地下工程防水抗渗要求与混凝土抗渗

Abstract: The Waterproof properties of underground works should meet the in site usage demands.
The maximum leakage water volume in an underground works was reviewed based on the Chinese specification. And the effect of concrete mechanical strength and water/binder ratio design on the permeability coefficient were analyzed in the paper firstly. Comparing with the related foreign specification, we believe that some improvement might be used to innovate graduated compression method, the current one to the assessment of concrete impermeability. Meanwhile, after the crack-reducing technologies and waterproof layer in positive & negative side were applied, the impermeability requirement will become less critical. Key words: permeability coefficient; concrete; impermeability level; impermeability requirement; impermeability testing; water to binder ratio; strength
头，相同水头和相同混凝土厚度，各规范的设计抗渗等级相差 2～3 级（表 2） 。 从表 1 中可以发现，根据《地下工程防水技术规范》 ，10 m 埋深的结构，对不同混凝土厚度的 抗渗等级要求是一样的，而其他 3 个规范，抗渗等级与混凝土厚度相关，相同水头，混凝土厚度越 薄，抗渗等级要求越高。图 1—4 表示了各规范对抗渗等级的使用范围存在着很大差异，这说明了我 国对混凝土结构的防水抗渗要求未进行基础性研究，其规定缺乏完整的科学理论依据。 表1
关键词：渗透系数；混凝土；抗渗等级；抗渗要求；抗渗试验；水胶比；强度
Structural impermeability requirement of underground works and concrete impermeability
Hu Jun （Zhejiang Jintang Waterproof Materials Co.,Ltd., Hangzhou,Zhejiang 310020,China）
3） 《地下防水工程技术规范》要求：防水混凝土结构厚度不应小于 250 mm，而大部分非人防地 下工程的顶板结构混凝土厚度为 200 mm 或更薄，某些小型地下工程或半地下工程，结构混凝土厚 度也达不到 250 mm。所以，规范中对结构混凝土厚度的要求不合适，事实上也没有完全执行。 综合以上三个方面，地下工程混凝土防水应将结构厚度、抗渗要求、水头压力等问题进行关联 后，通过计算与试验，得出技术数据，提出合理、简便的地下工程混凝土防水设计要求。如果以小 于 10 m 埋深，混凝土 250 mm 的渗透水量为合格标准，通过达西定律（Darcy's Law）可以确定同等 渗透水量的水头厚度比与抗渗等级的关系，见表 3。 表3
500
600
700
800
900
1000 （mm）
P10-地下工程
P12-地下工程
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
P8-构筑物
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20
P6-构筑物
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
3. 依据结构埋深深度来选用混凝土抗渗等级的方法不科学
1） 抗渗是混凝土抵抗水头压的一种性能， 结构埋深大不代表水压就高， 西北地区地下水位很低， 20 m 的地下工程可能没有地下水， 或只有几米水头， 按规范要求， 还要设计 P10 的混凝土抗渗等级， 显然是不合理的。 2）12 m 埋深的地下结构，墙板厚度为 250 mm，按规范要求混凝土抗渗等级为 P8。如果混凝土 墙板的厚度增加到 400 mm，结构混凝土的抗渗能力提高了，而按目前的规范要求，抗渗设计等级还 是 P8。这种抗渗等级设计与混凝土厚度不关联的防水设计方案不科学，以“水力坡降”——最大作 用水头与混凝土厚度之比，确定混凝土抗渗等级更加合理。
1. 各建设行业对混凝土抗渗要求的差异
我国建设工程各行业对混凝土的抗渗要求与评定方法不尽相同，主要的规范与标准有：针对建 筑工程的 GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》 （以下图表中简称“地下工程” ） 、针对构筑物 的 GB 50069—2002《给水排水工程构筑物结构设计规范》 （以下图表中简称“构筑物” ） 、针对公路桥 涵的 JTG D62—2004 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （以下图表中简称 “公路工程” ） 和针对水运工程的 JTS 202—2—2011 《水运工程混凝土质量控制标准》 （以下图表中简称 “水运工程” ） 。 这几个规范中， 《地下工程防水技术规范》是以结构埋深确定混凝土抗渗等级，而其他 3 个规范是按 最大作用水头与混凝土厚度之比（水力坡降）来确定抗渗等级（表 1） 。假定以结构埋深作为作用水
