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1、地下建筑结构中的膜体防渗灌浆 张金接 ( 中国水利水电科学研究院，1 0 0 0 4 4 ) 提到 本文介绍的膜体防渗灌浆是通过在结构内侧的钻孔将灌浆材料压入结构外侧形成防渗 膜体，该方法利用了接触灌浆原理，可保证浆液在建筑结构与地基土接触层之间形成淮浆帷 幕。 膜体防渗灌浆设计由 以下步 骤组成: 灌浆孔位 设计; 灌浆孔深设计: 灌浆材料; 灌浆压力设计。 文中 介绍了三类膜体防渗 灌浆工程 实例: 地下室混凝土地 板防水: 泄 洪隧 洞混凝土衬砌防渗:人防 通道砖墙防水。实践 证明此施工技术具有较好 的技术经济性 能. 类键词7 地下建筑结构防渗灌浆膜体灌浆 一、概述 绝大多数地下建筑结
2、构均具有防水 要求，由 于诸多原因 ( 如设计、 施工、 环境等) 造成 结构防水失效， 需进行修复及防渗处理 灌浆作为 建筑结构缺陷修复及防渗处理的重要手段， 在地下建筑工程中得到了广泛应用 对于结构缺陷修复， 灌浆方法除可恢复结构整体性要求灌浆材料与结构自身性能( 模 量写强度指标 E.。)相当，还可以协调变形一一要求灌浆材料变形模量小于结构固有值， 粘结强度高于结构固有值。结构缺陷修复灌浆可称之为修补灌浆 相对而言，防渗灌浆则是对结构缺陷进行防渗堵漏或是 用灌桨手段形成结 构防渗帷幕 体。防渗灌浆可分为 两类:裂缝防渗灌 浆; 膜体防渗灌浆。 在工程中经常采用的是裂缝防渗灌浆.其主要设计
3、原则:在不考虑灌浆材料因素前提条 件下.灌浆压力是该工艺主要控制技术灌桨压力的选用应保证裂缝无开启这一基本条件。 灌浆设计原则作者另有论文讨论t i l 膜体防渗灌浆在工程中应用较少，由于这种技术有其独特的优点，本文将结合作者过去 所从事的工程对该工艺的技术设计进行一些探讨 二、 膜体防渗灌桨工程概念 对于己 破坏的 结构防 渗体系，所 采用 的处理手段主要有两种途径: 恢复结构白 身防渗 性能，如进行表面封堵、裂缝防渗灌浆;布设防渗膜体 结构自身防渗性能恢复一般采用的是 “ 有病治病”的手段，通常情况下可治理漏水的根 本 2 1 。 但由于 渗水通道 存在着一定的 隐蔽性，这种手 段在某些场
4、合如结构自 身 缺陷较多时应 用起来有一定的盲目性，在防渗处理过程中将显得耗费较大，而且很难解决结构物内部钢筋 由于受长期渗水的浸泡而出现的锈蚀、剥离等现象。 布设防渗膜体是从整体防水效果高度着眼，但过去的工作大多是在表面涂抹防渗层，然 后在防渗体上 作保 护层。 采用这一手段 在一 些工程中 ( 结构自 身缺陷 不太 严重、 渗水不大时) 不失为一种经济、有效的方法，但在一些渗水头较大、结构缺陷严重的工程中采用常常失败。 如:北京 市某科研试验 楼地下空 防渗处理采用了内 抹无机防 水材料层 ( 内置防渗膜) ，由于 馄凝土地板孔洞较多、地下 水 9 : 又较高 ( 地面下 0 . 5 m
5、) ,在防水施工刚交工时一场暴雨致使 深水渗水压力增大而导致内仿+ : 体项裂，最后采用了灌浆手段解决 了 渗漏问题。典型的失败 实例是 秦皇岛 某电厂冷却循环 欠 池的防渗处理，山于水池位于海水位以 下 8 . 0 m ,混凝土施 工 采用的 是逆作法存在大量的施工接触缝， 一防水 施工 单位仅 在水 池内 墙涂抹 一层聚氨醋防 水膜、混凝土结构缝和孔洞未切底进行处理，8 . O m的水头直接作用在表层防渗膜体上，由 于防渗膜体背后无渗透 保护防 渗膜体形成大量的“ 鼓包” ， 在其上 戮一小眼池外海水即涌 入水池 内。 从 “ 前堵后排”的防水原A l 出发，布设防渗膜体较合理的方式是将膜
