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地下工程防水论文

我国地下工程防水材料及技术标准综述

摘要：

地下防水问题是影响建筑物使用寿命的关键，各种防水材料的出现，极大的促进了防水技术的发展，有效的提高了工程防水的效果，延长了建筑物的使用寿命。

本文主要介绍各自地下工程防水所用到的防水材料及其分类，以及防水材料的优缺点和性能。

最后，简要的叙述了一下地下工程防水技术标准。

关键词：

地下工程防水；防水材料；防水技术标准

1.地下工程防水

地下工程是指建造在岩体或土体中的工程结构物。

广义来讲，它包括构造在地下的全部工程结构物，如掘开构筑的工业与民用建筑的基础和地下室、人防工程、地下铁道等；掏挖或采用矿山法、沿井法、结构法等施工的竖井、地道或隧道等[1]。

地下防水工程是指对工业与民用建筑地下工程防护工程、隧道工程及地下铁道等建（构）筑物进行防水设计、防水施工和维护规律等各项技术工作的工程实体[2]。

当前中国已经成为全球发展最快的隧道与地下工程建设市场。

一批越江跨海隧道工程拟建、在建或已投入运营。

但随着地下工程的迅猛发展，隧道的安全问题也逐渐暴露出来。

施工期间的安全性、营运期间的安全性不断困扰着隧道的发展。

前期的地下工程施工，由于技术性不足，没有采用任何防水的措施，这些构筑物埋于地下或水下，将受到地下水的有害作用，并受到地面水的影响，如果没有可靠的防水措施，地下水就会渗入，甚至会淹没构筑物[3]。

地下工程的防水性能直接影响地下工程的安全使用。

我国地下工程防水经历了从无到有的过程，20世纪70年代以前，铁路隧道采用矿山法修建，料石衬砌，没有任何防水措施；20世纪70年代以后，引用新奥法开始使用混凝土衬砌，20世纪80年代以后，电气化机车的广泛使用对隧道的防水提出了新要求，在大规模采用整体式混凝土衬砌时，也开始在施工缝内采用止水带。

当时大瑶山铁路双线隧道工程中，彻底改变了近百年来隧道及地下工程的修建方法。

这是铁路隧道修建史上的一次飞跃。

该项工程被国家评为科技进步特等奖。

20世纪90年代以后，随着国外一些隧道防排水技术和排水材料的不断引入中国，同时国内的隧道防排水技术也有了很大进展[6]。

仔细分析防排水技术的发展，可以看作为防水材料的发展。

防水材料对防水技术有很重要的作用，每一次新的防水材料的出现，都很大程度上推动了防水技术的变革。

下面简单介绍下防水材料。

2.地下工程防水材料

防水材料的发展在世界各国都受到重视，成为一个比较活跃的领域，防水技术也成为一门新兴的综合性应用科学[7]。

60年代以来，许多发达国家的防水材料品种开发较多，速度较快，自从80年代以来，我国的新型防水材料发展迅速，通过十几年防水界同仁的努力，我国的防水材料形成了高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性止水堵漏材料共5大类几百个品种，已经形成品种门类齐全，低、中、高性能档次齐全的材料体系[8]。

防水材料主要包括以下几类：

刚性防水材料、卷材防水材料、新型防水涂料、防水密封材料以及堵漏止水材料。

2.1刚性防水材料

刚性防水，它主要依靠混凝土自身的密实或采用收缩补偿混凝土，并采取一定的构造措施（如配筋、设置隔离层、混凝土分缝、油膏嵌缝等）以达到防水目的。

刚性防水主要有普通细石混凝土防水、补偿收缩混凝土防水、块体刚性防水[9]。

刚性防水的主要组成材料为水泥、砂石和水。

其中，水泥是刚性防水工程中的关键材料，水泥的强度等级、品种、质量直接关系防水工程的质量。

刚性防水的外加剂主要是以吸附、分散、引起、催化或与水泥的某种成分发生反应等物理、化学作用，以改善混凝土内部组织结构，增加其密实性和抗渗性。

不同的外加剂，其作用、性能各异，主要有U型混凝土膨胀剂（UEA）、减水剂、防水剂以及聚合物等。

2.2卷材防水材料

卷材防水材料是建筑工程防水的重要品种之一。

目前防水工程上常用的卷材防水材料，主要包括高分子防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和石油沥青基防水卷材三大类。

随着建筑材料工业的发展，橡胶、树脂高分子材料和用橡胶、树脂改性沥青等新型材料的不断涌现，它以优良的综合性能，越来越受到人们的喜爱，并且将在建筑工程应用中取得更加优良的防水效果。