地下工程防水抗渗要求与混凝土抗渗
胡 骏
（浙江金汤建筑防水材料有限公司，浙江 杭州 310020； ）
摘要：地下建筑工程结构防水性能的要求，应该以使用需求来确定。本文从确定地下建筑工程允许渗水量入手，
分析混凝土强度、水胶比等对渗透系数的影响，对比我国地下工程防水规范的要求，参考国外相应规定，认为我 国采用逐级加压法确定混凝土抗渗性能试验方法可以改进，地下工程混凝土抗渗要求可以简化，将地下工程的防 水重点，转移到减少混凝土开裂和设置防水层防水的技术路线上。
900
1000 （mm）
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20
P6-地下工程
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
30 （m） 0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20 200
P8-地下工程
300 400 500 600 700 800 900 1000 （mm）
地下工程混凝土结构是一受力构件，在满足结构受力要求的同时也起到了围护、挡土、防水的 作用。抗渗性是混凝土耐久的一个重要性能指标，同时这种抗渗性能对地下工程的防水起到了重要 作用。混凝土需要多大的抗渗透能力才能满足地下工程的需要，抗渗性能指标用何种方法表示更为 方便合理，这关系到我国地下工程防水方案设计与混凝土抗渗试验的方法问题。目前我国 GB 50108 —2008《地下工程防水技术规范》对地下工程混凝土抗渗设计的要求，采用了根据结构埋深选择混 凝土抗渗等级的方法。但规范没有就抗渗等级的确定方法作出说明，同时也没有将抗渗等级与混凝 土结构厚度相关联，因此存在一定的不合理性。本文通过对地下建筑工程抗渗要求的研究分析，探 索如何采用更合理的方法进行地下工程的防水抗渗设计。
GB 50108—2008 《地下工
国内四项规范标准抗渗等级设计取值
JTG D 62—2004《公路钢筋混凝土及预应
GB 50069—2002《给水排水工
程防水技术规范》 埋深 H(m) H＜10 10≤H＜20 20≤H＜30 H≥30 抗渗等级 P6 P8 P10 P12
程构筑物结构设计规范》 最大作用水头与 混凝土厚度之比 ＜10 10～30 ＞30 抗渗等级 S4 S6 S8
力混凝土桥涵设计规范》 、JTS 202—2—
2011《水运工程混凝土质量控制标准》
最大作用水头与混 凝土厚度之比 ＜5 5～10 11～15 16～20 ＞20
抗渗等级 P4 P6 P8 P10 P12
表2
水头/埋深 4.8 m 9.8 m 混凝土厚度 1000 mm 250 mm
同一条件各规范抗渗设计等级差异
水头与厚度比 4.8 39.2 地下工程 P6 P6 构筑物结构 S4 S8 公路、水运工程 P4 P12
0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20
0
300
400
500
600
700
800
900
1000 （mm）
0 厚度 100 水头 （埋深） 10 20
200
300
400
500
600
700
800
30 （m）
P10-公路、水运工程
30 （m）
P12-公路、 水运工程
图 3 各规范 P10 抗渗范围
图 4 各规范 P12 抗渗范围
2. 由逐级加压法确定的混凝土抗渗等级，不能正确表示抗渗性能
P6 并不表示混凝土在 0.6 MPa 静水压力下不透水。 我国对混凝土抗水渗透试验方法有“渗水高度法”和较为普遍采用的“逐级加压法” 。逐级加压 法采用 6 个上底为Ф 185 mm、下底为Ф 175 mm、高 150 mm 的圆台形试件，从 0.1 MPa 开始施加 水压，每隔 8 h 水压增加 0.1 MPa，当 6 个试件中有 3 个被压力水穿透时，或加至设计抗渗等级在 8 h 内 6 个试件中渗水少于 3 个时停止试验，记录此时的水压力值。混凝土抗渗等级（P）以每组 6 个试件中有 4 个试件未出现渗水时的最大水压力乘以 10 来确定， P=10H－1，H 为 6 个试件中有 3 个试件渗水时的水压力（MPa） 。 抗渗等级判定为 P6 的混凝土，是因为有多于 2 个试件在 0.7 MPa 水压力下，8 h 内出现了渗水， 而在 0.6 MPa 水压力下，8 h 内有 4 个未出现渗水，所以判定为 P6。假设这组试件在 0.6 MPa 水压力 下恒压更长时间，最终还是会出现渗水，也许只是渗水的水量会少一些或流速慢一些。所以，P6 抗 渗混凝土不表示混凝土结构在 0.6 MPa 水压力下不会渗水。 逐级加压法确定的抗渗等级，是沿袭了原苏联的试验体系，它的优点是比较直观方便，但存在 不能正确反映混凝土结构抗渗能力的问题。从严格意义来说，采用渗透系数评定混凝土抗渗性能是 最为科学的，但检测试验要求高、时间长，不适合工程应用。英国、德国等欧洲国家采用渗水高度 法判定混凝土的抗透水性能。欧洲标准 EN 12390—8: 2000 Testing hardened concrete—Part8: Depth of penetration of water under pressure（ 《硬化混凝土检验方法 第 8 部分—水压渗透深度检测》 ）为欧 盟各国如英国、德国、法国等国家引用，作为国家标准。该标准采用的基本方法是在混凝土表面给 定水压力 0.5 MPa，经过连续加压 72 h 后，劈开试件测量渗透深度。我国 GB/T 50082—2009《普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中同样也有采用渗水高度法进行抗水渗透试验的方法， 以 24 h、1.2 MPa 恒压检测混凝土试件的渗水高度。通过测试混凝土的渗水高度，计算出“相对渗透 系数” ，设计师可以用“相对渗透系数”要求混凝土的抗渗性能，以替换抗渗等级的设计方案。