城市地下工程防水新技术

  【摘 要】本文从原理、施工做法和经济性分析等角度介绍了化学预应力混凝土、后浇带超前止水技术、取消上翻导墙、塔吊基础处理等四种地下工程防水新技术。新技术的推广有助于提高地下防水工程的施工技术水平，保证工程防水质量，加快施工进度，降低工程造价。

  【关键词】化学预应力混凝土；HCSA膨胀剂；超前止水技术；上翻导墙；地下防水工程

  随着国民经济现代化水平的提高和城市人口的增加，人类因居住和从事各种活动而争占土地的矛盾日趋激化。从宏观上看，人口的增加和生活需求的增长与土地等自然条件的日益恶化和资源的逐渐枯竭引起的人类生存空间问题，应该说已达到了危机程度^[1] 。在这种情况下，地下空间资源的开发与综合利用，城市地下工程的建设与应用，不仅有效缓解了当前存在的各种城市矛盾，而且为进一步建设现代化城市开辟了广阔的前景。城市地下工程长期与地下水接触，防水是地下工程建设和使用首先要解决的问题。防水的好坏直接决定着城市地下工程的成败。各种防水新技术、新工艺和新产品不断推出，新技术的推广和应用有效推动城市地下工程防水的革新，提高了整体技术水平。本文简要介绍了化学预应力混凝土、后浇带超前止水技术、取消上翻导墙、塔吊基础处理等4种地下工程防水技术。

  1 化学预应力混凝土

  建筑防水就是为防止水对建筑物某些部位的渗透而从建筑材料上和构造上所采取的措施。依据所采用的防水材料和防水做法，建筑防水可分为刚性防水和柔性防水。刚性防水技术^[2]是指以水泥、砂石为原料并掺入少量外加剂或高分子聚合物材料，起到抗裂防渗，达到防水的作用。随着中国工程建设发展的需要，刚性防水的重要性越来越受到重视。

  近20多年来，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土是我国刚性防水技术的主要形式。膨胀剂依靠自身的化学反应或与水泥其他成分反应，在钢筋和邻位混凝土的约束下，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀，储存一定的预压应力，从而补偿混凝土硬化过程中的收缩（如干燥收缩和冷缩），提高混凝土的抗裂防渗性能。目前，补偿收缩混凝土已广泛应用于我国高层建筑和商业广场地下室、地铁和隧道、水工建筑、海工、军工、核电、水利和人防等不同工程领域。

  无数的地下工程防水实践证明，无裂缝、无漏振缺陷的混凝土才是地下工程防水的唯一保障。化学预应力混凝土^[3] （Chemically prestressed concrete，CPC）是中国建筑材料科学研究总院赵顺增教授所率科研团队经多年研究和工程实践开发的一项地下工程混凝土结构防水新技术。它主要是以高性能的化学预应力混凝土技术为核心，采用性能优良的混凝土膨胀剂，将掺加膨胀剂混凝土的应用范围从目前的补偿收缩延伸到预应力领域，使工程不产生收缩裂缝，实现工程中的无裂缝混凝土。与现有的机械预应力技术相比，化学预应力混凝土显然具有显著的经济技术优势，将为建筑设计和施工带来革命性变革。

  CPC化学预应力混凝土可以产生1.0MPa的化学预应力，确保混凝土在使用期间不会产生收缩裂缝漏水。化学预应力混凝土配制的核心材料是中国建筑材料科学研究总院开发的HCSA-R水化热抑制型混凝土膨胀剂，该膨胀剂不仅具有优良的膨胀性能，而且配制的混凝土密实保水，不易产生漏振缺陷，最大程度减少混凝土出现施工瑕疵。按照现行国家标准GB23439-2009《混凝土膨胀剂》检测，HCSA-R性能指标见表1。

  此外，掺加HCSA-R可以显著降低混凝土的温升值，当水泥用量为310kg/m³时，3天龄期混凝土最高温度可以降低5℃，这对减少钢筋混凝土结构温度裂缝至关重要，从而彻底解决混凝土开裂的技术难题。

  刚性防水与柔性防水经济性分析如下：

  传统双层SBS柔性外防水施工成本（元/m²）是单层SBS为40元，双层80元，找平层20元，保护层24元，合计124元。

  化学预应力混凝土自防水施工成本（元/m²），掺加的HCSA-R价格为4.5元/kg，每立方米混凝土约使用45kg。城市地下工程底板按400mm计，外墙按300mm计，顶板按250mm计，则自防水平均施工成本为4.5×45/3＝67.5元/m²。

