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樁基地下室防水施工研究

發布時間：2014-08-05

    樁基一直困繞著地下室的防水。1990年筆者提出地下室底板與樁頭斷開，防水層水平地通過二者之間的作法設想，得到防水界同行和建筑師的歡迎，但結構工程師提出疑異，不肯接受。10年來筆者多次在防水學術研討會上陳述這一防水設想，得到越來越多的人支持，反對的結構工程師也開始緩解。從國外資料獲悉樁基斷開的作法己在推廣應用，這就更加使筆者充滿信心，于是鼓起勇氣，繼續將這一課題完成，以期能在樁基工程上廣泛應用，使地下室防水得到滿意地解決。這一研究雖經數年觀察、采訪、請教，但研究依然不夠深入，論述觀點、閘述理由未必能切中要害，希望得到同行們和從事樁基工作的同志們熱誠地支持、指導和指正。

1  地下室滲漏嚴重
    高層建筑在全國各城市中如雨后春筍，鱗次櫛比。地下室二三層乃至四五層亦屢見不鮮，大部分地下室皆在地下水位以下，這些地下室長期浸泡在水里，若防水不當，地下室就很容易滲水。近些年地下室滲漏率高達60%以上，有的城市地下室滲漏率達70%~80%。地下室滲漏，不僅污染環境，而且墻體底板內的鋼筋銹蝕、膨脹，混凝上裂縫，鋼筋斷面縮小，承載力減小，易造成倒塌、崩潰、斷裂等破壞性事故。況目建造地下室的造價比地面建筑高，許多地下室內滲水嚴重而無法使用，使設備生銹，電線短路，儲存貨物霉爛，造成巨大損失。因此地下室防滲治漏迫在眉睫。
2  剛性防水不可靠
    從防水機理講，鋼筋混凝土達到S12以上具有很好的防水效果，如在混凝上中摻入減水劑、膨脹劑、憎水劑等物質，可提高混凝上的防水能力。然而由于種種原因使混凝土總是達不到防水要求，北方剛性防水的成功率低于南方，失敗的主要原因是混凝土不密實，而密實是防水的根本保證。混凝上不密實的原因如下：
    1)砂石級配不按規定。許多工程所用混凝土不是商品混凝土站供應的，而在就地攪拌。人工配料時，砂、石、水泥不按設計規定，不用秤稱，憑感覺“差不多”，鐵鍬當計量器，
所以混凝土強度難以保證。
    2)砂石含泥量高。按照規定，砂石必須以水清洗，石的含泥量為1%，砂的含泥量為2%。但實際并非如此，砂石不洗，甚至草根、樹葉、果皮也混入攪拌機，影響混凝上密實度。
    3)振搗不好。振搗時的疏忽致使漏振，石子之間的空隙因沒有水泥砂而出現蜂窩孔，振搗時間過長使石子下沉、水泥漿上升，造成下部蜂窩孔。
    4)墻體配筋多。因多是高層建筑，地下室墻體配筋多，石子碰到縱橫交錯的鋼筋，受到抑阻，水泥砂可以自由運動，此時石子下呈現微隙，成為滲水通道。
    5)養護不好。不及時澆水，或很難澆水，混凝土水化熱溫度很高，造成收縮裂縫。
    以上幾點在目前情況下是難以避免的，因此，為了保證不滲漏，應在結構墻和底板下增加一道柔性防水層。國外地下防水為了安全也是有一道柔性防水層的。我國防水政策中的剛柔結合源于此因。
3  全封閉是關鍵
    地下室在水的包圍下，柔性防水層必須對地下室全封閉，一處封閉不嚴，就是滲水的隱患。無樁的地下室，很容易做到全封閉防水；而設了樁基，樁頭和地下室底板連接為一體，柔性防水層逢樁斷開，一棟建筑多達百根樁，防水層呈星羅棋布的洞眼，不能全封閉，柔性防水層形同虛設。樁身長數米至數十米，插入土中，柔性防水層無法對樁身包裹，樁身浸水，沿樁而上，進入底板。
    從全封閉的防水原則出發，最理想最完善的措施是樁頭與底板斷開，柔性防水層水平地通過底板下、樁頭上，形成對地下室全封閉。這一設想建筑師雙手贊同，而與結構工程師意見相左：通常按樁基規范設計，承臺下多根樁，承臺上為板或墻。在地下室設樁，則不設承臺，底板作為承臺，如果樁頭與底板斷開，必須另設承臺，這一點結構工程師不同意。另一點，有的建筑產生水平力，或是振動時產生水平力，須要樁來承受。如果樁頭與底板斷開，水平力誰來承擔？這也是結構工程疑異的地方。
    斷開與不斷開，各講各的道理,10年來爭論不休。還是從樁的功能意義分析一番為好。
4  樁的功能和意義
    樁是加固地基的構件，是增強地基承載能力的措施，或者以樁身擠密周圍的土壤，或者通過樁身荷載力傳給樁下的持力層。樁不是基礎，樁屬于地基的一部分。為了改善軟土地基的承載能力，需更換大體積的地基土，而樁是省工簡便的辦法，和換土地基具有同工異曲的意義。
    從受力狀態分，樁可分為（1）支承樁(樁尖頂在巖層上)，（2）摩擦樁(樁身和周圍土體摩擦)，（3）密擠樁(松軟多孔上被樁身擠密)，（4）擋土樁(防止滑坡，以樁阻擋)，（5）抗拔樁(防止建筑或構筑物歪閃)。凡地下室的樁基本屬前3種，而前3種均無水平荷載，只承擔垂直荷載。樁頭和地下室底板共同工作狀態是接觸傳遞，底板將荷載垂直地傳遞給樁頭，沒有水平的相對位移，所以樁頭和底板斷開或不斷開，受力狀態不變。因此為了地下室的防水，要求底板與樁頭水平斷開，應當是可行的。
5  建筑抗震和樁
    地下室底板下的樁，只承受垂直荷載，不承受水平荷載，在這一前提條件下，可以斬釘截鐵地說，建筑不需要樁的嵌固來對抗地震時產生的水平力。下面分幾點說明。
5. 1  中國古代建筑并不嵌固
    中國古代建筑多為木結構構架，現在完好留存下來的有唐佛光寺大殿、宋應縣釋伽塔、蘇州玄妙觀、薊縣獨樂寺大殿等。這些大殿皆很高大，特別是釋伽塔，明暗9層，高67 m,全身均為木構。底層木樁高11 m，樁跟落在石礎上，石礎上表面平滑，不設槽臼或凸榫，樁跟底略呈弧形(球面)平擺浮擱(圖1)，如有水平力時，樁跟會往復滾動，呈現舟顛現象，也可產生離隙或水平小位移，地震力從而消失殆盡。

