论文部分内容阅读
【摘要】 防水对于地下工程来说是非常重要，防水混凝土结构自防水（含外加剂）作为工程主体防水的主导思想，其重要性已越来越受到结构设计工作者的重视。
【关键词】 结构自防水；防水等级；构造节点设计；外加剂防水混凝土
【Abstract】 waterproofing for underground engineering is very important, self waterproof concrete structure (containing additives) is as the dominant
thought of the main waterproof, and its importance has been paid more and more attention by the structure designer.
【Keywords】 self waterproof structure；waterproof grade；structure node design the admixture of waterproof concrete
【中图分类号】 TU28【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2014）01-059-021前言
防水对于地下工程来说是非常重要的，这是因为地上建筑都是以排为主，雨水在屋面上停留的时间短，能通过有组织或无组织的排水方法，从落水管或檐口排入下水道，对防水层形成不了透水压力。而地下工程长期置于地下水的包围之中，如果没有防水措施，或者仅有措施而效果不好，地下水就会渗入结构内部，不但影响地下工程的使用，而且会使混凝土腐蚀，钢筋生锈，地基下沉，甚至淹没构筑物，直接危及地下工程的安全。因此修建地下工程时，必须认真考虑和做好防水处理，否则无法使用。
传统上认为防水是建筑专业的事而与结构专业无关，其实不然。现行《地下防水工程技术规范》中的“地下工程主体结构应采用防水混凝土浇筑”，体现了防水混凝土结构自防水（含外加剂）作为工程主体防水的主导思想，其重要性已越来越受到结构设计人员的重视。
2合理确定地下工程的防水等级
合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提，也是进行防水设计的准则和依据。地下工程的防水等级确定过低，轻者会影响整个工程的正常使用，重者则使整个防水设计失败，造成地下工程的报废。而防水等级确定过高，又会造成不必要的浪费，得不偿失。规范规定的防水等级划分为四级，除一级外，其它各级都给出了定量指标。在设计时，可根据规定的定量指标，结合工程的实际情况合理确定地下工程的防水等级。如办公用房属人员长期停留场所，档案库、文物库属少量湿迹会使物品变质、失效的的储物场所，配电间、地下铁道车站顶部属少量湿迹会严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的场所或部位，指挥工程属极重要的战备工程，应定为一级；而一般生产车间属人员经常活动的场所，地下车库属少量湿迹不会使物品变质、失效的场所，电气化隧道、地铁隧道、城市公路隧道、公路隧道侧墙属有少量湿迹基本不影响设备正常运转和工程安全运营的场所或部位，人员掩蔽工程属重要的战备工程，应定为二级；城市地下公共管线沟属临时活动场所，战备交通隧道和疏散干道属一般战备工程，可定位三级。对于一个工程（特别是大型工程），因工程内部各部分的用途不同，其防水等级可以有差别，设计时根据规范3.3.2条表中适用范围的原则分别予以确定。只有合理确定地下工程的防水等级，才能准确制定防水方案，做到有的放矢。
3选用合理结构形式、优化构造节点设计
3.1选用合理的结构形式。结构自防水（含外加剂）为主的防水主导思想在《地下工程防水技术规范》中得到了充分体现，结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度，提高结构本身的抗渗性能，通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度，而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此，设计中在结构选型方面，应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定，能方的不长、能整的不散，避免结构突变（或断面突变），尽量使结构选型规则、整齐，借以提升结构的整体刚度，减少裂缝开展及变形缝的设置。
