地下工程混凝土裂缝控制与防水材料的选择

李凯 周西强 王艳

摘要：随着城市建设的发展，土地变得越来越稀缺，高层建筑及地下空间开发已成为普遍采用的增加单位土地面积利用率的方法。在这些结构复杂的地下工程中，结构受力计算分析技术已经比较成熟，完全能达到结构安全的目标，但地下工程的渗漏水问题却没有得到彻底解决。本文以地下工程最为常见的混凝土裂缝渗漏水为对象，对裂缝发生的部位如何进行人为控制，以及采取何种相应的接缝防水措施进行研究探讨。

关键词：地下工程；混凝土裂缝；防水材料

中图分类号：TU57文献标识码： A

引言

近年来，随着技术的发展，预埋止水注浆管、塑料排水板、膨润土防水毯等新型防水材料开始在地下工程中得到越来越多的应用，这些防水材料在防水性能、耐候性和耐久性方面都有着长足的进步，探讨将防渗补漏环节纳入防水构造选型及设计中，从而改善地下工程防水效能等问题。

一、混凝土结构裂缝的一些基本认识

从微观理论分析，混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的，裂缝的存在是混凝土固有的一种现象。根据有关论著阐述，以0.05mm宽度为限，宽度＜0.05mm的裂缝结构为无裂缝结构，对结构安全、防水、耐久无危险性；宽度≥0.05mm的裂缝称为“宏观裂缝”。我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）对允许裂缝（三级裂缝控制）的普通混凝土结构，在I—III類环境条件下，最大裂缝宽度的限值为0.2mm。《地下工程防水技术规范》（GB50108—2008）也规定，混凝土裂缝不得大于0.2mm。混凝土裂缝根据成因，可分成两大类别：（1）由外部荷载直接影响产生的裂缝，包括静荷载及动荷载；（2）由变形、收缩产生的裂缝，包括温差变形、缩胀变形、不均匀沉降变形等。据有关资料统计，在这些原因中，由变形为主导引起的裂缝占80%以上。

在国际上，对混凝土结构裂缝的控制，主要有两种设计原则。第一种是以日本、英国、美国等为代表，设计规范没有验算裂缝的明确规定，对伸缩缝和沉降缝的设置也没有严格规定，基本上采取“裂了就堵，堵不住就排”的处理措施；第二种是以前苏联、德国、东欧国家和中国为代表，设计规范对荷载裂缝有计算控制，对变形缝有间隔距离规定，认为留缝后就不裂。而大量工程实践证明，留缝后不一定不裂，是否开裂与很多因素有关。

二、混凝土裂缝控制的“抗”与“放”原则

“抗”是指用提高混凝土构件极限抗拉强度的方法，达到减少混凝土裂缝和控制裂缝宽度的设计原则。而“放”是指采取设置缝等技术措施，使混凝土构件内应力得到一定程度的释放，在不提高混凝土抗拉强度的同时，达到减少混凝土裂缝和控制裂缝宽度的设计原则。实际工程设计中一般都不采用完全的“抗”或完全的“放”，都是“抗放兼施”。“抗”与“放”之争在学术界长期存在，这并非正确与错误之争，是工程设计采用什么原则更合适的问题。一般认为小体量结构宜“抗放兼施，以抗为主”，大体量、长结构宜“抗放兼施，以放为主”。

根据“抗放兼施，以放为主”设计原则，地下工程设置永久性变形缝是最常见的方法之一。变形缝减少了结构沉降和结构荷载产生的位移变形应力，同时有效减少了混凝土收缩产生的拉伸应力。但由于永久性变形缝施工比较困难，没有完善可靠而耐久的防水措施，渗漏水情况比较普遍，而且后期维修相当困难，因此近年来，永久性变形缝正在逐渐被后浇带所代替。

混凝土裂缝可能对结构的耐久性造成危害，因缝引起的渗漏水会妨碍结构的使用功能，因此需将无序开展的裂缝控制在规定的位置，然后对这些在计划之内的“预裂缝”进行防水处理，以达到结构安全和不妨碍使用功能的目的。如果有便捷的方法和有效的防水措施，缝设置得越多，混凝土的无序裂缝就会发生得越少。所以，如何处理这些缝的渗漏水是问题的关键。