合成高分子防水卷材，以合成橡胶、合成树脂，或者两者的混合料为基料，加入适量的助剂和填充料，经过不同的工艺加工制作而成的片材，或将制成的片材与合成纤维等复合而成两层或两层以上的可卷曲的片状材料，此为合成高分子防水卷材。

高聚物改性沥青防水卷材以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成可卷曲的片状材料。

厚度一般为3mm、4mm、5mm，以沥青基为主体。

主要有APP改性沥青防水卷材、SBS改性沥青防水卷材、氧化沥青防水卷材、化纤胎改性沥青防水卷材、自粘结改性沥青防水卷材等。

改性沥青卷材的粘接方法主要有热粘法、冷粘法、喷灯法、热空气接缝法和自粘卷材等[10]。

2.3新型防水涂料

防水涂料是通过涂覆施工而形成一层具有防水性能的防水薄膜材料的总称，是以防水为主要目的的功能型建筑涂料[11]。

防水涂料是一种流态或者半流态的物质，将其均匀涂布基层的表面，经溶剂或者水分蒸发或各组分间的化学反应，形成有一定弹性、一定厚度的连续性薄膜，使基层的表面与水隔绝，起到防水、防潮的作用。

防水涂料品种繁多，种类日新月异。

按液态类型不同，可分为溶剂型、水乳型和反应型三种，按成膜物质的主要成分不同，也可分为水泥类、沥青类、高聚物改性沥青类以及合成高分子类四种。

防水涂料种类较多，在这里，只简单介绍两种较为常用的防水涂料。

乳化沥青是一种冷施工的防水涂料，是将石油沥青在乳化剂水溶液的作用下，经乳化机强烈搅拌而成。

沥青在搅拌机的搅拌下，被分散成1～6μm的微细颗粒，并被乳化剂包裹起来，形成悬浮在水中的乳化液。

当该乳化液涂在基层上后，水分逐渐蒸发，沥青颗粒凝聚成膜，从而形成了均与、稳定、粘结强度较高的防水层。

有机硅防水涂料是以有机硅为原料，用先进的工艺配置乳化而成。

它是一种无污染、无刺激性的新型建筑防水涂料，应用建筑的外墙后，会渗入基层一定深度，并能形成一层肉眼看不见的透气而憎水的薄膜，从而达到防水的目的。

2.4防水密封材料

防水密封材料，是嵌填于建筑物的接缝、门窗框四周、玻璃镶嵌部及建筑裂缝等，能起到水密、气密性的作用的材料，主要用于建筑屋面、地下工程的嵌缝密封防水。

其可分为不定性密封材料和定型密封材料两大类。

前者指膏糊状材料，如腻子、各类嵌缝密封膏、胶泥等；后者指根据工程要求制成的带、条、垫等形状的密封材料，如止水带、止水条、防水垫、遇水自膨胀橡皮等。

解决水密、气密的良好办法是对设计上有意设置、施工中产生的结构缝、施工缝、板缝、门窗缝以及各类节点等接缝部位填充密封材料[12]。

随着我国化工建材工业的发展，防水密封材料的品种不断增多，除原来比较成熟的聚氯乙烯建筑防水接缝材料、沥青防水接缝材料外，现在又出现了许多性能优良的高分子防水密封材料，如乙烯酸酯密封膏、聚硫密封材料等。

2.5堵漏止水材料

堵漏止水材料分为防水堵漏材料和遇水膨胀防水材料两大类。

防水堵漏材料包括抹面防水工程渗漏水堵漏材料和注浆堵漏材料两种。

前者常使用以水玻璃为主要材料的促凝剂，将其掺入水泥中，促使水泥水化凝结，将渗水暂时堵住，为其上面施作防水层创造条件；后者是将一定的材料配成浆液，用压力注浆设备将其注入缝隙内或者孔洞中，使浆液扩散、胶凝或固化，达到防渗堵漏的效果。

