巖土地下工程結構自防水的設計探討
發布時間：2012-07-25 共1頁
前 言
防水對于地下工程來說是非常重要的，這是因為地上建筑都是以排為主，雨水在屋面上停留的時間短，能通過有組織或無組織的排水方法，從落水管或檐口排入下水道，對防水層形成不了透水壓力。而地下工程長期置于地下水的包圍之中，如果沒有防水措施，或者僅有措施而效果不好，地下水就會滲入結構內部，不但影響地下工程的使用，而且會使混凝土腐蝕，鋼筋生銹，地基下沉，甚至淹沒構筑物，直接危及地下工程的安全。因此修建地下工程時，必須認真考慮和做好防水處理，否則無法使用。提起防水，傳統上認為是建筑專業的事而與結構專業無關，其實不然。新修訂的《地下工程防水技術規范》將原《規范》中的“宜采用防水混凝土結構”改為“應采用防水混凝土結構”，可見體現了以結構自防水（含外加劑）為主的主導思想，其重要性已越來越受到結構設計工作者的重視。
2合理確定地下工程的防水等級
合理確定工程的防水等級是確保工程使用功能的前提，也是進行防水設計的準則和依據。地下工程的防水等級確定過低，輕者會影響整個工程的正常使用，重者則使整個防水設計失敗，造成地下工程的報廢。而防水等級確定過高，又會造成不必要的浪費，得不償失。規范規定的防水等級劃分為四級，除一級外，其它各級都給出了定量指標。在設計時，可根據規定的定量指標，結合工程的實際情況合理確定地下工程的防水等級。如指揮工程屬極重要的戰備工程，應定為一級；而人員掩蔽工程屬重要的戰備工程，應定為二級。只有合理確定地下工程的防水等級，才能準確制定防水方案，做到有的放矢。
3 選用合理結構形式、優化構造節點設計
3.1 選用合理的結構形式
結構自防水（含外加劑）為主的防水主導思想在《地下工程防水技術規范》中得到了充分體現，結構自防水法是利用結構本身的密實性、憎水性以及剛度，提高結構本身的抗滲性能，通常被稱為剛性防水。它要求結構本身必須具備一定的剛度，而合理的結構形式恰恰是提高結構整體剛度的關鍵。因此，設計中在結構選型方面，應根據防護要求、平時和戰時使用功能、工程地質和水文地質條件等因素綜合確定，能方的不長、能整的不散，避免結構突變（或斷面突變），盡量使結構選型規則、整齊，借以提升結構的整體剛度，減少裂縫開展及變形縫的設置。
3.2 構造節點設計
變形縫、施工縫和其它（例如穿強孔、陰角等）構造節點的設計在地下工程防水設計中占有重要的位置，同時也是防水薄弱環節，在設計中應盡量不設或少設。
⑴ 長期以來就有“十縫九漏”的說法，雖然有些夸張，卻也充分暴露出變形縫防水存在的問題。解決這一問題，除了解決變形縫的防水問題外，盡量減少變形縫的設置也是減少這一尷尬現象的有效途徑。變形縫的滲漏問題是地下工程的通病之一，已越來越受到工程界的重視，解決好它們的防水設計是鏟除這一病害的根本。十縫九漏，究其原因，除變形縫防水施工難度較大外，防水設計中的單一防線也是原因之一，這就要求工程設計人員在變形縫的防水處理上加強重視，變單一式的防水設計為復合式防水設計。目前，應用最廣的復合式防水設計有中埋式止水帶與外貼防水層復合使用；中埋式止水帶與遇水膨脹橡膠條、嵌逢材料復合使用；中埋式止水帶與可卸式止水帶復合使用。
⑵ 關于施工縫的防水設計，傳統的凹縫、凸縫、階梯縫、鋼板（橡膠）止水帶，其原理都是延長滲水線路，等于加大了混凝土的厚度。這一原理除本身不完善外，施工起來也不好處理，因此不再提倡單獨使用。建議采用外貼式止水帶與中埋鋼板（橡膠）復合使用，其中以遇水膨脹膠條或膩子條與中埋鋼板（橡膠）復合使用最佳，但在防護結構中宜采用鋼板，以確保工程的防護效果。
⑶ 穿墻管、線、螺栓宜采用止水環與遇水膨脹膩子條復合使用，且應采取防止轉動的措施，如將止水環平面外形改為非圓形。
總之，構造節點的防水設計應避免單一式，盡量采用復合式防水設計，并且盡量減少變形縫、施工縫的設置，借以減少地下工程的漏水概率。
4 主體結構材料強度設計及鋼筋布置
在地下工程防水設計中，合理的混凝土強度設計及材料選用、鋼筋及拉接筋的合理布置對減少和控制混凝土裂縫的開展至關重要。
4.1 主體結構材料強度設計
