浅析地下结构防水设计优化探究

浅析地下结构防水设计优化探究

谢明峰

谢明峰

汉嘉设计集团股份有限公司310000

摘要：介绍了杭州市某商务大夏核心区地下室工程防水的原设计方案，从混凝土自防水、结构接缝防水和桩头防水等几个方面对其进行了分析和优化，并总结了一些民用建筑地下结构防水设计常见的一些问题。

关键词：地下室工程；混凝土自防水；耐久性；防水设计优化

1、引言

地下工程的防水质量是工程质量的一项重要内容，在某些地段由地质原因，地下结构易发生渗漏水而影响使用功能事例在国内外都屡见不鲜。在防水措施各个环节中，防水混凝土的施工等工艺上，最易发生一些细节上的疏漏。本文就某工程项目地下室工程防水方案优化，同时，谈谈个人的见解。

2、工程情况分析

某大夏位于杭州城区，工程分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，每个区的地下均为连为一体的两层地下室，上部则是由多幢独立的高层商务办公楼组成的商务区。本文以Ⅰ、Ⅱ区的地下室防水工程为例，分析原防水设计方案存在的问题及对原方案的优化设计。Ⅰ区的地下室建筑总面积为35631m2，其中地下一层建筑面积为17444m2，地下二层建筑面积18187m2；Ⅱ区的地下室建筑总面积为33867m2，其中地下一层建筑面积为16316m2，地下二层建筑面积17551m2。

3、原有防水设计方案分析

本地下工程防水等级为二级，其中变配电部分一级，工程设计使用年限为50年。原防水设计概要如下：

地下室底板防水：底板下垫层→2厚湿铺法高分子复合双面自粘防水卷材→钢筋混凝土自防水结构底板→C25细石混凝土找平。

地下室侧壁防水：钢筋混凝土自防水结构侧板→刷界面剂一道→1.2厚水泥基渗透结晶型防水涂料（以下简称CCCW）一道→2厚湿铺法高分子复合单面自粘防水卷材→外120砖墙保护层（地下室顶板上侧墙保护用60厚砖）→素土分层夯实。

地下室顶板防水（上覆土时）：钢筋混凝土自防水结构顶板→1∶8水泥陶粒1%找坡层（最薄处30厚）→20厚1∶2.5水泥砂浆找平层→1.2厚水泥基渗透结晶型防水涂料1道→2厚湿铺法高分子复合单面自粘防水卷材→无纺布隔离层→40厚C25细石混凝土（内掺微膨胀剂，配Φ6@150双向，分格缝纵横与排水沟结合，缝宽400mm，缝内填碎石）→塑料板排水层→植被（遇道路、广场等硬地时按市政设计）

地下室顶板防水（上部为室内）：钢筋混凝土自防水顶板→建筑垃圾回填分层夯实→80厚C20细石混凝土随捣随抹平（面层见各单体楼面）。

设备管线穿墙的防水设计：参照02J301-1/46《地下建筑防水构造》（柔性防水穿墙管）内容；若群管穿墙时，参照02J301-55部分内容。

4、防水工程优化思考

对于本地下工程的防水设计优化参照了《地下工程防水技术规范》（GB50108—2008）、《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）、《地下防水工程质量验收规范》（GB50208—2011）、《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（中国土木工程学会标准CCES01—2004）（2005年修订版）等标准规范。

4.1结构混凝土自防水工程的优化

在原设计中，并没有针对结构混凝土自防水进行全面设计，而是仅在结构说明中提到混凝土的强度≥C30，抗渗等级≥S8，混凝土中掺加膨胀剂等要求。混凝土自防水是与混凝土的耐久性相辅相承的，是地下结构防水的重要环节。建议混凝土自防水及耐久性的设计优化措施如下：

设计应具体提出混凝土的抗渗等级、强度等级、长期致密性及耐久性检测等性能指标要求。根据结构的埋深确定混凝土的抗渗等级，一般当结构埋深≤10m时，混凝土抗渗等级≥S6；当10m≤结构埋深≤20m时，混凝土抗渗等级应≥S8。但结构混凝土的抗渗等级也可根据结构的重要性和使用年限作适当提高。原设计的抗渗等级≥S8是可取的。混凝土强度首先应满足结构的计算要求，在此前提下，防水混凝土最低的结构强度等级≥C30。

随着现在混凝土技术和材料的发展，再加之混凝土自防水和耐久性的高要求，混凝土的强度等级往往会远超出最低要求，因此原设计的混凝土强度等级≥C30偏低，建议改为≥C35。混凝土长期致密性主要靠混凝土的耐久性检测来检验，即包括混凝土的氯离子扩散系数及快速碳化深度两项。混凝土的氯离子扩散系数的检测方法多种多样，大致分为自然扩散法和加速扩散法两类，后者还分若干种方法。现在氯离子扩散系数的检测相对快速的方法为RCM法，用此方法测得的现浇混凝土氯离子扩散系数<3.0×10-8cm2/s时，则可认为混凝土的密实度较好。然而各类氯离子扩散系数检测方法的检测结果并无对应关系且检测耗时太长（长达数月乃至1年），因此在工程实践中，氯离子扩散系数检测只能作为检测混凝土最终质量的手段，不能作为工程的过程监测。作为氯离子扩散系数检测的有效补充，便捷的混凝土电通量的检测则可以作为混凝土的过程监测，一般电通量≤1700C的现浇混凝土品质就算是优良的。碳化对钢筋混凝土构筑物来说，最大的危害是由于混凝土pH值的降低，破坏钢筋表面的钝化膜使钢筋产生腐蚀。