3.2构造节点设计。变形缝、施工缝和其它（例如穿墙孔、阴角等）构造节点的设计在地下工程防水设计中占有重要的位置，同时也是防水薄弱环节，在设计中应尽量不设或少设。①长期以来就有“十缝九漏”的说法，虽然有些夸张，却也充分暴露出变形缝防水存在的问题。解决这一问题，除了解决变形缝的防水问题外，尽量减少变形缝的设置也是减少这一尴尬现象的有效途径。变形缝的渗漏问题是地下工程的通病之一，已越来越受到工程界的重视，解决好它们的防水设计是铲除这一病害的根本。十缝九漏，究其原因，除变形缝防水施工难度较大外，防水设计中的单一防线也是原因之一，这就要求工程设计人员在变形缝的防水处理上加强重视，变单一式的防水设计为复合式防水设计。目前，应用最广的复合式防水设计有中埋式止水带与外贴防水层复合使用；中埋式止水带与遇水膨胀橡胶条、嵌缝材料复合使用；中埋式止水带与可卸式止水带复合使用。②关于施工缝的防水设计，传统的凹缝、凸缝、阶梯缝、钢板（橡胶）止水带，其原理都是延长渗水线路，等于加大了混凝土的厚度。这一原理除本身不完善外，施工起来也不好处理，因此不再提倡单独使用。建议采用外贴式止水带与中埋钢板（橡胶）复合使用，其中以遇水膨胀胶条或腻子条与中埋钢板（橡胶）复合使用最佳，但在防护结构中宜采用钢板，以确保工程的防护效果。③穿墙管、线、螺栓宜采用止水环与遇水膨胀橡胶条复合使用，且应采取防止转动的措施，如将止水环平面外形改为方形。当相对变形较大或有更换要求时，采用套管式穿墙。
总之，构造节点的防水设计应避免单一式，尽量采用复合式防水设计，并且尽量减少变形缝、施工缝的设置，借以减少地下工程的漏水概率。
4主体结构材料强度设计及钢筋布置
在地下工程防水设计中，合理的混凝土强度设计及材料选用、钢筋及拉接筋的合理布置对减少和控制混凝土裂缝的开展至关重要。
4.1主体结构材料强度设计。地下工程特别是高抗力人防指挥工程，其顶、底板多为大体积混凝土。混凝土设计强度越高，水泥用量就越大，必然造成混凝土水化热过高，当混凝土内外温差超过30℃时，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。因此，大体积混凝土强度等级宜在C20～C35范围内选用，高抗力人防指挥工程可适当提高，但应控制在C40左右，避免设计上“强度越高越好”的错误观念。在配置混凝土的材料选择方面，混凝土中尽可能减少硅酸盐水泥用量而掺入一定量且具有活性的粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰等矿物掺和料使混凝土在获得所需抗压强度的同时，能获得良好的耐久性、抗渗性、抗化学侵蚀性、抗裂性等技术性能，并可降低成本，获得明显经济效益，同时配置防水混凝土水泥用量不应小于260kg/m3和胶凝材料的总用量不宜小于320kg/m3，水胶比不得大于0.50；采用5～40mm颗粒级配的石子和中、粗砂，控制含泥量小于1.5％；且配置的混凝土抗渗等级应在P6以上。笔者最近接触了一例由于顶板裂缝而产生渗漏水问题的某地下工程，虽然其产生裂缝的原因还不完全清楚，但从施工单位的混凝土配合比中不难发现，其水泥用量明显偏高，不能说与顶板产生裂缝没有关系。
4.2钢筋布置。由于地下工程多为双向双面配筋，除满足结构应力外，还承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝的开展。因此，上下钢筋的布置应尽可能采用小直径、小间距。普通地下室主筋采用直径14～20mm的钢筋和100～150mm间距是比较合适的，构造筋直径宜为10～14mm，间距100～150mm，人防地下室和人防指挥工程钢筋直径可适当提高。另外，在混凝土内部加入一定量的合成纤维或钢纤维，对控制混凝土裂缝的开展效果更佳。由于人防地下室和人防指挥工程需要设置大量的拉接筋，如果不能很好的控制其保护层厚度，势必会形成一定数量的渗水通道。这就要求我们在设置拉接筋时，采用“梅花型”布置、尽量少而精（用8或10钢筋）；同时双面配筋要采用统一的模数确定钢筋间距，保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网；有可能的话，可在拉接筋中间焊接止水环；最重要的一点是必须严格保证混凝土迎水面50mm的钢筋保护层厚度。
5合理选用外加剂
