王公勝， 孫 文,2， 張志江

(1 甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730050；2 蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730070)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及城市人口的持續(xù)增長(zhǎng)，城市用地的日益緊缺。地下空間的開(kāi)發(fā)與利用能夠有效緩解這些矛盾[1-2]。然而，建筑地下結(jié)構(gòu)部分與上部結(jié)構(gòu)不同，屬于隱蔽工程，長(zhǎng)期處于復(fù)雜的地下環(huán)境中，特別是地下水的影響，容易產(chǎn)生滲透、漏水等質(zhì)量問(wèn)題，需要花費(fèi)極大的代價(jià)進(jìn)行補(bǔ)救，同時(shí)，浸水也會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能、承載力、耐久性等造成不可逆的影響[3-4]。因此，建筑地下結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計(jì)與施工需要得到更多的重視。

目前地下車庫(kù)滲漏水病害現(xiàn)狀，原因主要集中在設(shè)計(jì)、施工和材料等幾方面[5-6]。地下結(jié)構(gòu)裂縫的類型主要有荷載裂縫、自收縮裂縫、溫度裂縫[7-8]。針對(duì)地下建筑物滲漏水的治理技術(shù)使用比較多的方法主要有直接堵漏法、多次抹面法、化學(xué)注漿法等[9-10]。

本文對(duì)地下混凝土結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了歸納整理，以實(shí)際工程為依托，對(duì)施工中的滲漏水病害原因進(jìn)行了分析，對(duì)該工程采用的化學(xué)注漿法補(bǔ)漏措施及注漿效果進(jìn)行了具體的分析和論述。

1 混凝土結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量問(wèn)題分析

地下工程混凝土結(jié)構(gòu)滲漏部位及成因較為復(fù)雜，一般地下工程混凝土結(jié)構(gòu)防水問(wèn)題可分為以下幾類：

(1)混凝土裂縫滲漏。主要現(xiàn)象是混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫或環(huán)形裂縫，當(dāng)裂縫貫穿于混凝土結(jié)構(gòu)本體時(shí)，產(chǎn)生滲漏。

出現(xiàn)以上問(wèn)題時(shí)，主要的防治措施有：加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，規(guī)范施工； 用耐堿聚合物乳膠等材料密封； 貫穿性裂縫，可用環(huán)氧、丙凝漿液等灌縫。

(2)變形縫滲漏。主要是金屬止水帶焊縫不飽滿或與鋼筋相連形成滲漏通道，橡膠或塑料(PVC)止水帶接頭沒(méi)有銼成斜坡進(jìn)行粘接搭接。還有可能是變形縫處理混凝土振搗不密實(shí)導(dǎo)致。主要的治理措施是：應(yīng)盡量減少變形縫的設(shè)置，或選擇合適的構(gòu)造形式和材料； 地下防水工程在施工過(guò)程中應(yīng)保證有效降水，排除地下水在施工過(guò)程中的不利影響。

(3)混凝土施工滲漏。因?yàn)槭┕たp留置不當(dāng)，施工縫混凝土表面沒(méi)有鑿毛，殘?jiān)宄粡氐?，未做企口或安裝止水帶等原因?qū)е碌氖┕たp處混凝土骨料集中、酥軟，從而沿縫隙出現(xiàn)滲漏。

主要的治理措施有：防水混凝土連續(xù)澆筑； 采用補(bǔ)償收縮混凝土； 加強(qiáng)施工縫處混凝土振搗； 采用粗凝膠漿、氰凝等灌漿對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行堵漏等。

(4)預(yù)埋件、穿墻管(盒)部位滲漏。主要原因有：預(yù)埋鐵件及環(huán)片表面有銹蝕層未清除、暗線管接頭不嚴(yán)或套管用有縫管、預(yù)埋件固定不牢或受振動(dòng)后松動(dòng)、混凝土振搗不密實(shí)、溫差作用等。

主要的治理措施有：電源線路盡量以明線為主； 穿過(guò)防水混凝土的管道必須滿焊止水環(huán)且焊縫密實(shí)連續(xù)； 避免防水混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋、綁扎絲等觸及模板； 管道和電纜穿墻部位保證混凝土振搗密實(shí)等。

(5)后澆帶部位滲漏。主要表現(xiàn)為后澆帶兩側(cè)結(jié)合部產(chǎn)生滲水，濕跡斑斑或呈線狀。

主要的治理措施有：盡量采用木模封縫； 去除鋼筋或鋼板止水帶上的銹皮； 保證混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間； 防止出現(xiàn)變形裂縫等。

