[PPT]地下防水工程设防原则与技术措施

1、兼议膨润土防水材料应用实践与认识地下防水工程设防原则与技术措施 对他人声音的倾听和尊重，以及对优秀思想的珍惜和维护，是我们这次讲座的重点和原旨。 记笔记不能面面俱到，但是一定要抓住那些稍纵即逝又极富价值的“思想”，而很多“灵光”就在你们之中闪现；另外对今后的实际工作大有好处。摘要：中国是当前世界上建设规模最大的国家之一，防水技术的难度与质量要求也是举世无双。但许多已建或在建的项目发生渗漏水问题也很突出，从而影响到建筑物或构筑物的使用功能与耐久年限。解决这一问题的技术路径是,必须选用经过大量实践的先进防水材料,同时要有科学合理的设计构造。膨润土防水材料是GB501082008规范中指定选用的防水

2、措施之一。在进一步了解该产品的性能与特点后,如何结合工程对象、当地环境进行设计与施工就有了方向。防水工程是一门实践性很强的应用技术,但也离不开科学理论的指导。解决中国工程渗漏问题的责任，已历史地落到年轻一代的建筑师与工程师们身上。中国建筑防水工程市场现今存在诸多问题。首先，高速发展的建设规模带来的渗漏问题十分严重，防水造价普遍偏低，导致低档产品长期充斥市场也是不争的事实，从而影响建筑物的使用年限；更为担忧的是，市场不规范，假冒伪劣材料、偷工减料、防水作假等现象屡禁不止。据统计，中国当前每年的建设规模已从过去占世界1/3左右递增到1/2。而从投资发展速度来看，预计2010年将超过美国成为世界第一

3、建筑市场。从超高层建筑（即高于200m）而言，20年前中国内地没有1个。然而截止到2009年8月统计，全世界高于200 m的完工和在建工程，亚洲占80%，其中中国九个城市（上海、深圳、广州、重庆、南京、天津、大连、武汉、北京）已占到亚洲的50%。中国在建及完工的超过400m的建筑已有12座（不含电视塔）。在建的上海中心高达632 m，将成为世界建筑的第二高度。1 建筑防水工程现状与发展趋势大规模大建设必将带来新材料、新技术的发展，而对于防水技术也会提出更高、更新的要求。另外，世界上50%的大坝在中国，而中国80%的大坝都存在不同的渗漏水现象。数据显示，如今中国30年以上寿命的大坝还存在严重的老

4、化问题，亟待加固处理。与此同时，中国30%-70%的建筑工程在3年时间内出现的渗漏水问题也十分突出。如何解决当前建筑防水工程中存在的诸多问题，我认为主要有以下几点：（1）“防水”本身不是一个系统工程过去我们常说建筑防水是一个系统工程，涉及到设计、材料、施工与管理维修等方面环节。这是指防水工程在构建过程中可以用系统工程的思想去研究和分析问题。但按系统工程分类而言，建筑工程（指建筑物或构筑物）是一个系统，屋面、墙面、地下室等分部工程为子系统，而防水项目则包含在各子系统的构造层次内。因此防水与不防水是一个相对概念。防水的“依附性”决定了可选择性与选择的多样性，在设计与施工中不能忽略这个重要命题。当今

5、，在地下工程中，砼与钢筋砼结构仍占主导地位。因此对砼出现裂缝的危害性，我们要保持高度的警觉；但只要措施到位，它又是“可控、可见、可治”的。在目前设计与施工条件下，砼产生表面的、不贯通的裂缝是常见的，例如在地下结构中，把“裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通”的规定 （第4.1.7条），作为控制防水质量的一个条件，也是可以接受的事实。但必须在设计与施工中采取有效措施，才能防止渗漏的发生。没有规范的设计与施工“过程”就难有优良的工程质量“结果” 。（2）防水材料的使用要准确定位，合理选材，各尽其长我们认为，产品的多元化和工程应用的多样化是当前防水技术发展的方向。因此必须结合现行地下工程防水技术规

