随着经济的不断发展及城市人口的持续增长,城市用地的日益紧缺。地下空间的开发与利用能够有效缓解这些矛盾 ^[1,2]。然而,建筑地下结构部分与上部结构不同,属于隐蔽工程,长期处于复杂的地下环境中,特别是地下水的影响,容易产生渗透、漏水等质量问题,需要花费极大的代价进行补救,同时,浸水也会对建筑结构的性能、承载力、耐久性等造成不可逆的影响 ^[3,4]。因此,建筑地下结构的防水设计与施工需要得到更多的重视。

　　 目前地下车库渗漏水病害现状,原因主要集中在设计、施工和材料等几方面 ^[5,6]。地下结构裂缝的类型主要有荷载裂缝、自收缩裂缝、温度裂缝 ^[7,8]。针对地下建筑物渗漏水的治理技术使用比较多的方法主要有直接堵漏法、多次抹面法、化学注浆法等 ^[9,10]。

　　 本文对地下混凝土结构防水质量问题进行了归纳整理,以实际工程为依托,对施工中的渗漏水病害原因进行了分析,对该工程采用的化学注浆法补漏措施及注浆效果进行了具体的分析和论述。

　　 地下工程混凝土结构渗漏部位及成因较为复杂,一般地下工程混凝土结构防水问题可分为以下几类:

　　 (1)混凝土裂缝渗漏。主要现象是混凝土表面出现不规则的收缩裂缝或环形裂缝,当裂缝贯穿于混凝土结构本体时,产生渗漏。

　　 出现以上问题时,主要的防治措施有:加强混凝土养护,规范施工; 用耐碱聚合物乳胶等材料密封; 贯穿性裂缝,可用环氧、丙凝浆液等灌缝。

　　 (2)变形缝渗漏。主要是金属止水带焊缝不饱满或与钢筋相连形成渗漏通道,橡胶或塑料(PVC)止水带接头没有锉成斜坡进行粘接搭接。还有可能是变形缝处理混凝土振捣不密实导致。主要的治理措施是:应尽量减少变形缝的设置,或选择合适的构造形式和材料; 地下防水工程在施工过程中应保证有效降水,排除地下水在施工过程中的不利影响。

　　 (3)混凝土施工渗漏。因为施工缝留置不当,施工缝混凝土表面没有凿毛,残渣清除不彻底,未做企口或安装止水带等原因导致的施工缝处混凝土骨料集中、酥软,从而沿缝隙出现渗漏。

　　 主要的治理措施有:防水混凝土连续浇筑; 采用补偿收缩混凝土; 加强施工缝处混凝土振捣; 采用粗凝胶浆、氰凝等灌浆对渗漏点进行堵漏等。

　　 (4)预埋件、穿墙管(盒)部位渗漏。主要原因有:预埋铁件及环片表面有锈蚀层未清除、暗线管接头不严或套管用有缝管、预埋件固定不牢或受振动后松动、混凝土振捣不密实、温差作用等。

　　 主要的治理措施有:电源线路尽量以明线为主; 穿过防水混凝土的管道必须满焊止水环且焊缝密实连续; 避免防水混凝土结构内的钢筋、绑扎丝等触及模板; 管道和电缆穿墙部位保证混凝土振捣密实等。

　　 (5)后浇带部位渗漏。主要表现为后浇带两侧结合部产生渗水,湿迹斑斑或呈线状。

　　 主要的治理措施有:尽量采用木模封缝; 去除钢筋或钢板止水带上的锈皮; 保证混凝土养护时间; 防止出现变形裂缝等。

　　 (6)混凝土蜂窝、麻面、孔洞、露筋渗漏。主要治理措施有:处理前应将基层松散部凿毛清理并对填补浇灌材料进行养护。

　　 依托项目位于甘肃省临夏市,所处场地为大夏河Ⅰ级场地,毗邻大夏河60m。地下水位埋深1.0～1.4m,水位较高。项目地库总建筑面积17 975.96m²,设计抗浮水位为1 839.2m(相对标高-2.5m)。

　　 地库底板结构设计为350mm厚C30混凝土抗水板,抗渗等级P6。配筋为12@150,柱距基本为纵横向7.8m,局部上下有10@150负弯矩钢筋。

　　 地基为原始地基,持力层为中风化泥质砂岩层(红板岩层)。地质情况自上而下分别为:①层杂填土(Q₄^ml),层厚0.3～1.4m; ②层卵石(Q₄^al+pl),层厚3.0～4.3m; ②_-1层淤泥质粉质黏土(Q₄^al+pl),层厚0.4～1.2m; ③层强风化泥质砂岩(N),层厚1.9～3.7m; ④层中风化泥质砂岩(N),未揭穿。底板防水设计采用1.5mm厚单面反应粘防水卷材,无防水保护层(项目由于保护与放线原因,增加了50mm厚C20细石混凝土保护层)。侧壁防水采用1.5mm厚单面反应粘防水卷材。