(6)混凝土蜂窩、麻面、孔洞、露筋滲漏。主要治理措施有：處理前應(yīng)將基層松散部鑿毛清理并對(duì)填補(bǔ)澆灌材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2 工程概況

依托項(xiàng)目位于甘肅省臨夏市，所處場(chǎng)地為大夏河Ⅰ級(jí)場(chǎng)地，毗鄰大夏河60m。地下水位埋深1.0～1.4m，水位較高。項(xiàng)目地庫(kù)總建筑面積17 975.96m2，設(shè)計(jì)抗浮水位為1 839.2m(相對(duì)標(biāo)高-2.5m)。

地庫(kù)底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為350mm厚C30混凝土抗水板，抗?jié)B等級(jí)P6。配筋為12@150，柱距基本為縱橫向7.8m，局部上下有10@150負(fù)彎矩鋼筋。

地基為原始地基，持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層(紅板巖層)。地質(zhì)情況自上而下分別為：①層雜填土(Q4ml)，層厚0.3～1.4m； ②層卵石(Q4al+pl)，層厚3.0～4.3m； ②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)，層厚0.4～1.2m； ③層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(N)，層厚1.9～3.7m； ④層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(N)，未揭穿。底板防水設(shè)計(jì)采用1.5mm厚單面反應(yīng)粘防水卷材，無(wú)防水保護(hù)層(項(xiàng)目由于保護(hù)與放線原因，增加了50mm厚C20細(xì)石混凝土保護(hù)層)。側(cè)壁防水采用1.5mm厚單面反應(yīng)粘防水卷材。

3 工程現(xiàn)狀

目前，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)已全部完成(兩個(gè)坡道尚未完工)，側(cè)墻回填完成2/3。結(jié)構(gòu)施工期間，結(jié)構(gòu)面基本未發(fā)現(xiàn)積水情況(后澆帶內(nèi)有積水)。地庫(kù)側(cè)墻開(kāi)始回填后，地庫(kù)地面出現(xiàn)大面積積水，面積約為地庫(kù)面積的1/3。陸續(xù)封閉后澆帶后，積水現(xiàn)象仍然無(wú)法停止。

實(shí)際施工中采用管井降水，水泥管井伸入至紅板巖中，為降水完整井，但降水效果較差。而后輔以明溝集水坑降水法，施工期間降水深度一直不能滿足施工需要。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探查，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)抗浮水位為1 839.2m(相對(duì)標(biāo)高-2.5m)。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)水位為1 840.4 m(相對(duì)標(biāo)高-1.3m)。

圖1 地下室滲透情況

4 事故原因調(diào)查分析

4.1 病害現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示：滲漏裂縫主要分布在后澆帶、施工縫位置，特別是后澆帶位置，基本都存在滲漏現(xiàn)象。地下水先通過(guò)后澆帶或施工縫形成滲出點(diǎn)，隨著滲透的地下水不斷增加，受浸泡的混凝土逐漸形成線狀直至片狀，如果清理不及時(shí)，會(huì)浸泡整個(gè)地下室地面，后澆帶、施工縫位置滲漏情況見(jiàn)圖2。

圖2 后澆帶、施工縫位置滲漏情況

由于浮力作用，導(dǎo)致地下室的不均勻沉降持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分地下室砌體墻出現(xiàn)倒“八”字裂縫、部分柱腳也出現(xiàn)裂縫，并不斷發(fā)育，詳情見(jiàn)圖3。

圖3 柱頂、柱腳裂縫

后經(jīng)地下室頂板覆土回填，該工程地下室柱腳、砌體墻上裂縫寬度明顯減小，可見(jiàn)采取覆土回填措施在一定程度上減緩了地下水浮力引起不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的不良作用，裂縫發(fā)育有所緩解。

4.2 地質(zhì)條件及施工因素分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，造成以上事故的地質(zhì)條件及施工過(guò)程方面主要原因有以下幾點(diǎn)：

(1)該工程地下室結(jié)構(gòu)滲漏問(wèn)題的主要原因是降水深度一直達(dá)不到地勘與設(shè)計(jì)要求，不能滿足低于基礎(chǔ)開(kāi)挖深度0.5～1m的要求，加之停電等因素，降水工作長(zhǎng)期不到位甚至短暫停止，致使施工過(guò)程中地下室結(jié)構(gòu)及底板防水材料泡水，甚至局部在水中作業(yè)，嚴(yán)重影響底板防水質(zhì)量。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工降水需要持續(xù)至后澆帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和頂板覆土完成后方可停止。但現(xiàn)場(chǎng)地庫(kù)側(cè)墻肥槽回填后，明溝降水無(wú)法實(shí)施，且未采取其他有效降水或排水措施，造成地庫(kù)側(cè)墻與底板水位上升，壓力增大，加速了地下水的滲透。

