地下工程防水设计与施工中重要环节的研究本科学位论文.docx

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地下工程防水设计与施工中重要环节的研究本科学位论文

陕西交通职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

地下工程防水设计与施工中重要环节的研究

系部：

公路工程系

专业：

建筑工程技术（地铁方向）

学号:

44号

班级：

地铁0801班

姓名：

史春龙

指导老师：

贺丽娟

2011年5月25日

地下工程防水设计与施工中重要环节的研究

摘要

由于地下工程所处的环境，决定了它在防水的设计与施工中的要求高于地上结构。

地下水可以通过毛细作用、渗透作用和侵蚀作用对地下工程造成损害。

因此地下工程防水成功与否，不仅是建筑物使用功能的基本要求，而且关系到建筑物的结构安全和使用寿命。

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。

本文从地下工程防水设计、防排水系统、防水层材料、混凝土结构自防水等几个方面结合工程实例对地下工程防水进行了阐述。

关键词：

地下工程防水要求施工

Abstract

Becausetheunderstructureworklocatestheenvironment,haddecideditishigherthanthegroundstructureinthewaterproofdesignandtheconstructionrequest.Groundwaterthroughcapillaryaction,infiltrationanderosiondamagestheundergroundengineering.Sothesuccessofundergroundwaterproofisnotonlyafunctionofthebasicrequirementstobuilding,butalsorelatedtothebuilding'sstructuralsafetyandservicelife.Thedesignandconstructionofundergroundengineering’swaterproofingshouldfollowtheprinciple:

“guardsagainst,theplatoon,thetruncation,stopsupunifies,thetamperforcewithmercy,actsascircumstancespermit,comprehensiveprogramofpublicorder”.Thispaperexpoundstheundergroundengineeringwaterprooffromthedesign,waterproofanddrainagesystem,waterproofmaterials,waterproofingofconcretestructuralandotheraspectswithengineeringexamples.

Keywords:

Undergroundconstruction,Waterproof,Request,Construction.

目录

绪论3

1地下工程中常遇到的地下水3

1.1上层滞水3

1.2潜水3

1.3毛细管水4

1.4层间水4

2地下工程防水设计4

2.1设计原则4

2.2设计要求5

2.3防水等级6

2.4设防要求6

3地下工程防排水系统8

3.1全包式防水系统8

3.2半包式防排水系统8

3.3控制排水型全包式防排水系统8

4地下工程防水层的材料8

4.1卷材防水层8

4.2涂料防水层9

4.3塑料防水板防水层9

4.4膨润土（纳米）板（毯）防水层9

4.4.1膨润土板（毯）的4种特性10

4.4.2使用膨润土的基本条件10

5地下工程混凝土结构自防水10

5.1变形缝防水11

5.2施工缝防水11

5.3后浇带防水11

6防水设计在隧道工程中的应用12

6.1洞身防排水设计原则12

6.2洞身排水设施12

6.3洞身防水措施13

6.4洞口排水设计13

6.5隧道防水层施工中的重要环节13

结束语15

谢辞16

参考文献16

绪论

由于地下工程所处的环境，决定了它在防水的设计与施工中的要求高于地上结构。

地下工程时刻受地下水的渗透作用，如果防水问题处理不好，致使地下水渗漏到工程内部，将会带来一系列问题：

影响人员在工程内正常的工作和生活，使工程内部装修和设备加快锈蚀，减少结构本身的使用寿命等。

使用机械排除工程内部渗漏水，需要耗费大量能源和经费，而大量的排水还可能引起地面和地面建筑物不均匀沉降和破坏。

另外，具有关资料记载，美国有20%左右的地下室存在氡污染，而氡是通过地下水渗漏渗入到工程内部聚积在内表面的。

我国地下工程内部氡污染的情况如何，尚未见到相关报道，但如地下工程存在渗漏水则会使氡污染的可能性增加。

为了适应我国地下工程建设的需要，使新建、续建、改建的地下工程能合理正常地使用，充分发挥其经济效益、社会效益、战备效益，因此对地下工程的防水设计、施工内容作出相应规定是极为必要的。

在防水设计和施工中，要贯彻质量第一的思路，把确保质量放在首位。

因此，杜绝水对地下工程的危害，做好地下结构的防水是地下工程设计、施工以至正常使用阶段的重要课题。

1地下工程中常遇到的地下水

1.1上层滞水

上层滞水一般存在于近地表岩土层的包气带中，如透水性不大的夹层，阻滞下渗的大气降水和凝结水，并且使它聚集起来；地表的低洼地区，由于降水很难从其中流走，也可以形成上层滞水。