　　 目前,该项目结构已全部完成(两个坡道尚未完工),侧墙回填完成2/3。结构施工期间,结构面基本未发现积水情况(后浇带内有积水)。地库侧墙开始回填后,地库地面出现大面积积水,面积约为地库面积的1/3。陆续封闭后浇带后,积水现象仍然无法停止。

　　 实际施工中采用管井降水,水泥管井伸入至红板岩中,为降水完整井,但降水效果较差。而后辅以明沟集水坑降水法,施工期间降水深度一直不能满足施工需要。经现场探查,该项目设计抗浮水位为1 839.2m(相对标高-2.5m)。实际现场水位为1 840.4 m(相对标高-1.3m)。

　　 现场调查显示:渗漏裂缝主要分布在后浇带、施工缝位置,特别是后浇带位置,基本都存在渗漏现象。地下水先通过后浇带或施工缝形成渗出点,随着渗透的地下水不断增加,受浸泡的混凝土逐渐形成线状直至片状,如果清理不及时,会浸泡整个地下室地面,后浇带、施工缝位置渗漏情况见图2。

　　 由于浮力作用,导致地下室的不均匀沉降持续发展,现场调查发现,部分地下室砌体墙出现倒“八”字裂缝、部分柱脚也出现裂缝,并不断发育,详情见图3。

　　 后经地下室顶板覆土回填,该工程地下室柱脚、砌体墙上裂缝宽度明显减小,可见采取覆土回填措施在一定程度上减缓了地下水浮力引起不均匀沉降对结构的不良作用,裂缝发育有所缓解。

　　 通过现场调查,造成以上事故的地质条件及施工过程方面主要原因有以下几点:

　　 (1)该工程地下室结构渗漏问题的主要原因是降水深度一直达不到地勘与设计要求,不能满足低于基础开挖深度0.5～1m的要求,加之停电等因素,降水工作长期不到位甚至短暂停止,致使施工过程中地下室结构及底板防水材料泡水,甚至局部在水中作业,严重影响底板防水质量。

　　 (2)根据设计要求,施工降水需要持续至后浇带达到设计强度和顶板覆土完成后方可停止。但现场地库侧墙肥槽回填后,明沟降水无法实施,且未采取其他有效降水或排水措施,造成地库侧墙与底板水位上升,压力增大,加速了地下水的渗透。

　　 (3)地库顶板设计排水盲沟做法工序复杂,工效低,且土方单位配合困难,致使顶板未能及时覆土回填,局部抗浮不够引起不均匀沉降,造成底板局部产生裂缝,为地下水的渗透提供了新的通道。

　　 (4)原场地埋深4m左右,基本为均质砂石土,饱和地下水情况下,整体形成平衡状态,场地南高北低,地下水沿着砂石层同大夏河一样自南向北渗流。目前地库施工完成,东西方向长度200m,直接拦断渗漏通道,导致上游水位增高。高水位、大压力、降水效果差,导致南侧地库挡墙多处渗漏,消防水池内侧也出现渗漏。室外积水情况见图4。

　　 该工程地下室产生渗透等病害,除地质条件复杂、施工不规范外,不排除设计不合理或不满足规范要求的因素。因此,首先针对地下车库抗浮设计,采用无梁楼盖模型,根据实际情况对该工程分别进行原设计条件、实际最高水位(不考虑顶板覆土重量)、实际最高水位(考虑顶板覆土重量)三种工况进行设计复核,见图5、表1。

　　 由表1可见,现状防水底板水头与原设计条件相比增大了30.9%,相应地,地下车库所受地下水浮力也增加了相应比例,此外,在原设计条件下,虽然抗浮力满足1.05的安全系数,但是经验算,防水底板配筋均不满足设计规范要求。

　　 接下来,针对原设计情况及现场实际水位两种情况,对地下车库挡墙进行了复核计算。计算简图见图6。

　　 经计算,原设计情况和现场情况下部分地下车库挡墙裂缝宽度不满足规范允许值0.2mm的要求。以现场实际条件工况为例,采用水土合算,计算过程如下:

