桩基地下室防水施工研究
发布时间:2024-01-13 23:25:58
桩基一直困绕着地下室的防水。1990年笔者提出地下室底板与桩头断开,防水层水平地通过二者之间的作法设想,得到防水界同行和建筑师的欢迎,但结构工程师提出疑异,不肯接受。10年来笔者多次在防水学术研讨会上陈述这一防水设想,得到越来越多的人支持,反对的结构工程师也开始缓解。从国外资料获悉桩基断开的作法己在推广应用,这就更加使笔者充满信心,于是鼓起勇气,继续将这一课题完成,以期能在桩基工程上广泛应用,使地下室防水得到满意地解决。这一研究虽经数年观察、采访、请教,但研究依然不够深入,论述观点、闸述理由未必能切中要害,希望得到同行们和从事桩基工作的同志们热诚地支持、指导和指正。1 地下室渗漏严重
高层建筑在全国各城市中如雨后春笋,鳞次栉比。地下室二三层乃至四五层亦屡见不鲜,大部分地下室皆在地下水位以下,这些地下室长期浸泡在水里,若防水不当,地下室就很容易渗水。近些年地下室渗漏率高达60%以上,有的城市地下室渗漏率达70%~80%。地下室渗漏,不仅污染环境,而且墙体底板内的钢筋锈蚀、膨胀,混凝上裂缝,钢筋断面缩小,承载力减小,易造成倒塌、崩溃、断裂等破坏性事故。况目建造地下室的造价比地面建筑高,许多地下室内渗水严重而无法使用,使设备生锈,电线短路,储存货物霉烂,造成巨大损失。因此地下室防渗治漏迫在眉睫。
2 刚性防水不可靠
从防水机理讲,钢筋混凝土达到S12以上具有很好的防水效果,如在混凝上中掺入减水剂、膨胀剂、憎水剂等物质,可提高混凝上的防水能力。然而由于种种原因使混凝土总是达不到防水要求,北方刚性防水的成功率低于南方,失败的主要原因是混凝土不密实,而密实是防水的根本保证。混凝上不密实的原因如下:
1)砂石级配不按规定。许多工程所用混凝土不是商品混凝土站供应的,而在就地搅拌。人工配料时,砂、石、水泥不按设计规定,不用秤称,凭感觉“差不多”,铁锹当计量器,
所以混凝土强度难以保证。
2)砂石含泥量高。按照规定,砂石必须以水清洗,石的含泥量为1%,砂的含泥量为2%。但实际并非如此,砂石不洗,甚至草根、树叶、果皮也混入搅拌机,影响混凝上密实度。
3)振捣不好。振捣时的疏忽致使漏振,石子之间的空隙因没有水泥砂而出现蜂窝孔,振捣时间过长使石子下沉、水泥浆上升,造成下部蜂窝孔。
4)墙体配筋多。因多是高层建筑,地下室墙体配筋多,石子碰到纵横交错的钢筋,受到抑阻,水泥砂可以自由运动,此时石子下呈现微隙,成为渗水通道。
5)养护不好。不及时浇水,或很难浇水,混凝土水化热温度很高,造成收缩裂缝。
以上几点在目前情况下是难以避免的,因此,为了保证不渗漏,应在结构墙和底板下增加一道柔性防水层。国外地下防水为了安全也是有一道柔性防水层的。我国防水政策中的刚柔结合源于此因。
3 全封闭是关键
地下室在水的包围下,柔性防水层必须对地下室全封闭,一处封闭不严,就是渗水的隐患。无桩的地下室,很容易做到全封闭防水;而设了桩基,桩头和地下室底板连接为一体,柔性防水层逢桩断开,一栋建筑多达百根桩,防水层呈星罗棋布的洞眼,不能全封闭,柔性防水层形同虚设。桩身长数米至数十米,插入土中,柔性防水层无法对桩身包裹,桩身浸水,沿桩而上,进入底板。