(3)地庫(kù)頂板設(shè)計(jì)排水盲溝做法工序復(fù)雜，工效低，且土方單位配合困難，致使頂板未能及時(shí)覆土回填，局部抗浮不夠引起不均勻沉降，造成底板局部產(chǎn)生裂縫，為地下水的滲透提供了新的通道。

(4)原場(chǎng)地埋深4m左右，基本為均質(zhì)砂石土，飽和地下水情況下，整體形成平衡狀態(tài)，場(chǎng)地南高北低，地下水沿著砂石層同大夏河一樣自南向北滲流。目前地庫(kù)施工完成，東西方向長(zhǎng)度200m，直接攔斷滲漏通道，導(dǎo)致上游水位增高。高水位、大壓力、降水效果差，導(dǎo)致南側(cè)地庫(kù)擋墻多處滲漏，消防水池內(nèi)側(cè)也出現(xiàn)滲漏。室外積水情況見(jiàn)圖4。

圖4 室外積水情況

4.3 設(shè)計(jì)因素分析

該工程地下室產(chǎn)生滲透等病害，除地質(zhì)條件復(fù)雜、施工不規(guī)范外，不排除設(shè)計(jì)不合理或不滿足規(guī)范要求的因素。因此，首先針對(duì)地下車庫(kù)抗浮設(shè)計(jì)，采用無(wú)梁樓蓋模型，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該工程分別進(jìn)行原設(shè)計(jì)條件、實(shí)際最高水位(不考慮頂板覆土重量)、實(shí)際最高水位(考慮頂板覆土重量)三種工況進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核，見(jiàn)圖5、表1。

圖5 復(fù)核計(jì)算簡(jiǎn)圖地下車庫(kù)抗浮設(shè)計(jì)復(fù)核情況

表1

由表1可見(jiàn)，現(xiàn)狀防水底板水頭與原設(shè)計(jì)條件相比增大了30.9%，相應(yīng)地，地下車庫(kù)所受地下水浮力也增加了相應(yīng)比例，此外，在原設(shè)計(jì)條件下，雖然抗浮力滿足1.05的安全系數(shù)，但是經(jīng)驗(yàn)算，防水底板配筋均不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

接下來(lái)，針對(duì)原設(shè)計(jì)情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水位兩種情況，對(duì)地下車庫(kù)擋墻進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6。

圖6 地下車庫(kù)擋墻計(jì)算簡(jiǎn)圖

經(jīng)計(jì)算，原設(shè)計(jì)情況和現(xiàn)場(chǎng)情況下部分地下車庫(kù)擋墻裂縫寬度不滿足規(guī)范允許值0.2mm的要求。以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件工況為例，采用水土合算，計(jì)算過(guò)程如下：

(1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

室外地面活荷載qx對(duì)外墻等效為均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值q1k，計(jì)算公式如下：

q1k=K0qx=0.50×5.00=2.50 kN/m2

地下水位以上土壓力q2k為：

q2k=K0γH1=0.50×18.00×1.25=11.25kN/m2

地下水位以下土壓力q3k為：

q3k=K0γsatH2=0.50×20.00×4.15=41.50kN/m2

式中：K0為土側(cè)壓力系數(shù)；γ為土的天然重度；γsat為土的飽和重度；H1為水位以上土厚度；H2為水位以下土厚度。

(2)荷載設(shè)計(jì)值

室外地面活荷載q1k對(duì)外墻等效為均布荷載設(shè)計(jì)值q1，計(jì)算公式如下：

q1=γhq1k=1.50×2.50=3.75 kN/m2

地下水位以上土壓力q2為：

q2=γtq2k=1.30×11.25=14.625 kN/m2

地下水位以下土壓力q3為：

q3=γtq3k=1.30×41.50=53.95 kN/m2

式中：γh為地面活荷載分項(xiàng)系數(shù)；γt為土壓分項(xiàng)系數(shù)。

(3)荷載準(zhǔn)永久值

室外地面活荷載q1k對(duì)外墻等效為均布荷載永久值q1，計(jì)算公式如下：

q1=γqq1k=1.00×2.50=2.50 kN/m2

地下水位以上土壓力q2為：

q2=q2k=11.25 kN/m2

地下水位以下土壓力q3為：

q3=q3k=41.50 kN/m2

式中γq為地面活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)。

原設(shè)計(jì)及實(shí)際情況計(jì)算得到的配筋及裂縫寬度結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算得出的各部位配筋及裂縫寬度明顯大于原設(shè)計(jì)情況，已無(wú)法滿足原設(shè)計(jì)要求。

