【摘 要】本文從原理、施工做法和經濟性分析等角度介紹了化學預應力混凝土、后澆帶超前止水技術、取消上翻導墻、塔吊基礎處理等四種地下工程防水新技術。新技術的推廣有助于提高地下防水工程的施工技術水平，保證工程防水質量，加快施工進度，降低工程造價。

  【關鍵詞】化學預應力混凝土；HCSA膨脹劑；超前止水技術；上翻導墻；地下防水工程

  隨著國民經濟現(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而爭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，應該說已達到了危機程度^[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與應用，不僅有效緩解了當前存在的各種城市矛盾，而且為進一步建設現(xiàn)代化城市開辟了廣闊的前景。城市地下工程長期與地下水接觸，防水是地下工程建設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、新工藝和新產品不斷推出，新技術的推廣和應用有效推動城市地下工程防水的革新，提高了整體技術水平。本文簡要介紹了化學預應力混凝土、后澆帶超前止水技術、取消上翻導墻、塔吊基礎處理等4種地下工程防水技術。

  1 化學預應力混凝土

  建筑防水就是為防止水對建筑物某些部位的滲透而從建筑材料上和構造上所采取的措施。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^[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，達到防水的作用。隨著中國工程建設發(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，摻膨脹劑的補償收縮混凝土是我國剛性防水技術的主要形式。膨脹劑依靠自身的化學反應或與水泥其他成分反應，在鋼筋和鄰位混凝土的約束下，在混凝土硬化過程中產生一定的限制膨脹，儲存一定的預壓應力，從而補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，補償收縮混凝土已廣泛應用于我國高層建筑和商業(yè)廣場地下室、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域。

  無數(shù)的地下工程防水實踐證明，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。化學預應力混凝土^[3] （Chemically prestressed concrete，CPC）是中國建筑材料科學研究總院趙順增教授所率科研團隊經多年研究和工程實踐開發(fā)的一項地下工程混凝土結構防水新技術。它主要是以高性能的化學預應力混凝土技術為核心，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用范圍從目前的補償收縮延伸到預應力領域，使工程不產生收縮裂縫，實現(xiàn)工程中的無裂縫混凝土。與現(xiàn)有的機械預應力技術相比，化學預應力混凝土顯然具有顯著的經濟技術優(yōu)勢，將為建筑設計和施工帶來革命性變革。

  CPC化學預應力混凝土可以產生1.0MPa的化學預應力，確保混凝土在使用期間不會產生收縮裂縫漏水?；瘜W預應力混凝土配制的核心材料是中國建筑材料科學研究總院開發(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保水，不易產生漏振缺陷，最大程度減少混凝土出現(xiàn)施工瑕疵。按照現(xiàn)行國家標準GB23439-2009《混凝土膨脹劑》檢測，HCSA-R性能指標見表1。

  此外，摻加HCSA-R可以顯著降低混凝土的溫升值，當水泥用量為310kg/m³時，3天齡期混凝土最高溫度可以降低5℃，這對減少鋼筋混凝土結構溫度裂縫至關重要，從而徹底解決混凝土開裂的技術難題。

  剛性防水與柔性防水經濟性分析如下：

  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，保護層24元，合計124元。

  化學預應力混凝土自防水施工成本（元/m²），摻加的HCSA-R價格為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，外墻按300mm計，頂板按250mm計，則自防水平均施工成本為4.5×45/3＝67.5元/m²。

  化學預應力混凝土結構自防水與傳統(tǒng)雙層SBS外防水施工技術相比，節(jié)約直接費用約20%~40%，節(jié)約工期（10~15）天。因此，密實無裂縫的混凝土結構是地下工程防水的基石。摒棄多層設防的傳統(tǒng)防水思想，把“做了比不做好”變?yōu)椤鞍炎铌P鍵的事情做好”，把防水的根本建立在混凝土上，立足把簡單、基礎的混凝土做好，做無裂縫、無漏振的無缺陷混凝土。顯然，化學預應力混凝土是徹底解決地下工程混凝土防水技術難題的最佳方案。

  2 后澆帶超前止水技術

  城市地下工程后澆帶超前止水技術是一種新型后澆帶超前止水構造設計，為中國建筑材料科學研究總院的專利技術。采用本技術，可以在地下建筑結構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周邊建筑穩(wěn)定性的影響。與已有技術相比，本技術具有超前止水效果可靠、調節(jié)變形能力強、不用下挖墊層、工程量小、施工簡單、節(jié)省工期、降低工程造價等優(yōu)點。

