基于“皮肤式”防水理念的明挖法地下结构防水设计探讨

1??三种外设防水层防水机理

按照“皮肤式”防水理念，地下工程渗漏影响因素主要包括结构开裂、外设防水层破损、结构与外设防水层有串水通道。三因素叠加产生结构渗漏如图1所示。“皮肤式”防水理念旨在通过结构与外设防水层满粘，隔绝结构与外设防水层之间的串水通道，从而起到防水作用，如图2所示。

图1??渗水三因素示意

图2??“皮肤式”防水理念示意

按照“皮肤式”防水理念，外设防水层与结构满粘，要求外设防水层具有一定强度，能够抵抗外界侵害，并满足施工过程中受力要求，同时具备较强的变形能力，适应结构“零应变”效应。通规中关于明挖法地下工程外设防水层主要有3种，分别为防水卷材、防水涂料和水泥基防水材料。按照“皮肤式”防水理念，外设防水层应与结构满粘，并有一定的粘结强度，具体防水机理如下。

1.1??防水卷材

防水卷材是一种抵御外界水的渗漏、可卷曲的柔性产品。卷材总体结构可分为3层，依次为片材–膜基–隔离膜，胶料（根据产品不同设置胎基或不设），隔离膜/反应砂，如图3所示。胶料通过物理、化学作用，与结构表面相互渗透，粘结成整体，起到隔绝卷材和结构表面之间的渗水通道。由于卷材具有刚度，结构表面不平整易导致卷材和结构之间存在微小空隙，使卷材和结构之间的贴合性存在不足。在结构表面直接铺设防水卷材时，为了提高贴合性，对结构表面的平整度有较高要求，且一般要求采用热熔或涂抹基层处理剂。

图3??防水卷材结构示意

1.2??防水涂料

防水涂料是一种柔性、液态建筑防水材料，直接涂抹在结构表面，对结构表面的不平、微裂缝等有修复作用，通过物理、化学作用，与结构表面相互渗透，粘结成整体。防水涂料分为可固化和非固化两大类，其中可固化防水涂料经固化后形成防水薄膜，该薄膜具有一定的强度、延展性；非固化防水涂料，由于非固化特性，在后期的运营过程中，结构或卷材的微裂缝，有更好的修复作用，如图4所示。相对于防水卷材，防水涂料有更好的延展性，在克服结构“零应变”效应上更出色，但其强度和耐候性稍不足，不能直接暴露在结构外表面。

图4??非固化防水涂料作用机理

1.3??水泥基防水材料

水泥基防水材料以水泥基渗透结晶为代表，是一种刚性防水材料，作用机理为水泥基渗透结晶中的活性化学物质，在毛细作用下，随着水对混凝土内部的渗透，封闭堵塞混凝土结构内部的通道、空隙，提高混凝土结构的抗渗透能力。

2??地下结构防水作法比选及推荐

按照通规规定，明挖法地下工程抗浮设防水位标高地下结构板底板标高，工程防水使用环境为I类，防水等级为一级，需设置不少于3道防水，其中防水混凝土为必选，外设防水层不少于2道。对于南方地区，地下水补给充分，一般埋深1~2?m，基本都高于地下结构底板，为一级防水。文章重点分析防水等级为一级的明挖法地下结构外设防水层的作法。

2.1??底板防水

地下结构底板外设防水层传统作法自下而上依次为：垫层+防水层+细石混凝土防水层。由于外设防水层与垫层满粘，而与结构无粘结，垫层的不均匀沉降导致外设防水层和结构之间脱空，存在串水通道，导致防水失败。按照“皮肤式”防水理念，取消细石混凝土保护层，底板外设防水层重点做到与结构满粘，为强粘结，避免形成串水通道，与垫层弱粘结或不粘，避免垫层的不均匀沉降带动外设防水层脱空。

底板外设防水层属于外防内贴工艺，取消细石混凝土保护层，预铺反粘卷材为必选项。现就地下结构底板采用预铺反粘+其他防水构造几种组合进行分析。

（1）方案一：预铺反粘卷材+防水涂料。包括2种作法：1）防水涂料为第一层，涂抹在垫层上，防水卷材为第二层，防水涂料防水机理决定了其需要作用于结构表面，特别是非固化防水涂料，内聚力低，不成膜，不能有效抵抗地下水压；2）防水涂料位于位于结构底板上方，卷材位于结构底板下方，该方式将防水防线后置，如结构渗漏易引起结构钢筋锈蚀，不利于整体防水，同时需要涂料与结构之间有较大粘结力以抵抗水压力。故不建议采用。