外加剂防水混凝土是指在混凝土中掺入微量有机或无机的外加剂来改善其内部组织结构，使其有较好的和易性，提高其密实性和抗渗性。使用外加剂防水混凝土时，应注意以下几点：①外加剂品种的选择。外加剂品种很多，效果各异，特别是对不同品种水泥效果不同。在选择外加剂时，应根据外加剂的性能并结合工程特性、施工工艺及使用要求选用合宜的外加剂，以满足工程防水需要。②外加剂掺量的确定。外加剂防水混凝土的外加剂均有适宜掺量，掺量过小，往往达不到预期的效果；掺量过大，则会造成浪费，有时会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验确定最佳掺量。③施工注意事项。外加剂防水混凝土除应遵循普通混凝土施工原则外，应根据外加剂的不同采用不同的搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等严密措施，保证外加剂防水混凝土本身质量和施工质量。
根据工程需要掺入的减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂及水泥基渗透结晶型材料，其品种和用量应经试验确定，所用外加剂的技术性能应符合国家现行有关标准的质量要求。
6结语
地下工程的防水是多方面的，涉及的领域和专业非常广泛，它需要各专业密切配合；同时对于整个工程的建设前期准备、设计、施工及使用，各单位都应该密切关注地下工程的防水问题，一旦发现问题立刻采取措施。下面就结构设计方面对地下工程防水作了简要论述，并提出如下在结构自防水设计中应注意的几个问题，供结构设计者参阅。①合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提，也是进行防水设计的准则和依据。②选择规整的结构形式，做好构造节点的防水设计。③破除设计上“强度越高越好”的错误观念，采用合理的材料强度设计值。④优先采用含活性矿物料硅酸盐水泥配置大体积混凝土；合理布置钢筋和拉接。⑤合理选用外加剂防水混凝土，事半功倍。
参考文献
1国家标准.地下工程技术防水规范.GB50108-2008.北京：中国计划
出版社，2009
2国家标准图集.地下建筑防水构造.02J301.中国建筑标准设计研究
所出版
3地方标准图集.地下室防水.L06J301.中国建筑工业出版社
4建筑设计资料集08.（第二版）.中国建筑工业出版社
5建筑材料.（第四版）.中国建筑工业出版社
【关键词】 结构自防水；防水等级；构造节点设计；外加剂防水混凝土
【Abstract】 waterproofing for underground engineering is very important, self waterproof concrete structure (containing additives) is as the dominant
thought of the main waterproof, and its importance has been paid more and more attention by the structure designer.
【Keywords】 self waterproof structure；waterproof grade；structure node design the admixture of waterproof concrete
【中图分类号】 TU28【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2014）01-059-021前言
防水对于地下工程来说是非常重要的，这是因为地上建筑都是以排为主，雨水在屋面上停留的时间短，能通过有组织或无组织的排水方法，从落水管或檐口排入下水道，对防水层形成不了透水压力。而地下工程长期置于地下水的包围之中，如果没有防水措施，或者仅有措施而效果不好，地下水就会渗入结构内部，不但影响地下工程的使用，而且会使混凝土腐蚀，钢筋生锈，地基下沉，甚至淹没构筑物，直接危及地下工程的安全。因此修建地下工程时，必须认真考虑和做好防水处理，否则无法使用。
传统上认为防水是建筑专业的事而与结构专业无关，其实不然。现行《地下防水工程技术规范》中的“地下工程主体结构应采用防水混凝土浇筑”，体现了防水混凝土结构自防水（含外加剂）作为工程主体防水的主导思想，其重要性已越来越受到结构设计人员的重视。
2合理确定地下工程的防水等级
