1軟土地區(qū)地下工程防水的特點(diǎn)

軟土地層一般由濱河相或?yàn)I海(湖)相沉積形成，其特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大(通常e>1．0)、強(qiáng)度低、土的靈敏度較高。長江三角洲地區(qū)是我國較為典型的軟土地區(qū)，以上海為例，黃浦江西側(cè)以濱河相沉積為主，而浦東主要為濱海相沉積層，其共同點(diǎn)是含淤泥質(zhì)土，而這一層土也是地下工程開發(fā)、施工的主要地層。由于地下結(jié)構(gòu)所處地層的特殊性，其對(duì)應(yīng)的工程防水有以下特點(diǎn)：①地下結(jié)構(gòu)所處的地層為飽和土層，水源補(bǔ)給豐富，一旦出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)和使用產(chǎn)生的損害較大；②軟土地層因易于變形總體沉降比較大，或因下臥層的差異，會(huì)發(fā)生相對(duì)較大的不均勻沉降，這些由于地層的原因?qū)?duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，從而誘發(fā)裂縫產(chǎn)生漏水；③結(jié)構(gòu)在施工中的冷接頭或施工縫和變形縫，這是結(jié)構(gòu)的薄弱之處，最容易發(fā)生滲漏水；④因地層較弱，對(duì)結(jié)構(gòu)提供的抗力有限，從而導(dǎo)致局部的彎拉應(yīng)力加大促使裂縫產(chǎn)生漏水。

根據(jù)上述軟土地下工程滲漏水的特點(diǎn)，通常有以下幾種防水做法：①防水涂料，以無定型液態(tài)涂料的刷涂、刮涂、滾涂等方法在常溫下涂敷在結(jié)構(gòu)的內(nèi)外側(cè)，形成一定厚度的薄膜達(dá)到防水的目的；②防水卷材，分瀝青、改性瀝青和高分子材料三類，其特點(diǎn)是耐穿刺能力較差；③塑料防水板，以高分子材料為主；④膨潤土毯，類似于卷材，對(duì)結(jié)構(gòu)面的平整性要求不高；⑤滲透型結(jié)晶材料，以水泥基為主，可涂抹或拋灑；⑥密封材料，分不定型密封材料和定型密封材料。

不同的防水材料，有各自的適用性，迄今為止，我國對(duì)防水材料及其加工研究得相對(duì)較多，但對(duì)防水機(jī)理及相關(guān)的指標(biāo)，研究得相對(duì)較少，但決定工程防水成敗的，不是單一的指標(biāo)，而是以防水機(jī)理為基礎(chǔ)的綜合指標(biāo)。

2防水機(jī)理研究

地下工程防水機(jī)理的研究是當(dāng)前防水界的難點(diǎn)，但這恰恰是提高防水技術(shù)水平的關(guān)鍵所在。文獻(xiàn)[1]在對(duì)橡膠密封材料水密性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用有限單元法，對(duì)密封材料的受力和止水作用進(jìn)行較為細(xì)致的分析，文獻(xiàn)[2]提出接觸面應(yīng)力止水的模型，如圖1所示。

圖1見第8頁密封墊防水機(jī)理示意圖

P0為初始接觸應(yīng)力，P1為在水壓Pw作用下產(chǎn)生附加接觸應(yīng)力，則：

P=P0+P1(1)

當(dāng)Pw>αP(2)

時(shí)發(fā)生滲漏，式(2)可以改寫為：

P>α(1+β)P0(3)

文獻(xiàn)[3]又在上述工作的基礎(chǔ)上，對(duì)GINA止水帶的防水機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究。通過接觸應(yīng)力的分析，發(fā)現(xiàn)GINA止水帶鼻尖的接觸應(yīng)力遠(yuǎn)較底部的接觸應(yīng)力大，滲漏水應(yīng)發(fā)生在GINA的底部，GINA的水密性試驗(yàn)也證實(shí)了上述結(jié)果。對(duì)于密封墊和止水帶這一類材料的防水機(jī)理研究，應(yīng)該是今后若干年防水領(lǐng)域重點(diǎn)研究工作之一，特別應(yīng)針對(duì)不同的材料和構(gòu)件進(jìn)行更為系統(tǒng)的試驗(yàn)和理論計(jì)算，以便獲取防水設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及相關(guān)的參數(shù)。

就現(xiàn)階段而言，密封型防水材料的理論研究主要應(yīng)針對(duì)以下幾個(gè)方面開展研究工作：①密封材料構(gòu)件的性能試驗(yàn)；②密封材料的力學(xué)分析模型；③工程設(shè)計(jì)的簡化計(jì)算方法、材料分類及其參數(shù)確定。