（2）方案二：预铺反粘卷材+水泥基渗透结晶。同方案一，包括2种作法：水泥基渗透结晶作用在垫层上，在垫层上无法起到防水作用；水泥基渗透结晶位于结构底板上方，将防水防线后置，如结构渗漏易引起结构钢筋锈蚀，不利于整体防水。故不建议采用。

（3）方案三：预铺反粘卷材+自粘防水卷材。1）自粘卷材为第一层，空铺或点粘于垫层上，自粘面向上，与第二层卷材满粘。2）预铺反粘卷材为第二层，铺设于自粘卷材上，粘结面向上，底板混凝土直接浇筑在预铺反粘卷材上。底板混凝土与预铺反粘卷材的粘结胶通过物理化学作用，达到满粘。故推荐该方案。

2.2??侧墙防水

侧墙外设防水主要有外防外贴和外防内贴2种，其中外防内贴，参照底板执行，本处主要论述外防外贴作法。侧墙外设防水作法比选分析如下。

（1）方案一：3?mm+3?mm厚热熔法聚合物改性沥青。1）卷材厚重，立面施工，工人劳动强度大，且与侧墙难满粘；2）按国家淘汰技术名录，热熔法在受限空间中限制使用。因此不建议采用。

（2）方案二：2层薄型（1.5?mm或2.0?mm）卷材。1）卷材厚度薄，施工相对方便，可保证满粘；2）第一层卷材与与侧墙满粘，可采用湿铺工艺，第二层和第一层卷材采用自粘胶满粘，符合“皮肤式”防水理念；3）卷材的变形能力相对涂料稍弱，在克服“零变位”效应上稍有不足。此方法可使用。

（3）方案三：1层薄型（1.5?mm或2.0?mm）卷材材+可固化防水涂料。1）涂料为第一层，涂抹在侧墙上，可满粘，且对侧墙的局部不平、微小裂缝等缺陷有一定修复作用；2）卷材为第二层，粘贴在涂料上，卷材厚度薄，施工相对方便，可保证满粘。选材注意卷材和涂料的相容性。故推荐使用。

（4）方案四：卷材+非固化防水涂料。涂料为第一层，由于非固化，在涂料和第二层卷材自重长期影响下，易出现下滑等病害。故不推荐使用。

（5）方案五：卷材+水泥基渗透结晶。2种作法参见2.1中的方案二。故不推荐使用。

2.3??顶板防水

明挖法地下结构顶部传统防水设计自下而上依次为顶部防水混凝土+找平层+找坡层+外设防水层+隔离层+保护层。具体如下。

找平层：一般采用水泥砂浆，为外设防水层提供平整、坚实的基层。实际操作中发现水泥砂浆厚度小、易开裂、起壳等，在外设防水层的下部形成窜水层,后期渗漏水风险较大。现阶段顶板的施工工艺可以保证顶板的平整度，找平层可取消。

找坡层：现在设计中为了减轻顶板荷载，找坡层一般采用陶粒混凝土等轻质混凝土，该材料为多空隙材料，相当于窜水层。如果需要设置找坡层，找坡层位于外设防水层上。按照底板和侧墙防水作法，顶板外设防水推荐作法采用非固化防水涂料+防水卷材。其中涂料和卷材搭配上考虑材料的相容性，如果顶板有种植需求，卷材需要采用满足耐根穿刺要求。隔离层和保护层维持不变。顶板防水推荐作法如图5所示。

图5??顶板防水推荐作法示意

3??结论

基于“皮肤式”防水理念，依据防水卷材、防水涂料、水泥基防水材料等3种外设防水层防水机理，满足通规且防水等级为一级明挖法地下结构底板、侧墙、顶板外设防水层推荐方案如下。

（1）底板外设层防水推荐为预铺反粘卷材+自粘防水卷材，其中自粘卷材为第一层，空铺或点粘设于垫层上，自粘面向上，以便与第二层的预铺反粘卷材满粘；预铺反粘卷材铺设于自粘卷材上，粘结面向上，底板混凝土直接浇筑在预铺反粘卷材上。（2）对于外防内贴的侧板外设防水层推荐作法和底板一致。对于外防外贴的侧墙外设防水层推荐作法为1层薄型（1.5?mm或2.0?mm）卷材+可固化防水涂料，其中涂料为第一层，涂抹在侧墙上，卷材为第二层，满粘在涂料上。（3）顶板外设防水推荐作法为取消结构顶板上方的找平层、找坡层，外设防水层直接施作于结构顶板上方，采用一道非固化防水涂料+一道防水卷材。如果顶板有种植需求，卷材需要满足耐根穿刺的要求。（4）外设防水层在选择的时候注意材料的相容性，并综合考虑底板、侧墙、顶板的外设防水层的材料类型，以及相互之间的衔接等。