6、范（GB50108-2008）和正在修订的屋面工程技术规范有关内容，制订出有关防水构造做法及适用范围，给广大建筑设计师提供一个设计参考。同时，还在给设计师提供相应的节点构造做法。（3）把握防水技术发展的大方向房屋建筑的意义及范围随着新材料、新技术的发展正在不断变化。过去我们说，房屋建筑在实施过程中产品是流动的，而巳完成的工程（或项目）是固定的。而现在，建筑工程也可以是流动的，如大型邮轮可以在上面建造15、16层楼的高大建筑，有豪华剧院、商城、酒店、餐厅，在其顶部还设有游泳池、冲浪、花园、攀岩等。目前，世界上已经建筑的大型邮轮达到22万吨，有的建造的邮轮甚至达到几百万吨，相当于一个大型流动建筑。

7、建造这样的邮轮，不仅有造船技术，还需要先进的建筑技术，当然也离不开先进的防水技术。原有的工程材料的界定也在发生变化，如水也可作为防水工程的材料（如蓄水屋面），空气也可以成为建筑材料（充气膜结构建筑）。所以我们应该用“工程”这个大视角去研究防水技术的发展。这里顺便提及，据有关资料介绍，地球海洋埋藏着丰富的资源，是月球上的6倍之多。从资源发展需求出发，人类全面开发海洋的时代即将到来。而海底建筑的探索试验也有半个多世纪了，阿联酋迪拜正计划建造海底酒店，距离海岸线300m,深有20m，有220多个房间，整个海底建筑面积将达到7.5万m2。这样的建筑涉及到交叉学科、边缘技术，将对防水技术带来新的挑战和要

8、求。2.1地下水的活动与地下工程的设防高度地下工程防水设防高度是在不断提升对地下水活动规律的认识中逐步完善的，何谓“合理设防高度”，过去认识是地质勘察到的地下水位高度加1 m（此处1m泛指毛细管上升的高度）作为工程防水的设防高度。其实，地下水特别是上层滞水的活动复杂多变，地下水位往往随季节及时段的变化有显著差异，因此地下水的埋深并不完全能由工程地质勘察所确定的。影响地下水埋深变化因素很多，如雨、雪水等地表水的补给，周边水池、地下水管、化粪池等的泄漏，农田绿地灌溉水的入侵等无不影响地下水位高度的变化，近年来气候异常，瞬时暴雨对地下结构的影响时有所闻。以往误认为勘察时未发现地下水或地下水位低于工程

9、埋置深度，即可不采取防水措施（仅按防潮处理）结果造成渗漏事故屡见不鲜。因此GB50108-2008特别明确在地下工程防水设计时，应根据地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的水文地质改变的影响，并明确设防高度如下表：2.地下工程设防原则GB50108-2008设定的地下工程防水设防高度工程类型防水设防高度各类隧道、坑道等单建式地下工程全封闭或部分封闭（地层渗透性好，有自流排水条件的工程）房建系统附建式全地下或半地下工程高出室外地坪高程500mm以上2.2确定以结构本体自防水为基础的刚柔相济防水体系这是根据几十年来我国工程实践与技术发展提出来的，在新规范中表达为“地下工程迎水面主

10、体结构应采用防水砼，并应根据防水等级要求等采取其他防水措施”的条文，作为强制性标准。众所周知，地下防水砼虽然采取一定技术措施，添加各种外加剂，但施 工后的裂缝还是难以避免的，因此在GB50108-2008规范第4.1.7条中明确规定：“裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通”。须知这个条文规定在工程结构上是安全的，但如不考虑其他防水措施，其后果也是难以设想。因为有关工程调查指出，由裂缝引起的各种不利后果中，渗漏水占60%。从物理概念上讲，水分子直径约0.3nm（0.310-6mm），可以穿透任何肉眼可见的裂缝，所以从理论上讲防水结构物是不允许出现裂缝的。实际情况也很复杂，我们既要看到砼的微细裂