地下工程特別是高抗力人防指揮工程，其頂、底板多為大體積混凝土。混凝土設計強度越高，水泥用量就越大，必然造成混凝土水化熱過高，當混凝土內外溫差超過30℃時，溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度，產生開裂。因此，大體積混凝土強度等級宜在C20～C35范圍內選用，高抗力人防指揮工程可適當提高，但應控制在C40左右，避免設計上“強度越高越好”的錯誤觀念。在配置混凝土的材料選擇方面，水泥應優先采用水化熱低的礦渣水泥配置大體積混凝土，用量控制在380kg/m3以內；采用5～40mm顆粒級配的石子和中、粗砂，控制含泥量小于1.5％；且配置的混凝土抗滲等級應在S6以上。筆者最近接觸了一例由于頂板裂縫而產生滲漏水問題的某地下人防工程，雖然其產生裂縫的原因還不完全清楚，但從施工單位的混凝土配合比中不難發現，其水泥用量明顯偏高，不能說與頂板產生裂縫沒有關系。
4.2 鋼筋布置
由于地下工程多為雙向雙面配筋，除滿足結構應力外，還承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫的開展。因此，上下鋼筋的布置應盡可能采用小直徑、小間距。普通地下室主筋采用直徑14～20mm的鋼筋和100～150mm間距是比較合適的，構造筋直徑宜為10～14mm，間距100～150mm，人防地下室和人防指揮工程鋼筋直徑可適當提高。另外，在混凝土內部加入一定量的鋼纖維，對控制混凝土裂縫的開展效果更佳。由于人防地下室和人防指揮工程需要設置大量的拉接筋，如果不能很好的控制其保護層厚度，勢必會形成一定數量的滲水通道。這就要求我們在設置拉接筋時，采用“梅花型”布置、盡量少而精（用Φ8或Φ10鋼筋）；同時雙面配筋要采用統一的模數確定鋼筋間距，保證雙面鋼筋交叉點連線垂直于鋼筋網；有可能的話，可在拉接筋中間焊接止水環；最重要的
一點是必須嚴格保證砼迎水面50mm的鋼筋保護層厚度。
5 結 語
地下工程的防水是多方面的，涉及的領域和專業非常廣泛，它需要各專業密切配合；同時對于整個工程的建設前期準備、設計、施工及使用，各單位都應該密切關注地下工程的防水問題，一旦發現問題立刻采取措施。這里，作者只就結構設計方面對地下工程防水作了簡要論述，并提出如下在結構自防水設計中應注意的幾個問題，供結構設計者參閱。
⑴ 合理確定工程的防水等級是確保工程使用功能的前提，也是進行防水設計的準則和依據。
⑵ 選擇規整的結構形式，做好構造節點的防水設計。
⑶ 破除設計上“強度越高越好”的錯誤觀念，采用合理的材料強度設計值。
⑷ 優先采用水化熱低的礦渣水泥配置大體積混凝土；合理布置鋼筋和拉接筋。
防水對于地下工程來說是非常重要的，這是因為地上建筑都是以排為主，雨水在屋面上停留的時間短，能通過有組織或無組織的排水方法，從落水管或檐口排入下水道，對防水層形成不了透水壓力。而地下工程長期置于地下水的包圍之中，如果沒有防水措施，或者僅有措施而效果不好，地下水就會滲入結構內部，不但影響地下工程的使用，而且會使混凝土腐蝕，鋼筋生銹，地基下沉，甚至淹沒構筑物，直接危及地下工程的安全。因此修建地下工程時，必須認真考慮和做好防水處理，否則無法使用。提起防水，傳統上認為是建筑專業的事而與結構專業無關，其實不然。新修訂的《地下工程防水技術規范》將原《規范》中的“宜采用防水混凝土結構”改為“應采用防水混凝土結構”，可見體現了以結構自防水（含外加劑）為主的主導思想，其重要性已越來越受到結構設計工作者的重視。
2合理確定地下工程的防水等級
合理確定工程的防水等級是確保工程使用功能的前提，也是進行防水設計的準則和依據。地下工程的防水等級確定過低，輕者會影響整個工程的正常使用，重者則使整個防水設計失敗，造成地下工程的報廢。而防水等級確定過高，又會造成不必要的浪費，得不償失。規范規定的防水等級劃分為四級，除一級外，其它各級都給出了定量指標。在設計時，可根據規定的定量指標，結合工程的實際情況合理確定地下工程的防水等級。如指揮工程屬極重要的戰備工程，應定為一級；而人員掩蔽工程屬重要的戰備工程，應定為二級。只有合理確定地下工程的防水等級，才能準確制定防水方案，做到有的放矢。
3 選用合理結構形式、優化構造節點設計
3.1 選用合理的結構形式
結構自防水（含外加劑）為主的防水主導思想在《地下工程防水技術規范》中得到了充分體現，結構自防水法是利用結構本身的密實性、憎水性以及剛度，提高結構本身的抗滲性能，通常被稱為剛性防水。它要求結構本身必須具備一定的剛度，而合理的結構形式恰恰是提高結構整體剛度的關鍵。因此，設計中在結構選型方面，應根據防護要求、平時和戰時使用功能、工程地質和水文地質條件等因素綜合確定，能方的不長、能整的不散，避免結構突變（或斷面突變），盡量使結構選型規則、整齊，借以提升結構的整體剛度，減少裂縫開展及變形縫的設置。
3.2 構造節點設計
