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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;炷喜幻軐嵉脑蛉缦拢
          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;A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,F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;炷恋鼗韺訅簩、抹光、平整。涂厚質潤滑油;A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;谶@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)。


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