11、缝有自愈和自封的现象，但同时也要看到，由这些裂缝会带来一些难以预料的负面影响。上图 很形象地说明结构物开裂后不采取措施的严重后果。此外，作为地下结构主体防水砼在地下水（特别是有侵蚀性介质）包围的条件下，长期遭受冻融、干湿交替作用，对结构产生劣化问题不容忽视，其耐久性与安全问题十分突出。因此在主体结构外表面紧密地粘贴一层柔性防水层，对于抑制砼进一步开裂，防止水的侵入具有重要意义；而通过柔性防水材料的良好保护，又会延长地下结构的使用年限。而选择何种柔性防水材料需视工程对象、地下水位高度、施工环境与气候条件以及价格等多种因素决定。2.3对工程防水薄弱部位须设置多道防线变形缝、后浇带、施工缝以及穿墙管

12、、预埋件等部位是地下防水工程的薄弱环节。现今对这些部位由单一的防水接缝处理，发展为以多种材料复合，形成多道防线的防水措施，是地下工程防水设计中的一条基本原则。 （1）具有止水与适应变形功能的多道防线构造（见图） （2）具有止水与密封功能的多道防线构造（见图） （3）具有止水与粘结功效的多道防线构造如施工缝处的止水构造，除设置中埋式止水板或遇水膨胀止水条（胶）等防水措施外，还可在接缝处涂抹粘结性能强的界面剂等防水材料，使该处细部构造具有止水与粘结的双重功效，使施工缝两侧砼结合成整体，以有效发挥地下结构的受力作用。2.4提升刚性、柔性防水材料的集成效应新规范进一步确定刚柔相济的防水设计概念，这是从

13、大量工程实践中得出的科学结论，但若孤立、片面地追求柔性防水材料的高性能、高指标，忽视刚性与柔性两种防水材料之间的有机结合与有效合成，不重视提升地下工程防水体系的集成效应，则在工程实践中也是难以达到理想效果。如一般柔性防水材料须在不大于8%含水率的干燥基层上才能与主体结构粘结牢固，而施工时因多种因素其基层往往难以满足这一要求；而准确的含水率测定方法尚缺乏简便仪器。同时尽管近年来出现不少冷粘贴高聚物改性沥青卷材、合成高分子防水卷材以及防水性能十分优异的热熔法粘贴的高聚物改性沥青防水卷材，但因与基层粘结效果不良，两者无法协同抵抗地下结构的变形，特别是当成品保护失控或施工不当时，会在主体防水结构与柔性

14、防水层间出现窜水渗漏，导致工程失败事例时有所闻。近年来虽然在地下工程中也出现不少新材料、新技术，如预铺式反粘卷材防水技术、聚乙烯丙伦卷材复合防水技术等，但因这些柔性材料厚度较薄，不能适应复杂施工环境的变化以及成品保护等原因，其施工效果一直受到业界的质疑，发生渗漏事故逐步增多，这是值得注意的新动向。例如聚乙烯丙伦卷材近年来使用量急剧下降己是不争的事实。GB50108-2008新规定在主体结构设防要求中，将膨润土防水材料列为应选的防水措施之一是一种积极的变化。这是既肯定了该种材料在我国不同类型、不同地区地下防水工程中的使用效果与业绩，同时也为今后进一步拓展应用、规范设计与施工技术等方面提出了新的要

15、求。有关膨润土防水材料的性能、特点与应用注意事项，有关专业厂商将在下面详细介绍。须知，一般的柔性建筑防水材料与砼结构的刚性材料有深层次的差异，前者主要是“防水”功能，后者是“防护”（防腐蚀）功能，如何使用两者结合，并延长工程使用年限，这是考虑防水问题的出发点与归宿点。建筑防水材料一般应有优异的防水抗渗能力，便于与结构基层结合，能渗入至砼内部填补裂缝与孔隙，相互之间协调变形的能力。目前真正具有上述多种性能的建筑防水材料并不多。而膨润土防水材料虽然本身属于无机防水材料，但通过加工制成后的防水毯，就便于与砼主体结构紧密吻合，同时还能吸收到新浇筑砼中的少量水分后产生膨胀，使防水毯中超细微粒进入砼内，形