  地下工程超前止水技術原理是^[4]：直接在基礎墊層混凝土預留后澆帶的部位鋪設帶有止水構造的超前止水鋼板，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底板的保護層混凝土之中，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后澆帶變形的要求。當?shù)叵陆ㄖY構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，再澆筑后澆帶處的混凝土。后澆帶超前止水鋼板構造見圖1，安裝示意圖見2。

  地下工程底板后澆帶超前止水技術施工工藝流程為基礎底板混凝土→超前止水鋼板→后澆帶鋼筋工程→后澆帶模板→底板混凝土。側墻后澆帶超前止水構造施工工藝與基礎底板類似，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，并點焊在鋼筋上或固定在側墻模板上，澆筑混凝土即可。

  超前止水鋼板沿長度方向的接縫滿焊，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)場安裝施工見圖3。

  后澆帶超前止水技術與傳統(tǒng)沉式混凝土加強墊層防水層做法的經濟分析對比見表2。

  由表2可知，超前止水鋼板的造價僅為沉式混凝土加強墊層防水層做法造價的50%左右，顯然，地下工程超前止水技術具有明顯的經濟優(yōu)勢。

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  3 取消上翻導墻

  現(xiàn)行國家標準《地下工程防水技術規(guī)范》GB50108-2008規(guī)定，外墻水平施工縫應留在高出底板表面不小于300mm的墻體上。施工中，如果對導墻中混凝土進行規(guī)范振搗，混凝土會在墻體吊模中下沉，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，幾乎不進行振搗，從而導致底板（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，不僅費工費料，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墻技術^[5]。它是在地下室基礎底板水平面上留設水平施工縫，在水平施工縫上中間位置設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。該技術可顯著提高外墻與底板交接處的防水質量，并且簡化工序，節(jié)約工期，降低施工成本。該技術做法原理見圖4，具體施工方案如下：

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

  （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，在基礎底板混凝土初凝之前，就要在水平施工縫的中部，即預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的木質或塑料板，長度沒有特殊要求。在混凝土終凝之前，將壓埋的木質或塑料板取出，這樣在基礎底板混凝土的表面預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，不在基礎底板混凝土中埋木質或塑料板，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底板水平施工縫位置上（見圖5）。

  （4）澆筑外墻混凝土：按照設計要求綁扎外墻鋼筋，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，對迎水面施工縫上、下不少于100mm范圍進行涂抹處理，或者對施工縫內、外側同時進行處理，如果外墻的外模是磚砌的永久性模板，則僅需在施工縫內側進行處理，聚合物水泥砂漿的厚度為（0.5～5）mm，潮濕養(yǎng)護14天。

  從施工縫的留設位置、防水節(jié)點的處理方法來看，該施工方案技術可靠、施工快捷方便，解決了長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 塔吊基礎處理

  塔吊塔機作為建筑施工的主要建筑機械，其起升高度大，覆蓋面廣等而被廣泛使用于建筑施工，擔負著主要的垂直運輸工作。塔吊基礎一方面留置時間長，另一方面塔吊基礎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，導致防水底板處塔吊基礎出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

  圖6是一種塔吊基礎新作法。該作法施工簡便，防水效果好，已在多個城市地下工程中得到應用。

  該塔吊基礎作法的技術要點如下：

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

  （2）塔吊基礎防水混凝土采用與基礎底板相同配比的補償收縮混凝土；

  （3）塔吊基礎與基礎底板相互搭接400mm，防水節(jié)點應設置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 結論

  城市地下工程防水是一門綜合性、應用性很強的工程技術，它是涉及材料、設計、施工和管理等各個方面的一種系統(tǒng)工程。綜合考慮上述諸多方面的因素，進行全方位的評價，選擇技術先進、可靠、經得住實踐考驗的新材料、新技術和新工藝有助于提高城市地下工程防水整體水平，既保證工程防水質量，又可以加快施工進度，降低施工成本，是一種利國利民的好事。因此，在城市地下工程中推廣化學預應力混凝土、后澆帶超前止水技術、取消上翻導墻和塔吊基礎處理四種新技術，可以保證地下工程防水耐用年限和使用功能，實現(xiàn)城市地下工程防水高質量和綜合效益。

  【參考文獻】

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  [4] 趙順增，劉立，李長成，等. 剛性防水技術闡述[C]. 北京：中國建筑工業(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造[P].北京，201320081767.2.