一般认为碳化进行到混凝土中钢筋表面时钢筋才失去钝化膜产生锈蚀，因此常把二氧化碳扩散到钢筋表面的时间作为预测钢筋混凝土构筑物寿命的一个重要手段。

4.2结构外包防水层工程优化

原设计外包防水层是采用“厚湿铺法高分子复合自粘防水卷材”，这里面出现了几个常见的问题。水泥基渗透结晶型防水涂料作为一种刚性防水涂料可以单独作为结构的外防水层。如果使用在混凝土新老结构的交接面上，则可以作为界面剂使用。而原设计将加强侧墙及顶板防水的水泥基渗透结晶型防水涂料看作是防水卷材与混凝土结构的界面剂，这是不对的。

其次，防水卷材的使用方法问题。原设计从施工角度出发，在结构底板采用双面自粘防水卷材，此种做法利用卷材的双面自粘，在铺设时先和混凝土垫层固定，然后再和现浇结构底板粘结。但这种做法欠妥当，即卷材受双面的变形约束，不利于卷材长期防水。因此，对于一般地下结构的外包自粘性卷材，应强调卷材与被保护的结构混凝土的长期粘结，而尽量使卷材不受外部垫层、围护结构等的影响。自粘防水卷材（尤其是后铺的自粘防水卷材）应强调与结构混凝土本体基面直接的粘结，而原设计的顶板卷材却是粘结在找坡与找平层之上，这是典型的造成卷材与结构面间“窜水”现象的错误设计。对于结构外包防水层的设计优化意见为：底板应采用能与现浇混凝土粘结的自粘性防水卷材，侧墙与顶板也应选用能和混凝土基面长期粘结的、防水性能好的自粘性防水卷材。

上述所用自粘性防水卷材命名要规范，且均应补充相应的技术性能指标，以便控制工程质量。原设计的侧墙与顶板外防水层的保护层还是符合有关规范要求的，只是顶板细石混凝土保护层厚度，规范规定≥50mm，如无特殊要求，则可以不用掺加膨胀剂和设置钢筋网片。

4.3结构接缝防水处优化设置

该工程结构设计说明中，谈到本地下工程结构采用后浇带，并在图中有后浇带的具体位置，但缺少所有结构接缝的具体防水做法。一般民用建筑的地下结构接缝以施工缝为主，只有在出入口通道等位置设置结构变形缝。本工程的结构施工缝主要分为侧墙的水平施工缝与贯穿结构底板、侧墙、顶板的垂直后浇带施工缝，图1为水平施工缝防水构造处理的通常做法，建议原设计补充。图1中的止水带、密封胶或注浆管等防水材料应根据结构侧墙的宽度确定具体安装位置，并在正式图纸中标定。钢板止水带可选200~300mm宽的镀锌钢

图2和图3分别是底板和侧墙后浇带施工缝的常用防水构造处理，顶板后浇带施工缝防水构造参照底板。后浇带施工缝防水设计多种多样，可以选择可超前止水的后浇带防水构造，也可参考上海市建筑标准设计《地下工程止水带应用图》（DBJT08—99—2004）。后浇带混凝土应采用高出相邻混凝土一级的高标号、膨胀混凝土，施工的时间间隔应满足有关施工规定。值得注意的是水平施工缝与垂直后浇带施工缝中的防水材料（止水带、止水条、注浆管等）在交对于防水混凝土结构，由于结构构件要承担地下水的水头压力，同时在结构接缝处还要预埋一些防水材料等，因此从防水角度出发，规定了防水混凝土结构构件的最小厚度不应小于250mm。在原结构设计中，局部顶板就出现了200mm厚的地方，因此建议加大结构顶板的厚度。对于全包防水的带桩基的地下结构，桩头防水处理也是关键，但原设计中却缺少此节点的设计。防水从根本上讲是为结构服务的，而结构构造要求桩基嵌入结构底板要有一定的深度，卷材的加强层却将桩头嵌入底板部分包围了，看似达到了结构防水作用，但却破坏了桩头与结构底板嵌固的结构要求。另外，卷材一层又一层的加强，看似对此节点的重视，但越是复杂的节点施工难度越大，为了避免上述问题，建议采用图4所示的桩头防水设计。

5、结语

从专业分工上讲，长期以来民用建筑中的防水设计是由建筑设计师负责的，但对于地下结构来讲，结构防水却又更多地从属于结构设计。从本工程中可以看出，原防水设计出现了太多的缺项、漏项以及概念上的错误，这是建筑与结构对于地下结构防水设计的分工不清而造成的。笔者通过对本项目结构防水设计的分析、优化，希望能提醒有关工程技术人员，在今后越来越多的地下空间的开发过程中，能不断完善防水设计，避免出现不必要的渗漏现象。

参考文献：

[1]白洪才，郑颖人，刘朝.地下工程支护结构[M].北京：中国水利水电出版社

[2]贡金鑫，赵国藩.考虑抗力随时间变化的结构可靠度分析[J].