16、成致密的不透水层。即使防水毯局部破坏，也不会出现窜水现象，从而有效发挥两种防水材料（膨润土与砼）的协同工作与互补作用，对提高地下工程的整体防水功能有其重要的实用价值。膨润土防水材料近年来在地下工程如大坝、垃圾填埋场、污水池等项目中质量可靠、使用效果理想与上述材性特点有关，详见下表。建筑类别排序代码防水材料名称施工面积/万占本类别比例/%大坝122z硅橡胶合成高分子涂料70.0076.09251a膨润土防水毯（板）15.0016.30333aCCCW6.807.39412bPVC卷材0.200.22合计92.00100.002008年有关防水材料在不同工程部位应用比例（前5位）建筑类别排序代码防

17、水材料名称施工面积/万占本类别比例/%垃圾填埋场151a膨润土防水毯（板）28.5890.50212bEVA卷材3.009.50合计31.58100.00人工湖、污水池、水箱等122z硅橡胶等合成高分子涂料199.0064.81251a膨润土防水毯（板）74.5224.27333aCCCW20.166.57422cJS防水涂料5.171.68512fHDPE、LDPE卷材3.211.05合计302.0698.38建筑类别排序代码防水材料名称施工面积/万占本类别比例/%其他构筑物122z硅橡胶等合成高分子涂料27.8371.71251a膨润土防水毯（板）7.5819.53311aSBS改性沥青卷

18、材2.356.06411c自粘橡胶防水卷材（有胎、无胎）0.551.42522aPU涂料（含单、双组分）0.501.28合计38.81100.00注：（1）本表摘自2008年度全国防水材料工程应用调查报告一文，见中国建筑防水2009年第10期P7（2）在一般工业与应用建筑、地铁、隧道等工程中，膨润土防水材料使用量也很多，且呈逐年上升趋势，但因调查使用面积未列入前5位，故未统计在本表内。(3)本表系抽样调查，仅供参考。3.1 定义与防水机理在地下工程中，防水对地下工程来说是非常重要的，而地下工程长期置于地下水的包围之中，如果没有有效的防水措施，地下水就会渗入结构内部，不但影响地下工程的使用功能，

19、而且会使混凝土腐蚀，钢筋生锈，地基下沉，甚至将构筑物淹没。同时有些地下工程具有特殊的军事作用（人防工程），要求长期保持良好的使用功能，同时尽可能减少后期的维护。因此采取合适的防水材料和施工工艺，对设计、施工、维护管理等十分重要。 膨润土防水毯（Geosynthetic Clay Liner）是一种新型的土工合成材料。它由经级配过的天然钠基膨润土颗粒和相应的外加剂混合均匀后，经特殊的工艺及设备，靠成千上万纤维的强度把高膨胀性的钠基膨润土层均匀、牢固地固定在两层土工布之间，如此制成膨润土防水毯，既具有土工材料的全部特性，又具有优异的防水防渗性能，是一种性能优异的地下防水防渗材料。3. 膨润土防水材

20、料特点与应用方法在地下防水工程中应用膨润土防水毯，具有防水效果优异、环保、对施工条件要求简单、价格低廉等优点。 膨润土防水毯中的膨润土是一种以蒙脱石类矿物为主要组份的粘土矿物，而蒙脱石Nax+(H2O)4(AL2-xMgx)Si4O10(OH)2是一种含有少量碱金属和碱土金属的含水铝硅酸盐，其单位晶胞呈负电性，它将吸附阳离子，根据吸附离子的不同，膨润土一般分为钠基土和钙基土。钠基土由于单位晶层中存在极弱的键和良好的解理，而钠离子本身半径小，离子价低，所以水能进入单位晶层间，引起晶格膨胀，其膨胀可达10-30倍。膨润土防水材料的研制，正是注意到并充分利用了钠基膨润土本身所特有的遇水膨胀的特性，并

21、通过使用一组特殊的复合添加剂，使其形成能抵抗较高水压的胶体体系，巧妙地将膨润土的自然膨胀特性转换成了我们需要的防水特性。膨润土防水毯遇水后，其中的钠基膨润土就开始吸水膨胀，在收到一定压力（来自建筑底板、临时保护层、回填土以及防水毯内部纤维拉力）后，分子之间发生穿插排列，内部空隙缩小，形成致密的凝胶结构，从而达到防水的效果。压力越大，致密程度就越高，防水效果就越理想。膨润土防水毯的这种膨胀倾向，还可以补偿建筑基础表面的不规则形状，以及基础收缩和变化产生的缝隙，从而保证防水层和结构体的紧密结合。3.2产品特性膨润土防水毯施工简便，不老化，具有永久的防水性能，应用广泛，与传统的防水材料相比，膨润土防