上层滞水型的地下水，距表面一边较钱，分布范围有限，补给区与分布区一致，水量极不稳定，通常是雨季出现，旱季消失。

因此，旱季勘测时往往很难发现。

另外，在居民区和工业区上下水管的渗漏，也有可能出现上层滞水，人工填土层也会出现上层滞水。

1.2潜水

潜水是埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水。

当开挖到潜水层时，即出现自由水面，或称潜水面，在地下工程中通常把这个自由水面标高称作地下水位。

潜水主要由大气降水、地表水和凝结水补给，变化幅度比较大。

潜水系重力水，在重力作用下，由高水位流向低水位。

当河流水位低于潜水位时，潜水补给河水；当河水水位高于潜水水位时，河水补给潜水。

因此，当地下工程采取自流排水的办法防水时，必须准确掌握地表水体（江河、湖泊、水渠、水库等）的常年水位变化情况，对于近地表水体构筑的地下工程，要特别注意防止洪水倒灌。

1.3毛细管水

通常毛细管水可以部分或全部充满离潜水面一定高度的土壤孔隙。

毛细管现象是由于土粒和水接触时受到表面张力的作用，水沿着土粒间的连通孔隙上升而引起的。

土壤的孔隙所构成的毛细管系统很复杂，所形成的沟管通向各个方向，沟管的粗细变化也很大，而薄膜水的存在又妨碍了毛细管水的运动；因此土中毛细管水的上升高度不可能用简单的数学公式来计算，它与土壤中的种类、孔隙和颗粒大小及土壤湿润程度有关。

1.4层间水

埋藏在两个隔水层之间的地下水称为层间水。

在层间水未充满透水层时为无压水，如水充满了两个隔水层之间的含水层，打井至该层时，水便在井中上升甚至自动喷出。

这种层间水称为承压水或自流水。

承压水的特征是上下都有隔水层，具有明显的补给区、承压区和泄水区。

补给区和泄水区相距很远；由于具有隔水层顶板，受地下水文、气候因素影响较小，水质好，水温变化小。

它是很好的给水水源，但是当地下工程穿过该层时，由于层间水压力较大，要采取可靠的防压力水渗漏措施，否则将造成严重后果。

2地下工程防水设计

2.1设计原则

《地下工程防水设计规范》（GB50108-2008）规定：

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。

“防”即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层。

衬砌结构渗入洞内。

“排”即隧道应有排水设施并充分利用，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，要求设计时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与措施，妥善处理排水问题。

“截”即对易于渗漏到隧道的地下水，应采用设置截（排）水沟、清除积水、填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施。

对于地下水，应采取导坑、泄水洞、井点降水等措施。

“堵”即在隧道施工过程中，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、喷涂或用嵌填材料、防水抹面等方法堵水。

隧道防排水工作应结合水文地质条件、施工技术水平、工程防水等级、材料来源和成本等，因地制宜，选择适宜的方法，以达到防水可靠，排水通畅，线路基床底部无积水，经济合理，最终保障结构物和设备的正常使用和行车安全。