三、诱导缝的设计

在混凝土结构易开裂的部位，或计划让裂缝开展的部位，通过适当减少钢筋对混凝土的约束、削弱混凝土断面等方法，设置引导裂缝开展的构造，在结构发生应变时，达到主动控制裂缝产生区域的目的。由于结构连续性的需要，在不设永久变形缝的情况下，混凝土收缩变形、地震引起的临时变形等可能使混凝土结构产生裂缝时，诱导缝能起到引导裂缝在预先安排部位发生，诱导裂缝的开展部位与方向，将裂缝控制在无害范围内的作用。

诱导缝的设计可以有多种方法，主要目标是能引导裂缝开展和有效防水。采用专用丁基钢板诱导缝组合套件，是一种较为先进的诱导缝设计方法。丁基钢板诱导缝组合套件由V形丁基钢板止水构件与T形诱导器组成，根据结构板厚度的不同，止水组合套件可分别组合使用。诱导缝构造主要由4部分组成：（1）减少30%-50%的纵向配筋；（2）在混凝土表面留置梯形槽，起到诱导定位和减少混凝土截面的作用；（3）V形丁基钢板止水构件主要起防水作用，同时也起到诱导和减少混凝土截面的作用；（4）T形诱导器主要是诱导减少混凝土截面，由于表面覆有丁基橡胶腻子，因此也有防水止水功能

四、防水材料的选择

1、塑料排水板构造

地下工程塑料排水板通常在塑料膜材上压出封闭凸起的壳体，有半球状、柱状等形式。这种排水板具有立体空间和一定刚度，液体、气体可以在凸起空间形成的路径中较为自由地流动。一旦地下工程底板出现渗漏，渗水将沿着排水板凸点支撑形成的排水空间排入集水坑中，从而进一步排出室外。塑料排水板主要材料有乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-沥青共混聚合物、聚氯乙烯以及高密度聚乙烯（HDPE），以高密度聚乙烯应用较多。高密度聚乙烯材性稳定，耐久性可达100年以上，实现了与建筑工程设计使用年限的等长。另外，塑料排水板具有优秀的耐穿刺性、耐水性、耐腐蚀性和耐菌性，可以广泛应用在地下防水工程中以及种植屋面防水或耐穿刺层中。

2、钢板止水带

钢板止水带适用于无变形要求的施工缝止水，如墙板水平施工等。由于钢板与混凝土形成了刚性连接，并不适用于有一定拉伸变形的后浇带防水。在后浇带封闭后，混凝土的残余收缩应力除了被混凝土弹性模量对冲一部分外，超量的收缩仍有可能使混凝土产生裂缝。后浇带新旧混凝土交接面是一个薄弱环节，仅靠钢板与混凝土的摩擦咬合力是无法“拉”住混凝土而不产生滑移的。当混凝土后期收缩应力达到一定限度时，钢板止水带与混凝土间会产生微裂缝，少量的水会沿着新旧混凝土界面以及钢板止水带与混凝土间的微裂缝渗入地下室内。这种混凝土收缩引起的渗漏水，一般不会表现为涌水和大量渗水现象，采用化学注浆可以比较方便地将水止住。当某些结构收缩量较小时，产生少量的微裂缝渗水，经过一段时间后，裂缝会自行闭合而不再渗漏。某些地下工程后浇带，在冬季最冷天气时，由于整体混凝土结构的温度收缩，可能还会再次出现渗漏水现象。

3、橡胶止水带

与钢板止水带相比，用于后浇带止水的橡胶止水带有其优点及缺点。优点是橡胶止水带的可延伸性，消除了接缝拉伸时的约束应力，不会产生止水带与混凝土间的滑移微裂缝。缺点是由于橡胶止水带比较柔软，安装固定比较困难，止水带可能会在浇捣混凝土时跑偏。再者，由于后浇带混凝土分两次浇捣，预留的橡胶止水带经常会因施工不当而破损。所以，后浇带的防水处理很少使用橡胶止水带。

结束语

地下工程防水的根本措施应该是集中在防水构造的设计和选型上。将防水和堵漏综合考虑，形成“防”、“排”结合的构造措施，才能克服目前防水材料耐久性短的先天不足，保证与地下工程同寿命周期防水的效能。

参考文献

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