堵漏注浆材料可分为水泥注浆材料和化学注浆材料。

遇水膨胀止水材料是利用某些材料遇水能自行体积膨胀，将已出现渗漏的裂缝和孔隙填充，切断渗水的通道，已达到止水的目的。

目前，堵漏止水材料已经有很多定型的产品，它们在工程上的应用十分广泛。

3.各类防水材料的优缺点及应用领域

3.1刚性防水材料

刚性防水材料具有较多的优点，如：

施工方便，普通泥瓦匠按一般的抹灰方法施工就能达到良好的质量要求；对施工环境要求不严格，可以在潮湿或者粗糙的基面施工，解决柔性防水材料在在湿度超过9%的基面上施工后，分层脱离的难题；塑性好，可切实做好，阴阳角、管道周围、洁具周边等薄弱部位的防水施工，在异性多变、狭小的空间也能很好的施工；能与基面的能结合成整体，在迎水面和背水面都能施工；厚度大、强度高，施工后不需要做保护层就能耐受穿刺破坏，可长期耐受水中酸、碱、氯类等腐蚀物的侵蚀；施工后有利于下道工序的施工，例如直接在防水层上贴瓷砖、刮腻子、刷涂料等工序；耐久年限长，与建筑寿命同步，是永久性防水材料；成本低，在同等防水等级的前提下，综合成本大大低于柔性防水材料；一举多得，可与贴瓷砖、抹灰的施工工序合二为一；环保无毒，施工时无安全隐患，施工后无环境污染。

但其没有延展性，不能用于预制板屋面顶或结构变化大的部位施工[13]。

刚性防水材料在防水应用中，一般配合柔性防水材料使用，达到刚柔相济的效果，实现优势互补。

刚柔并用的做法在建筑防水工程中也占有较大的比重。

3.2卷材防水材料

卷材防水材料具有耐水性，在水的作用和被水浸润后，其基本性能不变，并在一定的压力水作用下，不透水；同时在高温下不流淌、不起泡、不滑动，在低温下不脆裂的性能；能够承受一定的荷载和应力活在一定变形条件下不产生断裂；同时其使用寿命长，可以冷施工，质量轻，污染性低。

但其也具有不少的缺点，例如：

品种繁杂，各品种性能和施工方法的差异性很大，必须由专业人员，专门工具进行施工才能达到质量要求，因此在材料施工的过程中，必须由专门施工人员进行施工，难以进行通用性和普遍使用的推广；对防水基面的要求比较严格，必须在完全平整、光洁，含水量在9%以下的基面上施工，否则就会出现分层、起鼓、窜水的状况；塑性差，难以处理异性多变或狭小的防水部位，容易留下空隙和薄弱点；与水泥基面的结合度差，在基面潮湿和基面渗透压力大的部位容易分层脱落，尤其是在进行立面（墙面）施工的难度大，必须挂网施工，否则容易造成墙体整体脱落；形成的防水层厚度薄，强度弱，施工必须做砂浆保护层才能防止穿刺破坏、和紫外线的影响，无法耐受水中酸、碱、氯类等腐蚀物的侵蚀，导致过早渗漏；施工后必须再做一层砂浆层才能进行下一道下一道工序的施工；耐久年限短，施工后各项性能逐步衰减和老化分解，出现渗漏状况，每过3～5年就要进行维修和更换，属于周期性材料；综合成本高，施工、材料、储运成本非常高，要达到合格，每平方米的成本不少于60元；易燃烧，在施工工地被焊工引燃，并引发火灾的情况屡见不鲜；含有毒挥发气体，施工时或施工后，长期挥发苯、二甲苯等有害致癌物。

卷材防水材料广泛用于地下室基础防水。

3.3新型防水涂料

新型防水涂料大多数采用冷涂的方法，不需要加热熬制，即减少了环境污染，改善了劳动条件，又便于施工操作，加快了施工进度。

采用防水涂料这种材料，既是防水层的主体，又是粘结剂，因而施工质量容易保证，进行维修也比较简单。

但是，防水涂料施工时采用刷涂、刮涂或喷涂等方法，防水膜的厚度很难做到均匀一致。

防水涂料大多具有以下几点优势，使形状复杂、节点繁多的作业面操作简单、易行，防水效果可靠；可形成无接缝的连续防水涂膜层；使用时无需加热（热熔型涂料除外），便于操作；工程一旦渗漏，易于对渗漏点作出判断及维修。

但也存在一些不足之处，受环境温度制约较大，尤其是水乳型涂料，其运输、贮存、堆放和施工作业都对环境温度有较高要求；膜层的力学性能受成型环境温度和温度影响。

反应固化型的产品的反应速度受环境温度和湿度的影响较大，温度高、湿度小，反应速度快，成膜质量好。

水乳型或溶剂型涂料温度高、湿度小，水分或溶剂挥发快，成膜快，温度大时成膜速度慢，水乳型材料甚至不能成膜，但如果夏季温度太高，刚涂刷完毕的膜层表面失水太快，会产生起皱现象，影响成膜质量。

