前言
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地下室防水设计的几点意见思维导图模板大纲
地下室防水设计的内容,可粗略分为概念设计与构造设计。
概念设计乃设计的基本原则,忽视概念或概念设计错误,后面的设计、施工及至使用、维修就会变得复杂、混乱,一不顺则百不顺。
构造设计包括主体防水及节点防水。主体防水又分为结构自防水和附加防水。结构自防水是必须采用的;附加防水按工程的防水等级选用,附加防水也称“其他防水层”,以柔性外防水为主。节点防水主要包括施工缝,后浇带、变形缝、穿墙管线、柱顶防水等,设计说明中的“构造作法”不能代替构造节点。节点防水也称“细部构造防水”,可按工程的防水等级和实际情况选用不同的防水措施。
1、概念设计
结构自防水及后浇带、变形缝的位置,主要是由结构专业设计;主体附加防水及节点防水主要由建筑专业设计;其他专业配合建筑及结构专业设计。应当指出的是,对防水节点的设计,结构专业也可参加设计,比如后浇带。但后浇带的防水构造设计,结构专业的规范仍沿用几十年前的作法,已十分滞后。许多版本的结构工程师一级注册考试复习教程中,对地下防水设计大多也只是简单的一般叙述,与当前地下防水设计的实践相差较大,因此,建筑设计人员不应放弃防水设计的责任。
地下工程中,具有自流排水条件,且允许作自流排水的工程应积极采用自流排水系统,以降低地下水的压力,使防水设防变得更简单,省钱,效果更好。
关于机械排水。建筑地下室虽也设机械排水,但与地铁有很大区别。前者主要考虑偶有地表水涌入,如地下车库车行道入口雨后进水,或万一发生火灾消防扑救后的积水排除。而地铁设机械排水乃是地铁常设运行所必须的。
建筑地下工程在设置自流排水时,还应考虑因排水而加剧侵蚀性地下水对混凝土的影响。
地下室不论使用性质如何,其钢筋混凝土底板面均应设计保护层。对于地下车库、设备用房,保护层建议按100-200mm厚C20混凝土设计,该保护层兼找坡作沟。如前所述,建筑地下室排水非常设运作,因此,只需按100mm×150mm(宽)的尺度设计周边排水明沟,不必在钢筋混凝土底板上作文章,这样,就有利于底板自防水。
进出地下室的外开口部分,如地下车库车道出入口外,设置玻璃棚罩,减少雨汇集面积,减轻地下室排水系统运行次数。棚架作为出入口的地面标识物,也方便驾车人士识别。
地下室平剖面设计应尽量简化,即所谓“简、并、避、离、升”。这种简化原则,作为地下室防水设计基本概念,曾为建筑专业几十年来所遵循,只是近年有所放松,应重提旧制,并发扬光大。
地下室,特别是多层地下室的窗井、风井的设计也就遵循“简、并”的原则。除了半地下室之外,建议不要随意设置窗井、风井。因窗井、风井可能破坏地下室侧壁外防水的连续性;窗井、风井底部土体不易密实,加之与主体结构相联处容易因沉降不均产生裂缝,不利防水。一层地下室,情况可能好一些,但若窗井底板与主体底板标高相差许多,则存在相同的问题。窗井、风井最好在室内设置,一层地下室从上部空间开始,多层地下室可能要穿越楼板,但都应在室外地坪以上标高处由侧壁挑出。这样,令地下室地下部分的外墙平剖面简化,有利防水构造的设计与施工,应采取积极的态度加以设计。简单地按传统设计窗井、风井,给防水的设计、施工、维护都带来麻烦。
1.4回填土
关于分期建设的地下室工程,不管分期实施的具体方案如何,只要是连接成片的地下室,设计都应一次完成。对于施工,有条件时,地上分期,地下一次施工。
设计要充分考虑分期衔接的防水问题,先作的要考虑防水层的预留与保护,后接时,要考虑衔接严密,特别是要充分考虑先后建设可能产生的变形对防水构造的影响。
分期,按变形缝自然划分最合理,但要对先期施工的缝处预留条件作好充分的保护。有的开发商,走一步想一步,主意多变,把精心设计的地下室当作生日蛋糕任意切块,即兴分期,实属蛮干。