2.2设计要求

（1）地下工程必须进行防水设计，防水设计应定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。

（2）地下工程必须从工程规划、建筑结构设计、材料选择、施工工艺等全面系统地做好地下工程的防排水。

（3）地下工程的防水设计，应考虑地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。

单建式的地下工程，应采用全封闭、部分封闭防排水设计；附建式的全地下或半地下工程的防水设防高度，应高出室外地坪高程500mm以上。

（4）地下工程的钢筋混凝土结构，应采用防水混凝土，并根据防水等级的要求采用其他防水措施。

（5）地下工程的变形缝、施工缝、诱导缝、后浇带、穿墙管（盒）、预埋件、预留通道接头、桩头等细部构造，应加强防水措施。

（6）地下工程的排水管沟、地漏、出人口、窗井、风井等，应有防倒灌措施，寒冷及严寒地区的排水沟应有防冻措施。

（7）地下工程防水设计，应根据工程的特点和需要搜集有关资料：

①最高地下水位的高程、出现的年代，近几年的实际水位高程和随季节变化情况；

②地下水类型、补给来源、水质、流量、流向、压力；

③工程地质构造，包括岩层走向、倾角、节理及裂隙，含水地层的特性、分布情况和渗透系数，溶洞及陷穴，填土区、湿陷性土和膨胀土层等情况；

④历年气温变化情况、降水量、地层冻结深度；

⑤区域地形、地貌、天然水流、水库、废弃坑井以及地表水、洪水和给水排水系统资料；

⑥工程所在区域的地震烈度、地热，含瓦斯等有害物质的资料；

⑦施工技术水平和材料来源。

（8）地下工程防水设计内容应包括：

①防水等级和设防要求；

②防水混凝土的抗渗等级和其他技术指标，质量保证措施；

③其他防水层选用的材料及其技术指标，质量保证措施；

④工程细部构造的防水措施，选用的材料及其技术指标，质量保证措施；

⑤工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。

2.3防水等级

《地下工程防水技术规范》规定：

地下工程的防水等级分为4级，各级的标准应符合表2-1的规定。

表2-1地下工程防水等级标准

防水等级

防水等级

一级

不容许渗水，结构表面无湿渍

二级

不容许漏水，结构表面可有少量湿渍

工业与民用建筑：

总湿渍面积不应大于总防水面积（包括顶板、墙面、地面）的1/1000；任意100㎡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0.1㎡

其他地下工程：

总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000；任意100㎡防水面积上的湿渍不超过3处，单个湿渍的最大面积不大于0.2㎡；其中，隧道工程还要求平均渗水量不大于0.05L/（㎡·d）,任意100㎡防水面积上的渗水量不大于0.15L/（㎡·d）

三级

任意100㎡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0.3㎡

四级

有漏水点，不得有线流和漏泥沙

整个工程平均漏水量不大于2L/（㎡·d）；任意100㎡防水面积的平均漏水量不大于4L/（㎡·d）

各类地下工程的防水等级，应根据工程的重要性和使用中对防水的要求按表2-2选定。

表2-2不同防水等级的适用范围

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、失效的储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

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、失效的储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

2.4设防要求

地下工程的防水设防要求应根据使用功能、结构形式、环境条件、施工方法及材料性能等因素合理确定：

（1）明挖法地下工程的防水设防要求应按表2-3选用；

（2）暗挖法地下工程的防水设防要求应按表2-4选用；

（3）处于侵蚀性介质中的工程，应采用耐侵蚀的防水混凝土、防水砂浆、卷材或涂料等防水材料。

（4）处于冻土层中的混凝土结构，其混凝土抗冻融循环不得少于100次。

（5）结构刚度较差或受振动作用的工程，应采用卷材、涂料等柔性防水材料。

表2-3明挖法地下工程防水设防

工程

部位

主体

施工缝

后浇带

变形缝、诱导缝

防水措施

防水混凝土

防水砂浆

防水卷材

防水涂料

塑料防水板

金属板

遇水膨胀止水条

中埋式止水带

背贴式止水带

外抹防水砂浆

外涂防水涂料

膨胀混凝土

遇水膨胀止水条

背贴式止水带

防水嵌缝材料

中埋式止水带

背贴式止水带

可卸式止水带

防水嵌缝材料

外贴防水卷材

外涂防水涂料

遇水膨胀止水条

防水等级

一级

应选

应选一至二种

应选二种

应选

应选二种

应选

应选两种

二级

应选

应选一种

应选一至二种

应选

应选一至二种

应选

应选一至二种

三级

应选

宜选一种

宜选一至二种

应选

宜选一至二种

应选

宜选一至二种

四级

宜选

一

宜选一种

应选

宜选一种

应选

宜选一种

表2-4暗挖法地下工程防水设防

工程部位

主体

内衬砌施工缝

内衬砌变形缝、诱导缝

防水措施

复合式衬砌

离壁式衬砌、衬套

贴壁式衬砌

喷射混凝土

背贴式止水带

遇水膨胀止水条

防水嵌缝材料

中埋式止水带

外涂防水材料

中埋式止水带

背贴式止水带

可卸式止水带

防水嵌缝材料

遇水膨胀止水条

防水等级

一级

应选一种

一

应选二种

应选

应选二种

二级

应选一种

应选一至二种

应选

应选一至二种

三级

一

应选一种

宜选一至二种

应选

宜选一种

四级

应选一种

宜选一种

应选

宜选一种

3地下工程防排水系统

根据围岩的水文地质条件、地下工程的设防要求、地下工程周围的环境保护要求、地下工程的防水成本等的不同，按柔性防水层的敷设方式，地下工程的防排水系统可分为如下三类。

3.1全包式防水系统

全包式防水系统是结构外包全封闭式的柔性防水层或复合式衬砌的内外衬之间夹全封闭式的柔性防水层。

城市地下工程，如地下铁道，因环境（包括水环境）保护要求高，不允许排水，一般应采用全包式防水系统。

3.2半包式防排水系统

半包式防排水系统是结构边墙和顶板（或隧道边墙和顶拱）设防水层，底板或仰拱不设防水层，结构的边墙、顶板或顶拱为普通混凝土或防水混凝土，结构内部设排水系统，如为复合式衬砌，初期支护背后间隔一定距离设环向排水管或盲沟，在墙脚高于结构内排水沟位置设纵向排水管或盲沟，环向排水管（或盲沟）与纵向排水管（或盲沟）相连，初期支护背后的排水系统间隔一定距离以横向排水管与结构内排水沟相连。

