地下工程結構自防水的設計探討

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　　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(nèi)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(tǒng)上認為是建筑專業(yè)的事而與結構專業(yè)無關，其實不然。新修訂的《地下工程防水技術規(guī)范》將原《規(guī)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(xiàn)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(jù)。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(guī)范規(guī)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(jù)規(guī)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(zhàn)備工程，應定為一級；而人員掩蔽工程屬重要的戰(zhàn)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(yōu)化構造節(jié)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(guī)范》中得到了充分體現(xiàn)，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?jié)B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(jù)防護要求、平時和戰(zhàn)時使用功能、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)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(guī)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(jié)點設計

　　變形縫、施工縫和其它（例如穿強孔、陰角等）構造節(jié)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(huán)節(jié)，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(xiàn)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。

　?、?關于施工縫的防水設計，傳統(tǒng)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。

　?、?穿墻管、線、螺栓宜采用止水環(huán)與遇水膨脹膩子條復合使用，且應采取防止轉(zhuǎn)動的措施，如將止水環(huán)平面外形改為非圓形。

　　總之，構造節(jié)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(nèi)外溫差超過30℃時，溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度，產(chǎn)生開裂。因此，大體積混凝土強度等級宜在C20～C35范圍內(nèi)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(yōu)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(nèi)；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?jié)B等級應在S6以上。筆者最近接觸了一例由于頂板裂縫而產(chǎn)生滲漏水問題的某地下人防工程，雖然其產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，其水泥用量明顯偏高，不能說與頂板產(chǎn)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(nèi)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(shù)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(tǒng)一的模數(shù)確定鋼筋間距，保證雙面鋼筋交叉點連線垂直于鋼筋網(wǎng)；有可能的話，可在拉接筋中間焊接止水環(huán)；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(yè)非常廣泛，它需要各專業(yè)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(fā)現(xiàn)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。

　?、?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(jù)。

　?、?選擇規(guī)整的結構形式，做好構造節(jié)點的防水設計。

　?、?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(yōu)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。