2、构造设计
2.1主体防水
混凝土自防水主要措施是混凝土级配合理、掺减水剂与膨胀剂。与设计有直接关系的是掺膨胀剂。膨胀剂应当选用高效膨胀剂(膨胀率≥0.35%的膨胀剂),高效膨胀剂目前均属旋窑生产,品质稳定。而非高效膨胀剂,用于钢筋混凝土抗裂,效果不佳,且大多是立窑生产,质量不稳。另外,使用非高效膨胀剂,掺量较大,含碱量难以控制,可能导致混凝土其他品质的下降,如坍落度损失较大,甚至引起抗压强度的降低。但工程实践中,掺膨胀剂而失败的更多原因还是选用不合格品,掺量不足以及未按工法严格施工,特别是养护不到位。
如有条件,可采用混凝土60d强度作为设计强度,并采用减小配筋直径,同时增加配筋密度的措施减少混凝土的裂缝。
在混凝土中掺加纤维主要用来增加混凝土的韧性及表面耐磨、抗裂,多用于薄型混凝土或混凝土预制构件。若在大体积、厚底板(壁)中使用纤维混凝土,应进行经济比较。
建筑工程地下室一向强调外防水。外防水通常以柔性为主,应当是全断面防水,侧璧外防、底板内防的做法不可取。
强调外防的主要原因,是防水的同时要考虑混凝土的防护,使其免受有害地下水的侵蚀。地下混凝土工程的耐久性,也就是钢筋混凝土地下室的寿命,应放在百年以上来考虑。目前许多开发商,要说服他们多考虑二、三十年,是很困难的,尽管每一个工地都忘不了挂上“百年大计”的牌子。作为设计人员,应当清醒地认识到,一个建筑,不仅是业主的利益所在,更涉及社会与公众的利益。因此,应当按“国家是第一用户”的原则行事。深圳有一幢一类高层建筑,在地下水有腐蚀的情况下,甲方、施工、监理合伙坚持取消外防水,理由只是赶几天的工期,实在是鼠目寸光。
关注公众健康是国家最基本的政策。因此,地下工程中,在人员长期停留的场所,还应充分考虑防潮,说到防潮,主要是防止地下氡污染。据有关资料记载,室内氡污染,被联合国列为十项最具危险性的灾情之一。据国际抽样调查,有20%的住宅地下室存在氡污染。美国将氡污染列为肺癌第二大诱因,每年致2万人死亡。而我国的地下室,有资料认为,100%需要进行氡防护。
氡主要通过地下水渗漏被搬运并聚积在地下室内表面,形成具有很强的α、β、Υ放射性固体微粒组成的放射性薄层;人在高氡场所将受放射影响,或直接吸入氡气,严重威胁健康。因此,地下氡防护最起码的构造措施就是防水防潮。仅设混凝土自防水或不设柔性附加防水的地下室,一般来说只能防水而不能防潮。因为混凝土是多孔的材料,属刚性防水层,一般来说是透气的,不防潮。
根据“刚柔结合”的原则,附加防水层选用柔性防水层更为合理。选用了柔性防水层,当然要置于迎水面。置于背水面时,只用于带内衬的地下室。
刚性防水涂层,可以用于背水面,也可以用于迎水面。但就目前国内地下室防水综合技术水平而言,笔者主张还是用在背水面。理由是:刚性防水涂层,比如无机防水涂层,最好是“复合”用在防水等级为一级的地下室工程。一级工程的主体附加防水层可以选择两道,一为柔性在外,二为刚性在内,不失为一种较好的组合。刚性防水涂层还常用于防水失败后的补救措施,当然只能用在背水面。
将连续墙加厚,与衬墙合二为一,并非好思路。近年来,这种作法屡有介绍,并急急忙忙宣布成功,但真正防住水的工程实例比“一举成功”的文章少得多。连续墙连泥带水浇筑混凝土,虽然研究了许多好的接头方法,也有水下不分散混凝土的应用,但要真正防住压力水,谈何容易。不必重复走这样的弯路,还是另加内衬墙的办法比较合理。连续墙内与衬墙之间设置滤水层,当然要在衬墙施工前,对连续墙内实施全面的认真的堵漏防渗。这样的设计,总厚度并不比合二为一的方案大,因此,从设计思路上讲,就更无必要做得不偿失的事情了。
地下室顶板除了要作连续的柔性附加防水之外,还应当根据实际需要设置其他构造层次:回填土要设隔离层与保护层;种植土要设滤水层与保护层,或者隔离层、保护层、滤水层。如果种植土较厚,不设滤水层也可。没有回填土而直接设广场,则须考虑设置绝热层,北方考虑保温,南方考虑隔热。绝热层还要结合使用要求考虑车行荷载的影响。