因此施工应选择合适的环境温度与湿度条件，以保证行到较好的膜层质量；受基面平整度的影响，膜层有薄厚不均的现象。

因为涂膜防水层的厚度是在施工现场形成的，涂刷时基层凹坑处涂料会堆积，凸块处涂料向四周流淌。

因此涂料施工应根据涂料的品种、稠度、施工方法等因素综合确定膜层的涂布次数。

在防水应用中，由于防水涂料在施工固化前为无定形液体，对于任何形状复杂、管道纵横和变截面的基层均易于施工，特别是阴、阳角、管道根、水落口及防水层收头部位易于处理，可形成一层具有柔韧性、无接缝的整体涂膜防水层。

广泛应用于厨房、卫生间以及立墙面的防水。

在地下防水工程中，涂膜覆盖型和结晶渗透型的无机防水涂料将会得到更多的应用；结构自防水混凝土和柔性防水涂料（例如聚氨酯防水涂料）相结合的防水方案也会得到重视与应用[14]。

3.4防水密封材料

防水密封材料首先必须具备优异的水密性和气密性，以保证其防水作用；要确保结合部位具有可靠的水密性和气密性，密封材料要牢固地粘结在结合部的表面，不能出现缝隙；密封材料在大气中能经受一年四季的风吹日晒、雨雪冻融等恶劣环境条件的考验。

许多高分子材料在紫外线、臭氧、微生物、酸、碱等环境中要抗老化，此外还要承受强风、地震及气温和日照变化而产生的构件变形及变位的外力作用。

要求密封材料在这些因素作用下仍然保持良好的气密性和水密性，这就要求密封材料必须经受住长期压缩──拉伸震动疲劳作用，必须具备一定的拉伸──压缩循环型、弹塑性和粘结性，在恶劣的使用环境中不能产生急剧的变质和损伤，因此，耐久性是建筑防水密封材料的重要性能。

在建筑物经常看到由于密封材料的原因引起结合部周围出现发黑的现象，损坏了建筑物的美观。

在这种情况下，即使防水密封材料的防水功能再好，也是失败的。

因此，要做到长时间使用不产生明显的污染，选用防水密封材料和应用中的维护管理都是很重要的。

防水施工中，密封材料一般不大面积使用，利用其便于嵌缝处理的优点，配合防水卷材和涂料做节点部位的处理。

3.5堵漏止水材料

堵漏止水材料适用于固结注浆、裂缝注浆、帷幕注浆，水泥浆材无毒无污染，使用安全。

另外，价格便宜、耐久性好，超细水泥可灌性好，是一种使用较多的无机材料；有的防水材料可以形成不溶于水的橡胶状弹性体，充填了渗漏水通道和孔隙，达到以水止水的目的；部分材料用于裂缝补强加固灌材，通过特殊配方和工艺改良的环氧树脂黏度小、可灌性好，再配上能在潮湿环境中固化的添加剂，能达到裂缝补强和防水的双重功能。

同时它们具有防潮防渗，快速带水堵漏，迎水面、背水面均可使用，施工简便，无毒无害，可用于饮水工程，凝固时间可调整，可用于防水、粘结。

堵漏止水材料主要用于有流动水部位的快速堵漏与防渗，例如，大坝、水库等基础防渗帷幕和地基加固；地下建筑物（如地铁、人防、隧道等）的防渗、堵漏止水、地基加固和裂缝补强加固等。

随着近代工业高速发展和城市化进程的不断加快，带来了经济发展和社会繁荣，同时也使人们对自己周边环境和生活质量提出了更高的要求，“以人为本”、“绿色环保”已成为时尚[15]。

伴随着科学技术的发展，可以猜测以后的防水材料必将朝着更加经济、环保的方向发展，我国的防水稳定性也将更上一层楼。

4.地下工程防水技术标准

4.1地下工程防水设计原则和要求

地下工程防水的设计和施工应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则[16]。

“防”即衬砌结构具有一定的防水能力，能防止地下水渗入，防止地下水透过渗水层，如采用防水混凝土或塑料防水板等。

“排”即要求地下工程应有排水措施并充分利用，以减少渗水压力和渗水量；但必须注意大量排水后引起的后果，如围岩颗粒流失，降低围岩稳定性或造成当地农田灌溉和生活用水困难等，要求设计师应事先了解当地环境要求，以“限量排放”为原则，结合注浆堵水制定设计方案和措施，妥善处理排水问题。