对环境保护要求不高的地下工程，可以采用半包式防排水系统。

3.3控制排水型全包式防排水系统

控制排水型全包式防排水系统是结构外包全封闭式的防水层或复合式衬砌的内外衬之间夹全封闭式的防水层，结构（或二衬）本身为普通混凝土或防水混凝土。

复合式衬砌初期支护背后设盲沟排水系统与结构内排水沟相连，在与结构内水沟相连的横向排水管上安装可控制的排水阀门以实现控制排水。

城市地下工程或山岭隧道，如作用于结构上的静水压很高，全包式防水代价太大时，可采用控制排水型全包式防排水系统。

4地下工程防水层的材料

4.1卷材防水层

卷材防水层适用于受侵蚀性介质作用或受震动的地下工程。

卷材防水层应铺设在混凝土结构主体的迎水面上；用于建筑物地下室的卷材防水层应铺设在结构主体地板垫层至墙顶的基面上，在外围形成封闭的防水层。

卷材防水层为一层或两层。

高聚物改性沥青防水卷材厚度不应小于3mm，单层使用时，厚度不应小于4mm，双层使用时，总厚度不应小于6mm;合成高分子防水卷材单层使用时，厚度不应小于1.5mm，双层使用时，总厚度不应小于2.4mm。

4.2涂料防水层

涂料防水层包括无机防水涂料和有机防水涂料。

无机防水涂料可选用水泥基防水涂料、水泥基渗透结晶型涂料。

有机涂料可选用反应型、水乳型、聚合物水泥防水涂料。

无机防水涂料宜用于结构主体的背水面，有机防水涂料宜用于结构主体的迎水面。

用于背水面的有机防水涂料应具有较高的抗渗性，且与基层有较强的粘结性。

水泥基防水涂料的厚度宜为1.5～2.Omm；水泥基渗透结晶型防水涂料的厚度不应小于0.8mm；有机防水涂料根据材料的性能，厚度宜为1.2～2.Omm。

4.3塑料防水板防水层

塑料防水板可选用乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯一共聚物沥青（ECB）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）类或其他性能相近的材料。

塑料防水板应符合下列规定：

（1）幅宽宜为2～4m；

（2）厚度宜为1～2mm；

（3）耐刺穿性好；

（4）耐久性、耐水性、耐腐蚀性、耐菌性好；

（5）塑料防水板物理力学性能应符合表4．5．2的规定

防水板应在初期支护基本稳定并经验收合格后进行铺设。

铺设防水板的基层宜平整、无尖锐物。

基层平整度应符合D／L＝1／6～1／10的要求，其中，D为初期支护基层相邻两凸面凹进去的深度，L为初期支护基层相邻两凸面间的距离。

铺设防水板前应先铺缓冲层。

缓冲层应用暗钉圈固定在基层上。

铺设防水板时，边铺边将其与暗钉圈焊接牢固。

两幅防水板的搭接宽度应为100mm，搭接缝应为双焊缝，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于10mm，焊接严密，不得焊焦焊穿。