合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提，也是进行防水设计的准则和依据。地下工程的防水等级确定过低，轻者会影响整个工程的正常使用，重者则使整个防水设计失败，造成地下工程的报废。而防水等级确定过高，又会造成不必要的浪费，得不偿失。规范规定的防水等级划分为四级，除一级外，其它各级都给出了定量指标。在设计时，可根据规定的定量指标，结合工程的实际情况合理确定地下工程的防水等级。如办公用房属人员长期停留场所，档案库、文物库属少量湿迹会使物品变质、失效的的储物场所，配电间、地下铁道车站顶部属少量湿迹会严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的场所或部位，指挥工程属极重要的战备工程，应定为一级；而一般生产车间属人员经常活动的场所，地下车库属少量湿迹不会使物品变质、失效的场所，电气化隧道、地铁隧道、城市公路隧道、公路隧道侧墙属有少量湿迹基本不影响设备正常运转和工程安全运营的场所或部位，人员掩蔽工程属重要的战备工程，应定为二级；城市地下公共管线沟属临时活动场所，战备交通隧道和疏散干道属一般战备工程，可定位三级。对于一个工程（特别是大型工程），因工程内部各部分的用途不同，其防水等级可以有差别，设计时根据规范3.3.2条表中适用范围的原则分别予以确定。只有合理确定地下工程的防水等级，才能准确制定防水方案，做到有的放矢。
3选用合理结构形式、优化构造节点设计
3.1选用合理的结构形式。结构自防水（含外加剂）为主的防水主导思想在《地下工程防水技术规范》中得到了充分体现，结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度，提高结构本身的抗渗性能，通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度，而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此，设计中在结构选型方面，应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定，能方的不长、能整的不散，避免结构突变（或断面突变），尽量使结构选型规则、整齐，借以提升结构的整体刚度，减少裂缝开展及变形缝的设置。
3.2构造节点设计。变形缝、施工缝和其它（例如穿墙孔、阴角等）构造节点的设计在地下工程防水设计中占有重要的位置，同时也是防水薄弱环节，在设计中应尽量不设或少设。①长期以来就有“十缝九漏”的说法，虽然有些夸张，却也充分暴露出变形缝防水存在的问题。解决这一问题，除了解决变形缝的防水问题外，尽量减少变形缝的设置也是减少这一尴尬现象的有效途径。变形缝的渗漏问题是地下工程的通病之一，已越来越受到工程界的重视，解决好它们的防水设计是铲除这一病害的根本。十缝九漏，究其原因，除变形缝防水施工难度较大外，防水设计中的单一防线也是原因之一，这就要求工程设计人员在变形缝的防水处理上加强重视，变单一式的防水设计为复合式防水设计。目前，应用最广的复合式防水设计有中埋式止水带与外贴防水层复合使用；中埋式止水带与遇水膨胀橡胶条、嵌缝材料复合使用；中埋式止水带与可卸式止水带复合使用。②关于施工缝的防水设计，传统的凹缝、凸缝、阶梯缝、钢板（橡胶）止水带，其原理都是延长渗水线路，等于加大了混凝土的厚度。这一原理除本身不完善外，施工起来也不好处理，因此不再提倡单独使用。建议采用外贴式止水带与中埋钢板（橡胶）复合使用，其中以遇水膨胀胶条或腻子条与中埋钢板（橡胶）复合使用最佳，但在防护结构中宜采用钢板，以确保工程的防护效果。③穿墙管、线、螺栓宜采用止水环与遇水膨胀橡胶条复合使用，且应采取防止转动的措施，如将止水环平面外形改为方形。当相对变形较大或有更换要求时，采用套管式穿墙。
总之，构造节点的防水设计应避免单一式，尽量采用复合式防水设计，并且尽量减少变形缝、施工缝的设置，借以减少地下工程的漏水概率。
4主体结构材料强度设计及钢筋布置
在地下工程防水设计中，合理的混凝土强度设计及材料选用、钢筋及拉接筋的合理布置对减少和控制混凝土裂缝的开展至关重要。