地下室顶板若为室内地坪时,地下室侧壁的防水应与外墙防水用密封材料衔接,位置可在室外散水以下。在少雨区,如外墙不设防水,地下室侧壁的防水应做至室外地坪以上500mm处。如外墙为粘贴饰面,则这500mm高的防水应改为聚合物水泥砂浆,其与地下室侧壁的附加柔性防水层相接仍然用密封材料,位置在室外散水之下。
地下饮用水池,在作内防水的同时,仍然要作附加外防水,这个外防水不能省(指与地层接触面)。
顺便提提地下水池导流墙。导流墙对水池内防水的设计施工将带来不便。导流墙本意是使水体流动,减少微生物繁殖。实际上,导流墙的设置大大增加了水池内表面积,并形成大量阴阳角,不仅对微生物的附生提供了更多的机会,而且不利于内防水涂层的施工质量,很有些得不偿失。实际上,合理安排进出水口,也能减少死水角,况且,目前已有防菌无毒瓷质涂层,能够有效地抑制菌类的生长繁殖,因此导流墙的作法,不如去之为快。
2.2节点防水
所有地下防水设计的节点中,变形缝是最复杂的,失败率也是最高的。为此,建议在地下室排水系统设计时,尽可能考虑在变形缝附近设置集水坑或排水明沟,以防止万一渗水后,采取导流措施,不影响正常使用,也有利于堵漏注浆等补救工作的开展。
地下室一般不考虑设置温度变形缝,抗震缝一般也不设在地下室。实际上,地下室设置的变形缝主要是沉降缝。因建筑各部分刚度变化较大而设置的抗震缝并不多。
从防水的角度看,变形缝的宽度宜小不宜大,超过40mm宽,就应慎用。因此,建筑专业在方案或初步设计阶段就应注意到这些问题,避免在多层地下室的多层部分设置变形缝;或与结构专业密切配合,采取必要的措施,如控制设计沉降量,避免在平、剖面复杂之处设置沉降缝。
双墙之间的净距应便于拆模及防水施工。将双墙设计成并靠在一起,后施工的一侧按外防内贴的作法,似还值得商榷。变形缝两侧应考虑避开明、暗梁柱,以便止水带的安装固定不受箍筋的影响。最简单的办法就是两侧各挑出350mm,令此范围内只有构造配筋,可以方便地采用钢筋套夹固定止水带。
鉴于止水带两侧混凝土的施工质量失败率相当高,建议采用柔性“三通串筒”给料:配以两侧同步振捣,使止水带两侧总是同时浇筑混凝土,避免了柔性止水带由于施工原因的变形偏转。
在厚底板处连续设置数个止水带的方法不可取,因止水带下混凝土本来就不易浇筑密实,数带叠设,令带下更易滞积气泡。水平止水带采用盆型安装,情况可能会得到改善,但整个带的安装不平服,可能出现折皱,特别是采用不锈钢翼极的塑料止水带,现场交圈有一定难度。
说到交圈,PVC止水带采用热熔焊,明显好于橡胶止水带的钢板热压粘贴。
为解决现场交圈的困难,最好由工厂按尺寸定制,加工成环,这对于不锈钢翼板的塑料止水带尤为重要。
施工缝中,传统的台阶缝、企口缝、凹缝、凸缝以及钢板止水带,原理上都是延长渗水路线,等于加大了混凝土的厚度。这一原理本身并不完善。通过延长渗水去解决长期压力水作用下的渗水,只是没有更好的办法时的办法。现代混凝土的施工技术及外加剂的使用,使缝的存在不一定是必然的,曾有工程竣工后,在缝处抽蕊取样,实验表明缝处两侧混凝土的结合程度与混凝土内部并无明显差别。因此,缝处混凝土的防水,关键是保证混凝土自身的施工质量。而上述各种作法,都在延长了渗水路线的同时,降低了混凝土的施工质量,主要是振捣不密实以及产生短路裂缝。钢板止水带,只要两侧认真清理,情况会好一些。
本文建议的构造作法,主要是外贴式止水带、缓膨型膨胀胶条或缓膨型遇水膨胀腻子条,还有渗透结晶型防水涂层。胶条用在预留嵌槽且槽内表面坚实光滑的情况下,腻子条则用在表面不太规则的混凝土表面,渗透结晶型防水涂层施工最方便,但建议不要单独使用。
遇水膨胀胶条或腻子,原理上较科学,实际操作上也有失败。应当改进选材和施工。