變形縫、施工縫和其它（例如穿強孔、陰角等）構造節點的設計在地下工程防水設計中占有重要的位置，同時也是防水薄弱環節，在設計中應盡量不設或少設。
⑴ 長期以來就有“十縫九漏”的說法，雖然有些夸張，卻也充分暴露出變形縫防水存在的問題。解決這一問題，除了解決變形縫的防水問題外，盡量減少變形縫的設置也是減少這一尷尬現象的有效途徑。變形縫的滲漏問題是地下工程的通病之一，已越來越受到工程界的重視，解決好它們的防水設計是鏟除這一病害的根本。十縫九漏，究其原因，除變形縫防水施工難度較大外，防水設計中的單一防線也是原因之一，這就要求工程設計人員在變形縫的防水處理上加強重視，變單一式的防水設計為復合式防水設計。目前，應用最廣的復合式防水設計有中埋式止水帶與外貼防水層復合使用；中埋式止水帶與遇水膨脹橡膠條、嵌逢材料復合使用；中埋式止水帶與可卸式止水帶復合使用。
⑵ 關于施工縫的防水設計，傳統的凹縫、凸縫、階梯縫、鋼板（橡膠）止水帶，其原理都是延長滲水線路，等于加大了混凝土的厚度。這一原理除本身不完善外，施工起來也不好處理，因此不再提倡單獨使用。建議采用外貼式止水帶與中埋鋼板（橡膠）復合使用，其中以遇水膨脹膠條或膩子條與中埋鋼板（橡膠）復合使用最佳，但在防護結構中宜采用鋼板，以確保工程的防護效果。
⑶ 穿墻管、線、螺栓宜采用止水環與遇水膨脹膩子條復合使用，且應采取防止轉動的措施，如將止水環平面外形改為非圓形。
總之，構造節點的防水設計應避免單一式，盡量采用復合式防水設計，并且盡量減少變形縫、施工縫的設置，借以減少地下工程的漏水概率。
4 主體結構材料強度設計及鋼筋布置
在地下工程防水設計中，合理的混凝土強度設計及材料選用、鋼筋及拉接筋的合理布置對減少和控制混凝土裂縫的開展至關重要。
4.1 主體結構材料強度設計
地下工程特別是高抗力人防指揮工程，其頂、底板多為大體積混凝土。混凝土設計強度越高，水泥用量就越大，必然造成混凝土水化熱過高，當混凝土內外溫差超過30℃時，溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度，產生開裂。因此，大體積混凝土強度等級宜在C20～C35范圍內選用，高抗力人防指揮工程可適當提高，但應控制在C40左右，避免設計上“強度越高越好”的錯誤觀念。在配置混凝土的材料選擇方面，水泥應優先采用水化熱低的礦渣水泥配置大體積混凝土，用量控制在380kg/m3以內；采用5～40mm顆粒級配的石子和中、粗砂，控制含泥量小于1.5％；且配置的混凝土抗滲等級應在S6以上。筆者最近接觸了一例由于頂板裂縫而產生滲漏水問題的某地下人防工程，雖然其產生裂縫的原因還不完全清楚，但從施工單位的混凝土配合比中不難發現，其水泥用量明顯偏高，不能說與頂板產生裂縫沒有關系。
4.2 鋼筋布置
由于地下工程多為雙向雙面配筋，除滿足結構應力外，還承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫的開展。因此，上下鋼筋的布置應盡可能采用小直徑、小間距。普通地下室主筋采用直徑14～20mm的鋼筋和100～150mm間距是比較合適的，構造筋直徑宜為10～14mm，間距100～150mm，人防地下室和人防指揮工程鋼筋直徑可適當提高。另外，在混凝土內部加入一定量的鋼纖維，對控制混凝土裂縫的開展效果更佳。由于人防地下室和人防指揮工程需要設置大量的拉接筋，如果不能很好的控制其保護層厚度，勢必會形成一定數量的滲水通道。這就要求我們在設置拉接筋時，采用“梅花型”布置、盡量少而精（用Φ8或Φ10鋼筋）；同時雙面配筋要采用統一的模數確定鋼筋間距，保證雙面鋼筋交叉點連線垂直于鋼筋網；有可能的話，可在拉接筋中間焊接止水環；最重要的
一點是必須嚴格保證砼迎水面50mm的鋼筋保護層厚度。
5 結 語
地下工程的防水是多方面的，涉及的領域和專業非常廣泛，它需要各專業密切配合；同時對于整個工程的建設前期準備、設計、施工及使用，各單位都應該密切關注地下工程的防水問題，一旦發現問題立刻采取措施。這里，作者只就結構設計方面對地下工程防水作了簡要論述，并提出如下在結構自防水設計中應注意的幾個問題，供結構設計者參閱。
⑴ 合理確定工程的防水等級是確保工程使用功能的前提，也是進行防水設計的準則和依據。
⑵ 選擇規整的結構形式，做好構造節點的防水設計。
⑶ 破除設計上“強度越高越好”的錯誤觀念，采用合理的材料強度設計值。
⑷ 優先采用水化熱低的礦渣水泥配置大體積混凝土；合理布置鋼筋和拉接筋。
