浅谈地下室防水结构设计
关键词：地下室，防水，结构，设计
随着城市化进程的加快，城市建设的地下室越来越大，越来越深，这是城市建筑大型化、高层化以及充分利用地下室空间带来的结果，然而地下室属于隐蔽工程，如果在今后使用过程中出现漏水现象，后果将不堪设想，因而地下室的防水工程就显得尤为重要和突出。本文就地下室防水结构设计谈一些体会。
一、地下室防水设计目的和要求
1、进行防水设计应明确建筑地下室防水工程的目的：1.确保地下水和滞留水不渗入室内，给予室内正常的生产、工作、生活和储藏环境。2.防水层保护好地下结构，不能让地下水浸泡钢筋混凝土结构。一旦结构渗水，会导致钢筋锈蚀、断截面减小、膨胀，混凝土裂缝增大、抗压强度减弱，建筑基础受损，建筑寿命降低，最终危及安全。
2、地下室防水设计必须遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜、综合治理”的原则，努力达到防水可靠、经济合理的目的。在设计前应充分掌握地下工程所在地及其附近地下水运动规律和状况（近期和远期），确定设计最高地下水位标高，同时结合地质、地形、地下工程结构、防水材料供应及当地施工条件等全面研究地下工程防水方案。地下钢筋混凝土外墙、底板均应采用抗渗混凝土，抗渗等级应根据防水混凝土的设计壁厚和地下水的最大水头比值。
3、独立式全地下室工程应做全封闭，附建式全地下室或半地下室防水设置，则应高出室外地平标高至±0.000m以上，卷材防水和涂膜防水层可在室外平坦处改用防水浆完成设防高度。
4、地下室最高水位高于地下室地面时，地下室设计应考虑整体钢筋混凝土结构，保证防水效果；在特殊要求下可采用架空地面和夹壁墙。
5、地下室外防水层宜采用软保护层，如聚苯板或聚乙烯板等。
二、合理确定地下工程的防水等级
合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提，也是进行防水设计的准则和依据。地下工程的防水等级确定过低，轻者会影响整个工程的正常使用，重者则使整个防水设计失败，造成地下工程的报废。而防水等级确定过高，又会造成不必要的浪费，得不偿失。规范规定的防水等级划分为四级，除一级外，其它各级都给出了定量指标。在设计时，可根据规定的定量指标，结合工程的实际情况合理确定地下工程的防水等级。如指挥工程属极重要的战备工程，应定为一级；而人员掩蔽工程属重要的战备工程，应定为二级。只有合理确定地下工程的防水等级，才能准确制定防水方案，做到有的放矢。
三、选用合理结构形式、优化构造节点设计
1、选用合理的结构形式
结构自防水（含外加剂）为主的防水主导思想在《地下工程防水技术规范》中得到了充分体现，结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度，提高结构本身的抗渗性能，通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度，而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此，设计中在结构选型方面，应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定，能方的不长、能整的不散，避免结构突变（或断面突变），尽量使结构选型规则、整齐，借以提升结构的整体刚度，减少裂缝开展及变形缝的设置。
2、构造节点设计
变形缝、施工缝和其它（例如穿强孔、阴角等）构造节点的设计在地下工程防水设计中占有重要的位置，同时也是防水薄弱环节，在设计中应尽量不设或少设。
（1）变形缝
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。
在面积很大且进深也较大的地下室设置变形缝，应将平、剖面在缝处设计成“葫芦腰”状，以便只在细腰处设缝，也就是说，在缝两侧设置双墙，只在必要的通道处设置变形缝。
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。
（2）施工缝
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。
（3）后浇带
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。
一次性钢模的缺点是：先后浇筑的混凝土，其粗骨料的嵌固被阻隔。因此，将后浇带改为加强带的作法就值得积极研究。只要作好施工组织设计，令混凝土的配料、搅拌、运输与现场浇筑紧密配合，并采取二次振捣及超时界面处理，就不失为一种好的选择，它可以将后浇带固有的诸多不便一扫而光。
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。
（4）止水环
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。
（5）桩顶防水
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。
四、结语
综上所述，地下室防水是一项非常重要的系统性工程，它将涉及设计、施工、材料选择等诸多方面内容。设计是地下工程防水的基础。设计时要考虑地下室结构防水的要求及所处环境，强化地下室结构自防水能力，并用动态的观点从材料的耐久性、材料的适应性以及不同防水材料之间的相容性的全局选择适用的防水材料，按照设计要求施工，才能有效提高地下结构防水的可靠性和耐久性。