從理論上講，卷材的防水性能取決于材料的壽命，但在實(shí)踐上不是如此，對(duì)這一類材料的防水機(jī)理研究，主要應(yīng)解決以下問題：①卷材耐刺能力與混凝土體施工水平之間的適應(yīng)性，由于施工面不平順引發(fā)的卷材漏點(diǎn)，擬從力學(xué)和概率分布兩者之間尋求研究的結(jié)合點(diǎn)；②卷材與結(jié)構(gòu)變形之間的適應(yīng)性及其匹配能力；③卷材施工工藝對(duì)其參數(shù)的影響。

涂抹型防水材料(含水泥基)的防水機(jī)理研究，應(yīng)著重針對(duì)效果開展工作，主要體現(xiàn)在：①工藝自身的誤差對(duì)防水效果的影響；②材料的擴(kuò)散能力、模型、均勻化程度對(duì)防水效果的影響；③涂抹體與結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)能力。

在飽和土層中地下結(jié)構(gòu)的防水效果，除了防水材料的作用之外，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間的通風(fēng)效果有關(guān)。從理論上講，任何材料的止水都不是絕對(duì)的，只是當(dāng)滲透系數(shù)小到一定程度之后，滲入空間內(nèi)部的水分全部揮發(fā)在大氣之中，使結(jié)構(gòu)表面處于干燥狀態(tài)，所以地下結(jié)構(gòu)防水機(jī)理研究應(yīng)結(jié)合材料特性、結(jié)構(gòu)變形特性以及滲水途徑等進(jìn)行綜合研究。

3防水材料的研發(fā)

防水機(jī)理的研究與防水材料的研發(fā)應(yīng)該是幾乎同步或相互促進(jìn)的。通過機(jī)理的研究，發(fā)現(xiàn)原有材料在防水方面的不足或存在缺陷，這就促使新材料的出現(xiàn)。同樣，當(dāng)新的防水材料出現(xiàn)之后，有必要對(duì)其防水的特性和機(jī)理進(jìn)行更為系統(tǒng)和全面的研究，才能推廣應(yīng)用并取得更為理想的效果。

如前所敘的膨潤土毯的出現(xiàn)，是對(duì)卷材耐刺能力的一項(xiàng)改進(jìn)；遇水膨脹型密封止水帶的出現(xiàn)是對(duì)常規(guī)橡膠類止水帶因接觸應(yīng)力偏小而導(dǎo)致防水能力不強(qiáng)所進(jìn)行的改進(jìn)；中埋式止水結(jié)構(gòu)既能適應(yīng)縫的變形又能延長滲水途徑，同時(shí)又可以提高局部的接觸應(yīng)力。但隨著城市地下空間開發(fā)量的加大和人們對(duì)環(huán)境舒適性要求的提高，研發(fā)新的更為有效的防水材料在所必然。

當(dāng)前我國防水材料的研發(fā)應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)以下幾個(gè)方面：①便于施工控制的接頭防水材料，如連續(xù)墻接頭、混凝土冷接頭等，要求施工方便、剛度適中和較好的耐久性；②堵漏材料，特別是針對(duì)結(jié)構(gòu)因受力而出現(xiàn)的細(xì)裂縫，既能有效堵漏又能確保結(jié)構(gòu)的整體剛度；③類似于GINA的新結(jié)構(gòu)，目前我國沉管隧道的GINA止水帶均是進(jìn)口的，僅廣州珠江就有多條沉管隧道，若能開發(fā)具有自己品牌的新型止水結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高我國的防水技術(shù)水平是極為有利的；④對(duì)原有防水材料的斷面形狀進(jìn)行更加合理的優(yōu)化，如前所述的機(jī)理研究是細(xì)部接觸應(yīng)力的計(jì)算分析的前提，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、工作狀態(tài)和接觸應(yīng)力三者，可以對(duì)防水材料的斷面進(jìn)行優(yōu)化，從而提高防水能力。

4地下工程防水的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與工程措施

我國地下工程的防水按滲漏程度分為一至四級(jí)如表1所示，相對(duì)來說等級(jí)的劃分比較粗，事實(shí)上更多工程的防水效果能處于二級(jí)與三級(jí)之間。所以有必要對(duì)防水等級(jí)劃分的數(shù)量和依據(jù)進(jìn)行深入研究，在充分考慮用途和地區(qū)差別等因素的基礎(chǔ)上，重新建立防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。只有防水的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化之后，對(duì)應(yīng)的措施才能更具針對(duì)性。

表1

地下工程防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

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防水等級(jí)

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標(biāo)

準(zhǔn)

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一級(jí)

┃不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬

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┃不允許漏水，結(jié)構(gòu)表面有少量濕漬

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二級(jí)

┃總