最后，對(duì)該工程地下車庫(kù)防水構(gòu)造措施進(jìn)行核查顯示，本工程主體結(jié)構(gòu)防水措施為P6防水混凝土、1.5mm厚單面反應(yīng)粘高分子防水卷材； 水平施工縫防水措施采用中埋式止水帶； 后澆帶防水措施僅采用C35補(bǔ)償收縮混凝土。對(duì)照《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB 50108—2008)表3.3.1，本工程原設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)、水平施工縫選用滿足規(guī)范要求，后澆帶防水措施選用不滿足規(guī)范要求； 后澆帶防水措施僅選用補(bǔ)償收縮混凝土，防水措施不滿足規(guī)范要求。本工程原設(shè)計(jì)地下室外墻迎水面鋼筋保護(hù)層厚度為20mm，基礎(chǔ)及地下室底板迎水面鋼筋保護(hù)層厚度為40mm； 根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB 50108—2008)第4.1.7.3條規(guī)定，防水混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。防水混凝土結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不滿足要求。

配筋及裂縫寬度計(jì)算結(jié)果對(duì)比 表2

5 滲透控制措施及效果分析

通過(guò)對(duì)該工程滲水問(wèn)題的調(diào)查與分析，提出幾點(diǎn)整改措施，具體如下：

(1)對(duì)存在滲漏和有缺陷的部位進(jìn)行全面排查診斷，將裂縫、混凝土不密實(shí)部位、滲漏點(diǎn)等分述清楚，判斷其表征和具體性質(zhì)。

(2)明確擬采用堵漏材料的屬性和適用范圍，根據(jù)其排查診斷結(jié)果，有針對(duì)性地提出滲漏處理措施。對(duì)于干燥縫隙，建議采用壓力注入改性環(huán)氧灌漿料； 對(duì)于潮濕滲漏縫隙，建議采用壓力注入聚氨酯化學(xué)漿料。聚氨酯化學(xué)漿料，應(yīng)選用水溶性等具有良好親水性、遇水能均勻分散、潮濕基面粘接強(qiáng)度好、止水快的材料。變形縫處，建議采用彈性聚氨酯，以適應(yīng)此部位沉降、伸縮等變化的需要。

(3)選用的堵漏材料，應(yīng)明確其物理力學(xué)性能指標(biāo)，提供合格證、檢驗(yàn)報(bào)告； 根據(jù)其不同的施作堵漏對(duì)象，確定漿液用料配合比。

(4)細(xì)化堵漏騎縫鉆孔、注漿嘴布設(shè)、封縫、配置漿液、灌注、封口等注漿工藝內(nèi)容。

通過(guò)前期對(duì)該工程地下室側(cè)墻進(jìn)行注漿法處理，側(cè)墻滲水現(xiàn)象明顯緩解，目前剩余滲水點(diǎn)較少，證明采用注漿法處理該工程地下室滲水問(wèn)題是有效的。但是，考慮到滲透隱患的完全解決及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的恢復(fù)等問(wèn)題，建議進(jìn)一步采取隔水泄壓、抗浮錨桿等措施。

6 分析與結(jié)論

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與后期設(shè)計(jì)復(fù)核，確定該工程地下室底板、砌體墻出現(xiàn)裂縫、滲漏等病害是設(shè)計(jì)因素及施工因素綜合導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)該工程地下室病害原因的分析，得到以下結(jié)論：

(1)該工程抗浮水位選取不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，即實(shí)際抗浮水位與設(shè)計(jì)抗浮水位嚴(yán)重不符是導(dǎo)致事故的根本原因。

(2)本工程出現(xiàn)病害主要是因?yàn)樵诮邓坏轿弧⒌叵滤徊粷M足設(shè)計(jì)要求和正常施工條件下倉(cāng)促施工導(dǎo)致的，次要原因是抗?jié)B、降水措施設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)回填不及時(shí)，加重了結(jié)構(gòu)病害。

(3)針對(duì)地下結(jié)構(gòu)滲透病害，采用聚氨酯化學(xué)漿料進(jìn)行注漿，能夠緩解滲透現(xiàn)象，但要完全解決滲透病害，恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還要采取隔水泄壓、抗浮錨桿等進(jìn)一步抗浮及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施。