6、体设置于结构迎水 面 ( 即结构外侧) 。对于防水修g工程采用常规的防水施工方法往往是难以达到的这一防水 原则的，而灌浆 方法将这 种防水设计要求变成了 现实。 由此定义，膜体防渗灌浆是通过在结构内侧的钻孔将灌浆材料压入结构外侧形成防渗膜 体，该方法利用了接触灌浆原理可保证浆液在建筑结构与地基土接触层之间形成灌浆帷幕。 三、 膜体防 渗灌桨设计 1 .灌浆孔位设计 原则上尽可能使防M A 膜体均 一 ，灌浆孔应尽量采用梅花形布孔方式，一般情况下标准孔 距 2 . 5 -3 . 5 m . 由于结构渗漏有可能造成在电层中形成渗漏通道 ( 漏斗) ，该部位应是重点灌浆对象. 是浆 液渗入的主通道，
7、 所以在h i i 部位应优先布设 ( 或加密布设) 灌浆孔。 2 .,j浆孔深设计 根据 膜体防渗灌浆的概念， 灌浆防 渗膜体在结构外侧形成， 灌浆 孔深为穿过结构 物 ( 如 底板、衬砌体)即可，以便在灌芳r程中有效地形成膜，如图1所示. 澳 . = 1一建 筑 结 构 氛 J 一 _ 结构缺陷中充峭的装 R - - 一t 犷- 二下- 寸 二 ， - 二 丈- 图膜休m渗灌浆结构示森图 3 . 灌浆材料 由于膜体防渗灌浆属接触层 、 体与底板或衬砌)间渗透灌浆，墓于两种介质模量差异 较大，浆液在层间渗透较为容易，从另一方面为保证膜体的连续和具有足够的厚度，一般情 况下 要求采用稳定性水
8、泥浆 体膜 体厚度根据其具备的 抗渗能力来计 算确定， 一般情况下为 5 - 1 0 c me 4 . 灌浆压力设计 由于膜体防 渗灌浆是 在外 侧进行， 灌浆压力对膜体质量和结构安全 影响较大，为 达到较 好的膜体质量一般情况下采用结构所允许的上限压力。下面介绍一种较为简便的灌浆压力确 定方法。 基本假定 条件) :结构外侧为 一平面 接触层为一连续，等厚的缝隙 灌 浆 浆 液 为 B i g h 二 体 3 根据L o m b a r d i 理论 推算， 在灌浆过程中灌浆 压力P , 沿接触 层裂缝面 分布形式如图2 所 示，压力最大值在灌浆孔口处。 五 牙. 凡 傲挤心 硬 公私鑫 牲
9、拉健 气之 伙 笼 俘 兮 公 芡牙确冬 分粉燕 卜- 不万一月 图2 灌浆压力沿层面分布图 但存灌浆结束时，灌浆作用裂缝面上的压力以线性分布，压力最大值位于灌浆孔 口处， 即灌浆压力p 。 ， 压力平均值为0 . 5 1) ， 由 灌 浆 压 力引 起的 、 通 过浆 液 作 用于 接 触 层 面 上 的总 的 上 抬 力 F = O . 匆 , X 3 . 1 4 X 柑 . 理 论上 F值应小于结构所能承受的抗力 F ( F -F ) ， F 值大小可由有关弹性力学、材料力学 等理论计算得到，并可得到灌浆压力可用值p 从另一方面，结构厚度 或强度的 确定 重要依据之 是参照地基反力或围岩
10、压力大小进行 的， 结构厚度或强度决定抗力F 对此， 灌桨压力采用值 ( p 。 ) 的限制条件可考 虑为地基反力 或者围岩 压力 值的 大小P 可用公式 ( 1 )表示为 Pa-P P o P ) 1 ) 鉴于结构己出 现缺陷， 在实际选用灌浆 压力时，根据裂缝发育 情况， 可留 有一定的 安全 储备 ( K 二 1 . 5 -2 . 0 ) 取P 。 二1 / K * P , 四、膜体防渗灌桨工程实例 1 . 地下室混凝土底板防人 中 科院9 价大楼始建于1 9 u 。 年，主体为 七层钢筋混凝 土框架砖混 结构。 地下室分属地 理 所、 遗传所、 中考会三个单仁使用， 建筑面积约 2 2