    有人目擊，獨樂寺在唐山大地震時，強烈地大幅度晃動，左歪時右面樁跟離開樁礎，然后還原，構架沒有變形和損壞。如果樁與礎剛性連結，在劇烈晃動時構架變形甚至崩潰。北京故宮神武門上的城樓，在唐山大地震時，西北角一根柱位移5cm，未回原位，顯然它曾在短時間內柱跟離升石礎，因組裝時內應力過大，借地震之機，得以舒適。
5. 2  地震水平力不需樁來制止
    從唐山地震潰毀的房屋看，不管深基礎還是淺基礎的建筑，皆從上部崩潰，說明越是高，晃動越厲害，而不是水平位移而倒塌。地震水平波不是僅某一建筑水平位移，而是整個大地同步往復運動。樁與礎連不連一樣，不會因為不連接，水平運動上下不同步。震源深達數十公里，再長的樁和震源深度比，也小巫見大巫。毛生于皮，皮敷于肉，肉動毛不動，未曾有也。
    建筑越高，晃動越大，屋頂比底層晃動大，振幅大小呈倒三角形，建筑如一根懸臂梁。水平往復運動時，建筑物運動滯后于基礎，形成時間差，導致最上部首先破壞。基礎與地基連不連沒有關系。
    地震時產生的垂直波，使建筑物上下運動，這種運動形式對于磚混結構危害很大，對于地基與基礎沒有影響。既便發生瞬時離隙，對建筑也沒影響。所以樁與基礎斷開是可行的，也是正常的。
5. 3  無樁的基礎與地基接觸而不連
    因為地基承載能力強，基礎座落在地基上，并不設樁。不設樁的基礎量大面廣，是主要的基礎形式。無樁的基礎，并不在地基上插鋼筋，基礎與地基只是接觸，并不相連，如果說地震水平力靠樁來承擔，那么無樁的基礎是怎樣承擔水平力的？再者關于抗拔力，有樁的建筑可以抗拔，無樁的建筑又如何抗拔？看來不考慮抗拔也行。由此可見，基礎(地下室底板)與樁頭建筑斷開是可行的，不影響建筑物的抗震。
5.4  基礎的平活性接觸
    建筑界防震工作者多年的觀察研究，認為防震措施有兩點，一是建筑物本身的堅固性；二是建筑物消解地震力。在此僅談談后者。
    地震時產生水平和垂直波，使大地上下或水平運動，這種力是強大的，建筑物只能隨波而行，決不能抗拒。但是，建筑物座落在大地上，其嵌固程度大小，可以影響建筑的破壞大小。嵌固越強，接受地震力越大，越需要建筑自身的堅固來對抗。反之，大地嵌固建筑較弱，接受地震力減弱，從而減輕了建筑破壞力。譬如一只球放在地表面，地震時它可以自由滾動，不會破壞。因為球僅和地面接觸，而不連接，球可以滾向任何方向，而不受阻擋和制約。為了消解地震對建筑的制約，力求建筑只和大地接觸而不連接，這一理論己被眾多人接受，并且進行大量的試驗，認為是可行的、有效的、大有前景的。現列舉6種基礎活性接觸方式，供參考采用，同時證明基礎與地基斷開的可行性。
    1)基礎與地基之間設置橡膠墊，有一定彈性，可以大量消解地震力。建設部科技推廣協作網，將重點推廣多層房屋夾層橡膠墊隔震技術，要求每省落實隔震試驗樓工程，凡是處于地震區域，各省市自治區在管轄區范圍內，擇優選擇一棟住宅樓進行試驗，為下一步大面積推廣作準備。建設部這一指示足以證明基礎與地基斷開是科學的和可行的(圖2)。