  化学预应力混凝土结构自防水与传统双层SBS外防水施工技术相比，节约直接费用约20%~40%，节约工期（10~15）天。因此，密实无裂缝的混凝土结构是地下工程防水的基石。摒弃多层设防的传统防水思想，把“做了比不做好”变为“把最关键的事情做好”，把防水的根本建立在混凝土上，立足把简单、基础的混凝土做好，做无裂缝、无漏振的无缺陷混凝土。显然，化学预应力混凝土是彻底解决地下工程混凝土防水技术难题的最佳方案。

  2 后浇带超前止水技术

  城市地下工程后浇带超前止水技术是一种新型后浇带超前止水构造设计，为中国建筑材料科学研究总院的专利技术。采用本技术，可以在地下建筑结构重量能够平衡上浮力之后，提前撤掉降水，不仅节约地下水资源，降低施工成本，还可以减少因降水对周边建筑稳定性的影响。与已有技术相比，本技术具有超前止水效果可靠、调节变形能力强、不用下挖垫层、工程量小、施工简单、节省工期、降低工程造价等优点。

  地下工程超前止水技术原理是^[4]：直接在基础垫层混凝土预留后浇带的部位铺设带有止水构造的超前止水钢板，钢板厚度3mm，宽度为后浇带宽度加（15~1000）mm。两块超前止水钢板之间的接缝采用焊接相连接。超前止水钢板的边缘止水凸起嵌入基础底板的保护层混凝土之中，起到止水作用，后浇带部位的钢板不仅可以防止地下水渗入后浇带，而且钢板的延性足以适应后浇带变形的要求。当地下建筑结构重量能够平衡上浮力之后，提前撤掉降水，并且主体建筑完成可以浇筑后浇带时，再浇筑后浇带处的混凝土。后浇带超前止水钢板构造见图1，安装示意图见2。

  地下工程底板后浇带超前止水技术施工工艺流程为基础底板混凝土→超前止水钢板→后浇带钢筋工程→后浇带模板→底板混凝土。侧墙后浇带超前止水构造施工工艺与基础底板类似，超前止水钢板安装方式与底板基本相同，只需要将钢板立在后浇带部位，并点焊在钢筋上或固定在侧墙模板上，浇筑混凝土即可。

  超前止水钢板沿长度方向的接缝满焊，两块相邻的超前止水钢板底缘的宽度相差2倍板厚度，这样的超前止水钢板可以形成连锁搭接，并在焊缝刷防锈漆。超前止水钢板现场安装施工见图3。

  后浇带超前止水技术与传统沉式混凝土加强垫层防水层做法的经济分析对比见表2。

  由表2可知，超前止水钢板的造价仅为沉式混凝土加强垫层防水层做法造价的50%左右，显然，地下工程超前止水技术具有明显的经济优势。

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  3 取消上翻导墙

  现行国家标准《地下工程防水技术规范》GB50108-2008规定，外墙水平施工缝应留在高出底板表面不小于300mm的墙体上。施工中，如果对导墙中混凝土进行规范振捣，混凝土会在墙体吊模中下沉，从底板处反溢流出。因此大多数情况下，工人都是用铁锹将混凝土装入墙体模板中，笼住混凝土不下沉，几乎不进行振捣，从而导致底板（楼板）与外墙的阴角处，多发蜂窝、麻面和烂根现象，渗漏也就在所难免。此外，上翻300m的外墙必须采用吊模，不仅费工费料，影响工期，而且增加了施工成本。

  为解决城市地下工程外墙与底板交接处的防水问题，避免因振捣不到位产生蜂窝、麻面和烂根等隐患造成的渗漏现象，可采用取消防水上翻导墙技术^[5]。它是在地下室基础底板水平面上留设水平施工缝，在水平施工缝上中间位置设置遇水膨胀橡胶止水条，并在施工缝的迎水面涂刷聚合物水泥防水砂浆。该技术可显著提高外墙与底板交接处的防水质量，并且简化工序，节约工期，降低施工成本。该技术做法原理见图4，具体施工方案如下：