从全封闭的防水原则出发,最理想最完善的措施是桩头与底板断开,柔性防水层水平地通过底板下、桩头上,形成对地下室全封闭。这一设想建筑师双手赞同,而与结构工程师意见相左:通常按桩基规范设计,承台下多根桩,承台上为板或墙。在地下室设桩,则不设承台,底板作为承台,如果桩头与底板断开,必须另设承台,这一点结构工程师不同意。另一点,有的建筑产生水平力,或是振动时产生水平力,须要桩来承受。如果桩头与底板断开,水平力谁来承担?这也是结构工程疑异的地方。
断开与不断开,各讲各的道理,10年来争论不休。还是从桩的功能意义分析一番为好。
4 桩的功能和意义
桩是加固地基的构件,是增强地基承载能力的措施,或者以桩身挤密周围的土壤,或者通过桩身荷载力传给桩下的持力层。桩不是基础,桩属于地基的一部分。为了改善软土地基的承载能力,需更换大体积的地基土,而桩是省工简便的办法,和换土地基具有同工异曲的意义。
从受力状态分,桩可分为(1)支承桩(桩尖顶在岩层上),(2)摩擦桩(桩身和周围土体摩擦),(3)密挤桩(松软多孔上被桩身挤密),(4)挡土桩(防止滑坡,以桩阻挡),(5)抗拔桩(防止建筑或构筑物歪闪)。凡地下室的桩基本属前3种,而前3种均无水平荷载,只承担垂直荷载。桩头和地下室底板共同工作状态是接触传递,底板将荷载垂直地传递给桩头,没有水平的相对位移,所以桩头和底板断开或不断开,受力状态不变。因此为了地下室的防水,要求底板与桩头水平断开,应当是可行的。
5 建筑抗震和桩
地下室底板下的桩,只承受垂直荷载,不承受水平荷载,在这一前提条件下,可以斩钉截铁地说,建筑不需要桩的嵌固来对抗地震时产生的水平力。下面分几点说明。
5. 1 中国古代建筑并不嵌固
中国古代建筑多为木结构构架,现在完好留存下来的有唐佛光寺大殿、宋应县释伽塔、苏州玄妙观、蓟县独乐寺大殿等。这些大殿皆很高大,特别是释伽塔,明暗9层,高67 m,全身均为木构。底层木桩高11 m,桩跟落在石础上,石础上表面平滑,不设槽臼或凸榫,桩跟底略呈弧形(球面)平摆浮搁(图1),如有水平力时,桩跟会往复滚动,呈现舟颠现象,也可产生离隙或水平小位移,地震力从而消失殆尽。
有人目击,独乐寺在唐山大地震时,强烈地大幅度晃动,左歪时右面桩跟离开桩础,然后还原,构架没有变形和损坏。如果桩与础刚性连结,在剧烈晃动时构架变形甚至崩溃。北京故宫神武门上的城楼,在唐山大地震时,西北角一根柱位移5cm,未回原位,显然它曾在短时间内柱跟离升石础,因组装时内应力过大,借地震之机,得以舒适。
5. 2 地震水平力不需桩来制止
从唐山地震溃毁的房屋看,不管深基础还是浅基础的建筑,皆从上部崩溃,说明越是高,晃动越厉害,而不是水平位移而倒塌。地震水平波不是仅某一建筑水平位移,而是整个大地同步往复运动。桩与础连不连一样,不会因为不连接,水平运动上下不同步。震源深达数十公里,再长的桩和震源深度比,也小巫见大巫。毛生于皮,皮敷于肉,肉动毛不动,未曾有也。
建筑越高,晃动越大,屋顶比底层晃动大,振幅大小呈倒三角形,建筑如一根悬臂梁。水平往复运动时,建筑物运动滞后于基础,形成时间差,导致最上部首先破坏。基础与地基连不连没有关系。
地震时产生的垂直波,使建筑物上下运动,这种运动形式对于砖混结构危害很大,对于地基与基础没有影响。既便发生瞬时离隙,对建筑也没影响。所以桩与基础断开是可行的,也是正常的。
5. 3 无桩的基础与地基接触而不连