“截”即地下工程顶部如有地表水易于渗漏处或有坑洼积水，应设置截、排水沟和采取消除积水的措施。

“堵”即在地下工程的施工过程中，有渗漏水时，可采用注浆、喷涂等方法堵住；运营后渗漏水地段也可采用注浆、喷涂活用嵌填材料、防水抹面等方法堵水[17]。

防水设计应定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理；地下工程防水必须从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面统筹考虑；地下工程的钢筋混凝土结构应采用防水混凝土；变形缝、施工缝、诱导缝、后浇带、穿墙管、预埋件、预留通道接头、桩头等细部构造应加强防水措施；排水管沟、地漏、出入口、窗井等，应有防倒灌措施，寒冷及严寒地区的排水沟应有防冻措施。

4.2地下工程防水等级和设防要求

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[18]。

由此可以看出防水等级的重要性。

《地下工程防水技术规范》规定：

地下工程防水等级分为4级，各级的标准应符合下表所示。

防水等级

标准

一级

不允许渗水，结构表面无湿渍

二级

不允许漏水，结构表面可有少量湿渍工业与民用建筑：

总湿渍面积不大于总防水面积（包括顶板、墙面、地面）的1/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过2处，单个湿渍的最大面积不大于0.1m2其他地下工程：

总湿渍面积不大于总防水面积的2/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2，漏水量不大于0.1L/（m2·d）。

三级

有少量漏水点，不得有线流和漏泥砂任意100m2防水面积上的漏水点数不超过7处，单个漏水点的最大漏水量不大于2.5L/d，单个湿渍的最大面积不大于0.3m2

四级

有漏水点，不得有线流和漏泥砂整个工程平均漏水量不大于2L/（m2·d）；任意100m2防水面积的平均漏水量不大于4L/（m2·d）。

地下工程不同防水等级的适用范围，应根据工程的重要性和使用中对防水的要求按下表确。

防水等级

适用范围

一级

人员长期停留的场所；因有少量湿渍会使物品变质、失效的贮物场所及严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的部位；极重要的战备工程、地铁车站。

二级

人员经常活动的场所；在有少量湿渍的情况下不会使物品变质、失效的贮物场所及基本不影响设备正常运转和工程安全运营的部位；重要的战备工程。

三级

人员临时活动的场所；一般战备工程。

四级

对渗漏水无严格要求的工程。

防水设防一般多采用多道设防，多道设防的设计原则并非要求设防越多越好，使其成为防水道数的简单叠堆。

多道设防的目的与作用，主要是针对地下工程的特点与需要，通过防水材料和构造措施，在各道设防中发挥各自的作用，达到优势互补综合设防的要求，以确保地下工程防水和防护的可靠性[19]。

4.3工程验收要求

地下防水工程施工应按工序或分项进行检验，应符合《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）相应质量标准地下建筑防水工程的质量要求：

（1）防水混凝土的抗压强度和抗渗压力必须符合设计要求；

（2）防水混凝土应密实，表面应平整，不得有露筋、蜂窝等缺陷；裂缝宽度应符合设计要求；

（3）水泥砂浆防水层应密实、平整、粘结牢固，不得有空鼓、裂纹、起砂、麻面等缺陷；防水层厚度应符合设计要求；

（4）卷材接缝应粘结牢固、封闭严密，防水层不得有损伤、空鼓、皱折等缺陷；

（5）涂层应粘结牢固，不得有脱皮、流淌、鼓泡、露胎、皱折等缺陷；涂层厚度应符合设计要求；

（6）塑料板防水层应铺设牢固、平整，搭接焊缝严密，不得有焊穿、下垂、绷紧现象；

（7）金属板防水层焊缝不得有裂纹、未熔合、夹渣、焊瘤、咬边、烧穿、弧坑、针状气孔等缺陷；保护涂层应符合设计要求；

（8）变形缝、施工缝、后绕带、穿墙管道等防水构适应符合设计要求[20]。

5.文献阅读感悟

在文章书写的过程中，阅读了部分论文，了解到我国地下工程防排水的现状，地下工程防排水情况不容乐观。

其中，防水材料对于地下工程防排水的重要性不言而喻，材料是防水工程的基础，选择合理的防水材料，直接关系到防水工程的成败。

在今后的防水材料的发展中，传统的防水材料由于其具有一些难以克服的缺点，如对环境存在污染、材料的使用年限较短等，必将会被新型防水材料所取代，新型防水材料将会在工程应用上有非常广阔的前景。

防水材料的多样性是其发展的一个必然趋势，不同的地质情况对防水材料的要求不同，同一防水材料也很难适应多种地质情况，因此，针对不同的地质情况，只能采取不同的防水材料，这也就预示着防水材料多样性的必然。

同时，在我国的防水材料的不断发展，将会使得防水技术的发展上升一个档次，人们对防水材料的研究也会更加深入，防水材料标准会随着研究的深入而不断完善。

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