4.1主体结构材料强度设计。地下工程特别是高抗力人防指挥工程，其顶、底板多为大体积混凝土。混凝土设计强度越高，水泥用量就越大，必然造成混凝土水化热过高，当混凝土内外温差超过30℃时，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。因此，大体积混凝土强度等级宜在C20～C35范围内选用，高抗力人防指挥工程可适当提高，但应控制在C40左右，避免设计上“强度越高越好”的错误观念。在配置混凝土的材料选择方面，混凝土中尽可能减少硅酸盐水泥用量而掺入一定量且具有活性的粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰等矿物掺和料使混凝土在获得所需抗压强度的同时，能获得良好的耐久性、抗渗性、抗化学侵蚀性、抗裂性等技术性能，并可降低成本，获得明显经济效益，同时配置防水混凝土水泥用量不应小于260kg/m3和胶凝材料的总用量不宜小于320kg/m3，水胶比不得大于0.50；采用5～40mm颗粒级配的石子和中、粗砂，控制含泥量小于1.5％；且配置的混凝土抗渗等级应在P6以上。笔者最近接触了一例由于顶板裂缝而产生渗漏水问题的某地下工程，虽然其产生裂缝的原因还不完全清楚，但从施工单位的混凝土配合比中不难发现，其水泥用量明显偏高，不能说与顶板产生裂缝没有关系。
4.2钢筋布置。由于地下工程多为双向双面配筋，除满足结构应力外，还承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝的开展。因此，上下钢筋的布置应尽可能采用小直径、小间距。普通地下室主筋采用直径14～20mm的钢筋和100～150mm间距是比较合适的，构造筋直径宜为10～14mm，间距100～150mm，人防地下室和人防指挥工程钢筋直径可适当提高。另外，在混凝土内部加入一定量的合成纤维或钢纤维，对控制混凝土裂缝的开展效果更佳。由于人防地下室和人防指挥工程需要设置大量的拉接筋，如果不能很好的控制其保护层厚度，势必会形成一定数量的渗水通道。这就要求我们在设置拉接筋时，采用“梅花型”布置、尽量少而精（用8或10钢筋）；同时双面配筋要采用统一的模数确定钢筋间距，保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网；有可能的话，可在拉接筋中间焊接止水环；最重要的一点是必须严格保证混凝土迎水面50mm的钢筋保护层厚度。
5合理选用外加剂
外加剂防水混凝土是指在混凝土中掺入微量有机或无机的外加剂来改善其内部组织结构，使其有较好的和易性，提高其密实性和抗渗性。使用外加剂防水混凝土时，应注意以下几点：①外加剂品种的选择。外加剂品种很多，效果各异，特别是对不同品种水泥效果不同。在选择外加剂时，应根据外加剂的性能并结合工程特性、施工工艺及使用要求选用合宜的外加剂，以满足工程防水需要。②外加剂掺量的确定。外加剂防水混凝土的外加剂均有适宜掺量，掺量过小，往往达不到预期的效果；掺量过大，则会造成浪费，有时会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验确定最佳掺量。③施工注意事项。外加剂防水混凝土除应遵循普通混凝土施工原则外，应根据外加剂的不同采用不同的搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等严密措施，保证外加剂防水混凝土本身质量和施工质量。
根据工程需要掺入的减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂及水泥基渗透结晶型材料，其品种和用量应经试验确定，所用外加剂的技术性能应符合国家现行有关标准的质量要求。
6结语
地下工程的防水是多方面的，涉及的领域和专业非常广泛，它需要各专业密切配合；同时对于整个工程的建设前期准备、设计、施工及使用，各单位都应该密切关注地下工程的防水问题，一旦发现问题立刻采取措施。下面就结构设计方面对地下工程防水作了简要论述，并提出如下在结构自防水设计中应注意的几个问题，供结构设计者参阅。①合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提，也是进行防水设计的准则和依据。②选择规整的结构形式，做好构造节点的防水设计。③破除设计上“强度越高越好”的错误观念，采用合理的材料强度设计值。④优先采用含活性矿物料硅酸盐水泥配置大体积混凝土；合理布置钢筋和拉接。⑤合理选用外加剂防水混凝土，事半功倍。
参考文献
1国家标准.地下工程技术防水规范.GB50108-2008.北京：中国计划
出版社，2009
2国家标准图集.地下建筑防水构造.02J301.中国建筑标准设计研究
所出版
3地方标准图集.地下室防水.L06J301.中国建筑工业出版社
4建筑设计资料集08.（第二版）.中国建筑工业出版社
5建筑材料.（第四版）.中国建筑工业出版社