22、水毯具有以下特性：(1)优异的防水防渗性能与密实性。抗渗静水压可达1.0MPa以上，其施工后的总体渗透系数为10-9cm/S,相当于100倍的300mm厚粘土的密实性。(2)耐久环保，不可燃。膨润土是天然无机材料，不会发生老化反应，耐久性好；不会发生燃烧等剧烈化学反应，不会对环境造成任何不利影响，对人体无害，属环保材料。(3)施工简便，用途非常广泛。产品幅宽可达6米，长度可达40米，大大提高了施工效率。施工时只需将膨润土防水毯平铺在地上，并按要求搭接即可，不必担心漏焊等施工缺陷；立面或斜面施工时，只需用钉子和垫圈将其固定。(4)对施工条件要求简单。在潮湿基面上可照常施工，不受环境温度的限制，-

23、32以下也可照常施工。同时，对在无纺布一侧加烫高密度聚乙烯膜（HDPE）的复合型膨润土防水毯，可适用于施工环境差（意外来水不可控制、地下水压较大、化学污染等）且防水要求较高的地下工程。(5)特殊的自愈性。由于膨润土本身具有强大的膨胀力，遇水会自动寻觅结构体上的缝隙，并填充这些缝隙，使主体结构密实性得到提高。另外，即使在防水（渗）层施工结束以后，如防水层发生意外破损，只要对破损的部位加以简单的修补，就可重新获得完美如初的防水性能。同样，膨润土遇水膨胀后还能挤密周围的回填土层，使其成为一层致密胶状的新的防水层，防止水的渗入。3.3应用方法详见有关专业厂商的介绍“工程哲学”是现代哲学中一个新兴起的哲

24、学分支，它是对人类依靠自然，适应自然认识自然和合理改造自然的工程活动的总体思考，是关乎工程活动的根本观点和普遍规律的学问，这是对工程哲学的定位。工程哲学也可以理解为对工程的认识，对工程造物的思辨。因此可以说，工程哲学是沟通工程和哲学的桥梁。思维活动和思维现象是宇宙中最复杂、最奇妙的现象之一。 工程理念不是凭空产生的，它是在人类实践特别是工程实践的基础上产生的。工程理念是现实与理想的辩证统一，可能条件与奋斗精神的辩证统一。工程理念中必须有理想的成分和理想的光辉，否则，它就不能被称为工程理念，但它必须以科学为基础，而决不是单纯的幻想和不切实际的空想。4.工程哲学与工程渗漏防治对策工程理念贯彻工程活

25、动的始终，是工程活动的出发点和归宿，是工程活动的灵魂。工程理念必然会影响工程战略、工程决策、工程规划、工程设计、工程建构、工程运行、工程管理、工程造价等等。工程理念从根本上决定着工程的优劣和成败。因此，工程理念的重要性无论怎样强调都不会过分。 根据作者对工程哲学的理解,并根据防工程的特点,初步归纳了有关建筑物渗漏水的原因（见下图）。通过许多工程实例,我们都可找出其中主要矛盾和矛盾的主要方面,从而为治理渗漏指明了正确路径与方法。 利用膨润土的遇水膨胀性并作为防水材料使用，最早开始于上世纪20年代，当时主要以颗粒和粉料形式使用，至50年代末开始进入建筑地下防水市场。 随着我国防水材料工业的高速发展