有些新出版的书刊和图集,将台阶缝扩大成三级,或者将台阶与止水板复合使用,是比较脱离实际的,设计人员在选用时应当注意。
值得一提的是止水板,笔者认为钢板好过柔性带,后者应用在有变形之处,而施工缝处一般认为没有变形,与混凝土的结合,后者也不如前者。
钢板止水带与缓膨型遇水膨胀条或腻胶条复合使用,可能是较好的一种选择,因为胶条(或腻子)紧贴钢板与混凝土,浇筑混凝土时不易移位。
其实困难的是垂直施工缝。垂直缝建议选用带钢丝骨架的缓膨型遇水膨胀胶条或腻子条,用混凝土钉固定,同时在修理过的坚实而干净的基层上,经喷水湿润后加作渗透结晶型防水涂层并紧接着浇筑混凝土。当然胶条或腻子条总是在最后再装上去才好。
后浇带也可以采取上述构造措施。后浇带的其他作法包括采用一次性带鳞状孔的钢模。钢模支撑前,应在周边先支撑木方,钢模固定在木方上。钢模浇入混凝土之后,并不延至混凝土表面,不形成渗水通道。这种构造显然比采用数层钢丝网要合理得多。数层叠加的钢丝网,在二次浇筑前的清理工作中,不清不好,清又清不净,影响此处施工缝的浇筑质量。
后浇带由于连续钢筋的粗而密,常给清理工作和固定遇水膨胀腻子条带来困难。如能将止水条与一次性钢模结合起来,在钢模两侧预先固定止水条,则防水效果可能更好。
关于后浇带超前止水,方法很多,需要注意的是,地下室部分的施工组织设计的审查,应有设计单位参加,以便从基坑开挖及垫层浇筑之前,就确定了个完整的超前止水的实施方案。否则,施工中途可能发现:超前止水并不仅仅是施工的问题,到这时,才提出设计修改要求,就会影响整个止水方案的完整性与合理性。超前止水还应贯穿在整个工程的全过程之中,直到回填土完成。主要应注意的是采取适当措施,防止地表水、养护水及垃圾杂物的落入,必要时,应结合地下室平面排水系统的设计在底板后浇带附近设置集水坑,便于后浇带浇筑前的最后清理。
不采用超前止水时,也应设置集水坑,可按上述方法设在地下室室内,也可临时设在地下室室外。
地下室穿墙管线,包括支撑用螺栓所使用的止水环,均建议与遇水膨胀腻子条复合使用,理由如前所述,仅仅是延长渗水路线,不是很好的办法。
穿墙管、线、螺栓都应采取防止转动的措施。最简单合理的办法是将止水环外形改为非圆形,比如小环为方形,大环为六边形,其他方法则可能影响止水条的固定。
大直径的预埋套管,管底宜适当开口,防止混凝土在此处虚空。套管与管道,须在穿至混凝土表面处设置凹槽,用密封材料密封。
穿越地下室侧壁的群管,就集中设置,作在预埋钢板箱盒内,管道安装完毕,再于箱盒内浇筑混凝土。盒周边迎水面一侧,应加作柔性防水涂层。
直接在混凝土上预留洞口的方法不是好办法。在预留箱盒或预留洞内浇筑混凝土时应配合注浆。
桩顶不须设防水的观点是站不住脚的。但应在柱顶截断钢筋,将附加防水层连续作好。对于高层建筑,结构要求与承台固结的桩顶,可采用聚合物水泥砂浆防水。聚合物水泥砂浆须经试验,精确配比,以保证抗渗强度达到设计要求的同时,满足抗压强度的要求。国家标准图选用的是渗透结晶型防水涂层;国外多是喷涂环氧砂浆。桩顶的防水层是刚性的,与底板的柔性附加防水层应在垫层交接处用密封材料衔接。桩顶作水泥砂浆找平,是完全错误的。与钢柱交接的桩顶,还应在型钢周边嵌以遇水膨胀止水条。
地下防水设计,主要是概念设计。概念正确,事半功倍(概念设计的内容很广,本文只涉及建筑设计这一部分)。影响概念设计正确的重要因素,是业主以质量换低价,或者是对地下工程长期质量的重要性认识不足。
构造设计很重要,但构造并非万能。把麻烦都留给构造去解决,乃是建筑设计行业中的一种坏习惯。况且,当前地下防水设计中,构造普遍粗略,节点普遍幼稚。造就这种坏习惯的原因很复杂,但最直接的原因却很简单:重形式,轻技术。根治的办法也很简单;尽快地、全面地推行责任赔偿制度。
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