因为地基承载能力强,基础座落在地基上,并不设桩。不设桩的基础量大面广,是主要的基础形式。无桩的基础,并不在地基上插钢筋,基础与地基只是接触,并不相连,如果说地震水平力靠桩来承担,那么无桩的基础是怎样承担水平力的?再者关于抗拔力,有桩的建筑可以抗拔,无桩的建筑又如何抗拔?看来不考虑抗拔也行。由此可见,基础(地下室底板)与桩头建筑断开是可行的,不影响建筑物的抗震。
5.4 基础的平活性接触
建筑界防震工作者多年的观察研究,认为防震措施有两点,一是建筑物本身的坚固性;二是建筑物消解地震力。在此仅谈谈后者。
地震时产生水平和垂直波,使大地上下或水平运动,这种力是强大的,建筑物只能随波而行,决不能抗拒。但是,建筑物座落在大地上,其嵌固程度大小,可以影响建筑的破坏大小。嵌固越强,接受地震力越大,越需要建筑自身的坚固来对抗。反之,大地嵌固建筑较弱,接受地震力减弱,从而减轻了建筑破坏力。譬如一只球放在地表面,地震时它可以自由滚动,不会破坏。因为球仅和地面接触,而不连接,球可以滚向任何方向,而不受阻挡和制约。为了消解地震对建筑的制约,力求建筑只和大地接触而不连接,这一理论己被众多人接受,并且进行大量的试验,认为是可行的、有效的、大有前景的。现列举6种基础活性接触方式,供参考采用,同时证明基础与地基断开的可行性。
1)基础与地基之间设置橡胶垫,有一定弹性,可以大量消解地震力。建设部科技推广协作网,将重点推广多层房屋夹层橡胶垫隔震技术,要求每省落实隔震试验楼工程,凡是处于地震区域,各省市自治区在管辖区范围内,择优选择一栋住宅楼进行试验,为下一步大面积推广作准备。建设部这一指示足以证明基础与地基断开是科学的和可行的(图2)。
2)基础与地基之间设置滚动装置。地震时,建筑可以自由地水平移动,或者上下离隙,力求建筑顶部和基础同步等幅往返(图3)或者出现大地往复运动,而建筑却相对静止。滚动装置比橡胶垫更富自由度。
3)基础与地基之间设置弹簧装置。在基础与地基之间设置弹簧垫,地震时建筑可以垂直、颠波运动,从而减弱地震对建筑的破坏力。
4)漂浮减震。地基做成大小槽,建筑物建在内,竣工后注水,建筑受到很大的漂浮力,接近于浮起的程度。地震力大大减弱对建筑的冲击。
5)悬挂建筑。在地基上设计若干短墙或短柱,建筑基础通过若干索链挂在短墙或短柱上。地震时建筑可自由晃动。
6)润滑隔离。混凝土地基表层压实、抹光、平整。涂厚质润滑油。基础底表面亦要平整、光滑。发生地震时,建筑可以滑动。
上述6种防震措施,其核心意义是地基与基础彻底断开,仅仅是接触,没有任何牵制与制约。地震时建筑能够很容易地滑动、摆动,或者上下弹动、颠簸。基于这一意义,基础和桩头断开,是合理的、可行的、有利于建筑的,不存在其他问题。
6 桩头基础断开防水方案
此方案的构造层次如图4所示。
1)桩头设桩台,桩台尺寸及配筋由结构工程师设计,桩台顶平面要平整;
2)桩台与桩台之间回填土应夯实,最好用灰土(2: 8) ,深500 mm;
3)桩台与桩台之间,回填土上铺筑C15混凝土垫层,抹平;
4)水泥砂浆找平层,20 mm厚,1: 2配比,压光抹平,不起砂、不起皮,要有足够养护时间;
5)铺作防水层,宜用卷材,两道柔性防水层最好;
6)铺筑细石混凝土保护层,如防水层多于4 mm厚,可以在上直接铺筑,否则须先铺一道柔性保护层(如纸胎沥青毡),然后再铺筑细石混凝土保护层;
7)基础如果是地下室底板,应掺入防水剂(减水剂、膨胀剂等)。
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