　　 (1)荷载标准值

　　 室外地面活荷载q_x对外墙等效为均布荷载标准值q_1k,计算公式如下:

　　 q_1k=K₀q_x=0.50×5.00=2.50 kN/m²

　　 地下水位以上土压力q_2k为:

　　 q_2k=K₀γH₁=0.50×18.00×1.25=11.25kN/m²

　　 地下水位以下土压力q_3k为:

　　 q_3k=K₀γ_satH₂=0.50×20.00×4.15=41.50kN/m²

　　 式中:K₀为土侧压力系数; γ为土的天然重度; γ_sat为土的饱和重度; H₁为水位以上土厚度; H₂为水位以下土厚度。

　　 (2)荷载设计值

　　 室外地面活荷载q_1k对外墙等效为均布荷载设计值q₁,计算公式如下:

　　 q₁=γ_hq_1k=1.50×2.50=3.75 kN/m²

　　 地下水位以上土压力q₂为:

　　 q₂=γ_tq_2k=1.30×11.25=14.625 kN/m²

　　 地下水位以下土压力q₃为:

　　 q₃=γ_tq_3k=1.30×41.50=53.95 kN/m²

　　 式中:γ_h为地面活荷载分项系数; γ_t为土压分项系数。

　　 (3)荷载准永久值

　　 室外地面活荷载q_1k对外墙等效为均布荷载永久值q₁,计算公式如下:

　　 q₁=γ_qq_1k=1.00×2.50=2.50 kN/m²

　　 地下水位以上土压力q₂为:

　　 q₂=q_2k=11.25 kN/m²

　　 地下水位以下土压力q₃为:

　　 q₃=q_3k=41.50 kN/m²

　　 式中γ_q为地面活荷载准永久值系数。

　　 原设计及实际情况计算得到的配筋及裂缝宽度结果如表2所示。由表2可以看出,根据实际情况计算得出的各部位配筋及裂缝宽度明显大于原设计情况,已无法满足原设计要求。

　　 最后,对该工程地下车库防水构造措施进行核查显示,本工程主体结构防水措施为P6防水混凝土、1.5mm厚单面反应粘高分子防水卷材; 水平施工缝防水措施采用中埋式止水带; 后浇带防水措施仅采用C35补偿收缩混凝土。对照《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2008)表3.3.1,本工程原设计主体结构、水平施工缝选用满足规范要求,后浇带防水措施选用不满足规范要求; 后浇带防水措施仅选用补偿收缩混凝土,防水措施不满足规范要求。本工程原设计地下室外墙迎水面钢筋保护层厚度为20mm,基础及地下室底板迎水面钢筋保护层厚度为40mm; 根据《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2008)第4.1.7.3条规定,防水混凝土结构钢筋保护层厚度应根据结构耐久性和工程环境选用,迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不满足要求。

　　 通过对该工程渗水问题的调查与分析,提出几点整改措施,具体如下:

　　 (1)对存在渗漏和有缺陷的部位进行全面排查诊断,将裂缝、混凝土不密实部位、渗漏点等分述清楚,判断其表征和具体性质。

　　 (2)明确拟采用堵漏材料的属性和适用范围,根据其排查诊断结果,有针对性地提出渗漏处理措施。对于干燥缝隙,建议采用压力注入改性环氧灌浆料; 对于潮湿渗漏缝隙,建议采用压力注入聚氨酯化学浆料。聚氨酯化学浆料,应选用水溶性等具有良好亲水性、遇水能均匀分散、潮湿基面粘接强度好、止水快的材料。变形缝处,建议采用弹性聚氨酯,以适应此部位沉降、伸缩等变化的需要。

　　 (3)选用的堵漏材料,应明确其物理力学性能指标,提供合格证、检验报告; 根据其不同的施作堵漏对象,确定浆液用料配合比。

　　 (4)细化堵漏骑缝钻孔、注浆嘴布设、封缝、配置浆液、灌注、封口等注浆工艺内容。

　　 通过前期对该工程地下室侧墙进行注浆法处理,侧墙渗水现象明显缓解,目前剩余渗水点较少,证明采用注浆法处理该工程地下室渗水问题是有效的。但是,考虑到渗透隐患的完全解决及结构强度的恢复等问题,建议进一步采取隔水泄压、抗浮锚杆等措施。

　　 经过现场调查与后期设计复核,确定该工程地下室底板、砌体墙出现裂缝、渗漏等病害是设计因素及施工因素综合导致的。通过对该工程地下室病害原因的分析,得到以下结论:

　　 (1)该工程抗浮水位选取不符合现场实际情况,即实际抗浮水位与设计抗浮水位严重不符是导致事故的根本原因。

　　 (2)本工程出现病害主要是因为在降水不到位、地下水水位不满足设计要求和正常施工条件下仓促施工导致的,次要原因是抗渗、降水措施设计、现场回填不及时,加重了结构病害。

　　 (3)针对地下结构渗透病害,采用聚氨酯化学浆料进行注浆,能够缓解渗透现象,但要完全解决渗透病害,恢复结构强度,还要采取隔水泄压、抗浮锚杆等进一步抗浮及结构补强措施。