    2)基礎與地基之間設置滾動裝置。地震時，建筑可以自由地水平移動，或者上下離隙，力求建筑頂部和基礎同步等幅往返(圖3)或者出現大地往復運動，而建筑卻相對靜止。滾動裝置比橡膠墊更富自由度。

    3)基礎與地基之間設置彈簧裝置。在基礎與地基之間設置彈簧墊，地震時建筑可以垂直、顛波運動，從而減弱地震對建筑的破壞力。
    4)漂浮減震。地基做成大小槽，建筑物建在內，竣工后注水，建筑受到很大的漂浮力，接近于浮起的程度。地震力大大減弱對建筑的沖擊。
    5)懸掛建筑。在地基上設計若干短墻或短柱，建筑基礎通過若干索鏈掛在短墻或短柱上。地震時建筑可自由晃動。
    6)潤滑隔離。混凝土地基表層壓實、抹光、平整。涂厚質潤滑油。基礎底表面亦要平整、光滑。發生地震時，建筑可以滑動。
    上述6種防震措施，其核心意義是地基與基礎徹底斷開，僅僅是接觸，沒有任何牽制與制約。地震時建筑能夠很容易地滑動、擺動，或者上下彈動、顛簸。基于這一意義，基礎和樁頭斷開，是合理的、可行的、有利于建筑的，不存在其他問題。
6  樁頭基礎斷開防水方案
    此方案的構造層次如圖4所示。

1)樁頭設樁臺，樁臺尺寸及配筋由結構工程師設計，樁臺頂平面要平整；
2)樁臺與樁臺之間回填土應夯實，最好用灰土(2: 8) ,深500 mm；
3)樁臺與樁臺之間，回填土上鋪筑C15混凝土墊層，抹平；
4)水泥砂漿找平層，20 mm厚，1: 2配比，壓光抹平，不起砂、不起皮，要有足夠養護時間；
5)鋪作防水層，宜用卷材，兩道柔性防水層最好；
6)鋪筑細石混凝土保護層，如防水層多于4 mm厚，可以在上直接鋪筑，否則須先鋪一道柔性保護層(如紙胎瀝青氈)，然后再鋪筑細石混凝土保護層；
7)基礎如果是地下室底板，應摻入防水劑(減水劑、膨脹劑等)。

上一條地下室結構縫防水維修及施工指南
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