环向铺设时，先拱后墙，下部防水板应压住上部防水板。

4.4膨润土（纳米）板（毯）防水层

膨润土（bentonite）的矿物学名叫蒙脱石（montmorillonite），是天然的纳米材料。

因其具有高密度的水密实性和自我修补、自愈合功能，在理论上是最接近于完美的防水材料。

4.4.1膨润土板（毯）的4种特性

（1）密实性。

天然钠基膨润土在水压状态下形成凝胶隔膜，在约5mm的时候，它的透水系数小于

（2）自保水性。

天然钠基膨润土在和水反应的时候，因为13~16倍膨胀力的作用，混凝土结构物的2mm以内的裂隙会自我补修填补，从而继续维持其防水能力。

（3）永久性。

因为天然钠基膨润土是天然无机矿物质，所以不会出现因为时间的增长而经常发生的老化或者腐蚀现象，也不会发生化学性质的变化；所以具有永久的防水性能。

（4）环保性。

膨润土是天然无机矿物质，不会污染地下水。

4.4.2使用膨润土的基本条件

（1）只有在密封的空间（有压力）才可能防水。

如果密实度（一般85%以上）不够，膨润土不能正常发挥自己的作用，密实度可以用填充的方法解决。

填充时要求压力一般为1.4~2.0kPa（每平方米139~200kg）。

另外，对密实度的要求条件中，在膨润土防水剂和结构物之间，不能有影响密实度的其他物质。

（2）与水接触后发挥防水性能。

膨润土只有和水接触才会水化膨胀并形成凝胶体，所以必须要有水。

有时在施工完膨润土防水层后，将为了防止水化而设的P.E保养薄膜去掉；有时也有提前让其和水接触，让其提前形成胶体。

（3）膨润土和结构的结合。

膨润土在特性上要求和结构物接触才会在结构物表面上形成胶体隔膜，从而达到防水的目的。

一定要遵守以上3点，膨润土才能发挥自己的性能，这也是膨润土——天然纳米材料防水的特点。

膨润土防水毯是将天然钠基膨润土颗粒均匀分布在两层土工织物之间，用针织方法固定膨润土颗粒，耐穿刺，直接穿孔铺设，不需要焊接直接搭接即可；因而施工简便，效率高，不易发生渗漏。

5地下工程混凝土结构自防水

地下工程防水系统包括刚柔结合的多道防线，即柔性防线和刚性防线。

地下工程混凝土结构自防水属于刚性防线。

混凝土结构的质量关系结构的自防水性和耐久性能。

从确保地下工程在使用年限内的防水性能的角度考虑，合理的设计原则是确立“结构自防水为本，多道防线并重”的理念，并采取切实有效的设计和施工措施，以实现这一设计理念。

在混凝土的成型发展过程中，按水泥水化进程一般分为4个阶段。

（1）塑性阶段。

从浇筑完成开始至终凝完成的阶段，对于普通混凝土一般时段约为6~12h。

该阶段中，混凝土仍处于塑性流变阶段，水化反应剧烈，物理化学性质极不稳定，体积变化剧烈。

（2）早前期阶段。

一般以12h（终凝完成后）至72h至28d的时段。

该阶段中，水化过程过半，混凝土内部形成了基本的微观结构体系，强度发展迅速。

（3）早期阶段。

一般指72h至28d的时段。

该阶段中，水化过程基本结束，强度发展减缓，混凝土趋于成熟。

（4）成熟阶段。

一般指28d以后的时段。

该阶段中仍有极微量的水化过程继续进行，混凝土强度发展达到稳定状态，属于通常讨论的结构混凝土的普通性质范畴。

5.1变形缝防水

变形缝应满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。

用于伸缩的变形缝宜不设或少设，可根据不同的工程结构类别及工程地质情况采用诱导缝、加强带、后浇带等替代措施。

变形缝处混凝土结构的厚度不应小于300mm。

用于沉降的变形缝其最大允许沉降差值不应大于30mm。

当计算沉降差值大于30mm时，应在设计时采取措施。

用于沉降的变形缝的宽度宜为20～30mm，用于伸缩的变形缝的宽度宜小于此值。

对环境温度高于50℃处的变形缝，可采用2mm厚的紫铜片或3mm厚不锈钢等金属止水带，其中间呈圆弧形。

5.2施工缝防水

施工缝的施工应符合下列规定：

（1）水平施工缝浇筑混凝土前应将其表面浮浆和杂物清除，铺水泥砂浆或涂刷混凝土界面处理剂并及时浇筑混凝土；

（2）垂直施工缝浇筑混凝土前应将其表面清理干净，涂刷界面处理剂并及时浇筑混凝土；

（3）施工缝采用遇水膨胀橡胶止水条止水时，应将止水条牢固地安装在缝表面预留凹槽内；

（4）施工缝采用中埋式止水带止水时，应确保止水带位置准确、固定牢靠。

5.3后浇带防水

后浇带应设在受力和变形较小的部位，间距宜为30～60m，宽度宜为700～1000mm。

后浇带可做成平直缝，结构主筋不宜在缝中断开，如必断开，则主筋搭接长度应大于45倍主筋直径，并应按设计要求设附加钢筋。

后浇带需超前止水时，后浇带部位混凝土应局部加厚，并增设外贴式或中埋式止水带。

后浇带的施工应符合下列规定：

（1）后浇带应在其两侧混凝土龄期达到42d后再施工，但高