26、，各种新型防水材料也不断出现，我国防水材料已由单一的纸胎油毡发展成为沥青油毡、高分子卷材、防水涂料、密封材料、注浆材料、刚性防水材料和特种防水材料七大类、数百个规格品种。但由于这些传统的防水材料存在施工难度大、材料容易老化等问题，即使采用“防、排、截、堵相结合，刚柔并用，多道设防”的原则进行防水施工，仍然 对地下结构体缺乏持久有效的保护。把膨润土做成板（毡）、条、膏状材料在各种地下建筑物侧墙或底板下应用，在国外已有几十年的历史，如美国在上世纪60年代就开始研究膨润土防水材料，70年代制成防水板在地下工程中大量应用，同时向全世界许多国家输出。5.典型案例介绍我国于上世纪80年代进口了少量的国外膨

27、润土防水材料在地下工程防水中应用，取得了一定的防水效果。上海虹桥花园人工湖长为108m，防水面积为4200m2,处于山坡上新填的软土地基，在技术上是一个难点。后来业主选用了美国CETCO公司原产的BENTOMATST膨润土防水毯。2004年捷高科技上海分公司引进美国设备在国内生产膨润土防水材料，这是捷高公司在全球的第六家生产工厂。目前，这类材料已在北京地铁5号线北新桥站铺设、上海及南京地铁部分区段也使用了这种防水材料，从总体上看防水效果良好。5.1 上海虹桥花园人工湖其中必须说明的是，在人工湖防水设计时，既要防止地下水压力对防水层的破坏，又要隔绝来自地下水和人工湖中自来水（雨水）的渗透。并根据

28、防水毯能适应在软土地基不均匀沉降的特点，注意节点部位的加强处理，使 防水层达到整体、连续、封闭和持久的效果。另外，考虑到膨润土防水毯长约45m,故在边坡铺设时如无有效措施，则容易引起防水毯的整体滑动，并易在防水毯的搭接部位造成大位移而出现渗漏。为此在相应部位增设了钢筋砼圈梁，并用大卵石加水泥砂浆将防水毯压条；并且在边坡的端部设置槽沟，将防水毯翻进槽内，用素土分层夯实。同时，应在不同标高的相交处，还需设置挡水坝进行隔离，且在其底部需铺设防水毯，并与相邻的连接部位作全封闭的防水处理。而在防水毯的垂直部位，则用25mm长的钢钉，每隔300mm间距将防水毯的搭接部位固定牢靠；而在防水毯的中部，也需用钢

29、钉适当固定。5.2上海轨交6号线SMW工法围护结构中应用5.3 北京奥林匹克公园水系工程须知,地下空间的利用,是我国21世纪建设的重点,也是一个具有战略意义的措施.无论从地下结构的复杂性,不同地质情况下,地下水和土质的变化,基坑围护的安全性以及施工环境等因素考虑,做好地下防水工程比其他部位(如屋面、外墙等)的防水技术难度更大，质量要求更严，而且实践证明发生渗漏水概率更多我思我有实践故我有真理。由于膨润土材料具有优异的技术性能,并是一种天然的、环境友好型的防水防渗材料,因此近年来在各类地下工程中使用量不断上升,效果较好,受到广大用户的青睐。而从目前来看,它的优异性能与使用数量仍不匹配,它的诸多优

30、点、潜力和作用等有待进一步认识。根据实践是检验真理的唯一标准以及工程实践的发展离不开科学理论的指导这一基本原则,我们认为该种材料在今后使用中必须解决好以下几点：(1)制订膨润土防水材料的设计与施工指南。由于此材料有“紧密咬合，刚柔相济；追踪裂缝,自我修复；功能持久,环境友好”等特点，以及在设计中要注意此种材料必须在上下有一定压力条件下,膨润土防水材料通过遇水膨胀才能形成一种致密的胶状体，从而有效阻止来自各方面水的侵入。须知，在GB501082008规范中，虽然对膨润土防水材料的设计与施工有一些原则性的规定（有些指标还有质疑），但对指导设计与施工实践还远远不够。因此进一步优化设计构造，并结合各类不同工程对象，从速制订膨润土防水材料的设计与施工指南是十分必要的，这对确保设计与施工质量以及完善建筑设计师技术负责制也是不可或缺的；同时也有利于该种材料进一步扩大应用。为此有必要重申以下几点：要根据产品特点与工程对象,选用科学的设计构造；要根据地下结构受力情况,选择相应的防水施工工艺,如