11、 0 0 . 。为现 浇钢筋馄凝土底板、 外墙、 梁、 板，柱结构，条形基础，底板厚度 2 0 -3 0 c m 。经受邢台、唐山 两次地 震， 地下室底板 及侧墙损坏严重。据介绍地: 下 至漏水始于邢台地震之后，严重时水深可达 4 0 c m 。由于年久 失修， 底板混凝土长期 受到污水浸 饱， 对混凝土耐久性、密实性有较大影响， 地面面层冻融 起鼓碎 裂。为 充分利用地 下室I t 育 效空间， 排除隐患、进行该楼地下室的改造， 改造工程中 首要项目是防水，在处理好渗漏的基础上才能进行后续项目。 根据现有工程状况:地下水位较高 ( 在底边面下 0 . 7 -1 . 5 m ) ,渗漏水严重
12、、结构年久 失修、地板混凝土较薄仅 2 0 - 3 0 c m .底板下空洞较大、内外墙墙体为 砖混结构占有比例较 大。为此 仅对混凝土结构处理采用 化灌办 法，其余侧墙和底板下 均采用膜体防 渗灌浆工艺， 浆液为稳定性水泥浆体.底板一 F 地层空洞较大、 采用较低的压力灌注，设计灌浆压力为 0 . 3 m p a 。考虑到在底板防渗膜体灌浆过程中，由于灌量较大，地下水在短时间内由地层排出 较困难，在无排水出路的情况下Lt 多的渗水将被挤进墙体上，给施工中的监测带来困难，并 且对底板有较大的上抬力，易造成结构破坏。所以在灌浆过程中采用了排灌结合的措施。 2 ， 泄洪隧洞混凝土衬砌防渗 膜体防渗
13、灌浆工艺技术，在山西省中条山有色金属公司十八河尾矿库泄洪洞的防渗、 补强处理 施工中也 得到了 成功的应用。该Y fE 洪 洞在未进行修复处 理前漏水量约 1 0 0 0 0 . / d e 由于漏水量较大、渗漏水 流速高 1 9 9 6年，我们在施工过程中采用了 地质钻机 钻孔、 群孔 灌浆的工艺。灌浆压力设计 价为0 . 5 M p a 根据实际耗浆量推算灌浆形成的 膜体平均厚度为 0 . 3 二 由干浆液渗透和灌浆压力影响在防渗膜体外侧还存在一灌浆影响带，使地层得到了渗 透和压密加固。 洞身结构的修复采用了 高分 子化学灌浆。 3人防通道砖墙防水 水科院3 栋塔楼的权 防通道，系砖 墙结
14、构 施工中曾做了 聚氨A IN 外防水， 由于正处而季， 在混凝土底板和侧墙交 接处 存在 娜 : 工 质量rb S,.后一防水单位在通道内侧又做了一 贴膜内防 水层， 根据地下 水位情况此方案 r能 满足防水要求. 但由于施工质量问题，经历一 场连续的 暴雨后， 外水压力从内 防水薄弱处 渗入 通道. 鉴于墙 体结构为砖墙，无 法进行结构自 防水施 工， 我们采取了膜体防 渗灌浆施S :L 艺， 灌入普通水 泥浆液， 重点在底板 和侧墙交接处进行 布孔。经通过一排布孔 ( 离底板高JV 3 0 c m ) , 在砖墙外侧形成一防渗膜体 ( 实测高度达 炙。 一 1 . 2 m ) .实践表明
15、防水处理效果良梦。 五 、结语 1 膜体防渗灌浆体现了 前堵防示原则， 所采用的工艺是利用了 接触灌浆原理. 2 .膜体防渗灌浆所采用的灌浆祠料通常要求采用稳定性水泥浆体， 3 .膜体防渗灌浆压力对于 保证脱体质量和 结构安全尤为重要，简便的灌浆压力设计值可 采用公式: 选用 。 P o = P , P a P)( 式中P 为地 基反力 或围岩 压力) 实际工作中应根据结 构缺陷 情况考虑一定的安全储备，取P o = 1 / K * P 。 生 工程实践表明，膜体防 渗灌浆对建筑结构损坏程度 较大、结 构自 身缺陷较多的工程情 况，具 有较好的防水经济、 技术性能。 参考资料: 1 张金接肖田 元 混凝土微细裂 缝灌浆技 术中国建筑防水技 术1 9 9 8 . 5 I 2 张金接灌浆技术在混凝土 建筑结构防水中的应 用中国建 筑防水 技术1 9 9 9 . 1 3 张金接刘嘉 材稳定 性水泥浆体灌浆技术研究水 利水电 技术1 9 9 1 . 4