  （1）留置施工缝：先浇筑基础底板混凝土，将水平施工缝留设在基础底板的顶部水平位置，且与基础底板的顶面平齐。

  （2）遇水膨胀橡胶止水条粘贴基面处理：为保证水平施工缝粘贴遇水膨胀橡胶止水条的基面平滑，在基础底板混凝土初凝之前，就要在水平施工缝的中部，即预留的两排外墙竖向钢筋的中间位置，沿外墙水平走向压埋一块宽50mm，厚（20～50）mm的木质或塑料板，长度没有特殊要求。在混凝土终凝之前，将压埋的木质或塑料板取出，这样在基础底板混凝土的表面预留施工缝位置形成一条宽（30~40）mm，深（20～30）mm的光滑凹槽，用于放置遇水膨胀橡胶止水条；或者，不在基础底板混凝土中埋木质或塑料板，仅在混凝土终凝之前，在固定遇水膨胀橡胶止水条的位置，用抹刀将混凝土修整平滑。

  （3）固定遇水膨胀橡胶止水条：采用环氧砂浆或者水泥钉将遇水膨胀橡胶止水条固定在基础底板水平施工缝位置上（见图5）。

  （4）浇筑外墙混凝土：按照设计要求绑扎外墙钢筋，支外墙模板，浇筑外墙混凝土。

  （5）施工缝处理：拆除外墙模板后，立即将基础底板和外墙接合处迎水面表面清理干净，采用聚合物水泥砂浆，对迎水面施工缝上、下不少于100mm范围进行涂抹处理，或者对施工缝内、外侧同时进行处理，如果外墙的外模是砖砌的永久性模板，则仅需在施工缝内侧进行处理，聚合物水泥砂浆的厚度为（0.5～5）mm，潮湿养护14天。

  从施工缝的留设位置、防水节点的处理方法来看，该施工方案技术可靠、施工快捷方便，解决了长期困扰地下室混凝土施工中的底板与外墙交接阴角处易渗漏的难题，可显著降低地下建筑外墙水平缝的施工成本。

  4 塔吊基础处理

  塔吊塔机作为建筑施工的主要建筑机械，其起升高度大，覆盖面广等而被广泛使用于建筑施工，担负着主要的垂直运输工作。塔吊基础一方面留置时间长，另一方面塔吊基础通常穿透城市地下工程的防水底板，施工过程中往往由于处理方法不当，导致防水底板处塔吊基础出现渗漏现象。

  图6是一种塔吊基础新作法。该作法施工简便，防水效果好，已在多个城市地下工程中得到应用。

  该塔吊基础作法的技术要点如下：

  （1）塔吊基础防水混凝土板厚度300mm，为了防裂，需要配置直径12mm间距200mm的抗裂构造钢筋，双向双层布置；

  （2）塔吊基础防水混凝土采用与基础底板相同配比的补偿收缩混凝土；

  （3）塔吊基础与基础底板相互搭接400mm，防水节点应设置40mm×30mm橡胶止水胶条，橡胶止水胶条用环氧砂浆粘接在平整的防水混凝土表面，并且每间隔（30～50）mm用水泥钢钉固定。

  5 结论

  城市地下工程防水是一门综合性、应用性很强的工程技术，它是涉及材料、设计、施工和管理等各个方面的一种系统工程。综合考虑上述诸多方面的因素，进行全方位的评价，选择技术先进、可靠、经得住实践考验的新材料、新技术和新工艺有助于提高城市地下工程防水整体水平，既保证工程防水质量，又可以加快施工进度，降低施工成本，是一种利国利民的好事。因此，在城市地下工程中推广化学预应力混凝土、后浇带超前止水技术、取消上翻导墙和塔吊基础处理四种新技术，可以保证地下工程防水耐用年限和使用功能，实现城市地下工程防水高质量和综合效益。

  【参考文献】

  [1] 陶龙光，刘波，侯公羽. 城市地下工程[M].北京：科学出版社，2011：3-4.

  [2] 高延继，赵顺增，邵高峰.刚性防水技术阐述[C]. 北京：中国建筑工业出版社，2012：3-5.

  [3] 赵顺增. 创新发展是膨胀剂行业的唯一出路[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2013，2：1-2.

  [4] 赵顺增，刘立，李长成，等. 刚性防水技术阐述[C]. 北京：中国建筑工业出版社，2012：224-229.

  [5] 赵顺增.一种地下建筑防水外墙水平施工缝的构造[P].北京，201320081767.2.