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基礎底板損害識別與滲漏水整治

基礎底板損害識別與滲漏水整治

撰稿 :尚新民  李明書  余逸隆 /駿馳工程股份有限公司

摘要

基礎底板 : 隨著城市居住及商辦空間需求增加,民用建築多采用高樓層、深基坑設計。長期處於地下水位面下的筏板基礎,如果因為差異沈降或上浮產生了微細裂縫,麻煩的滲漏水問題將永久困擾業主及物業公司。本文提出了基礎底板損傷成因及識別方法,介紹創新的堵/排覆合止漏工藝操作方式,為解除地下水病害對於基礎底板的影響提供了技術參考。

0.引言

隨著世界各地經濟發展,主要城市新開發的建築物大多朝向高樓層、深基坑設計,相應凸顯了基礎底板滲漏水整治技術的重要性。特別是大陸地區建築物基礎底板大多採用單層筏板設計,基板一旦發生開裂情形,地下水將直接滲流到地下室中,造成使用不便、潮濕發黴、機電設備壽命縮短、基礎鋼筋銹蝕等影響及安全隱憂。 根據中國建築防水協會近十年調查發現,已建成地下室的滲漏率高達57%以上,且常伴隨著不同程度的房屋結構破壞與鋼筋銹蝕[1][2],影響極為嚴重。造成地下室滲漏水病癥的原因多樣,但以差異沈降造成混凝土開裂,造成的影響最大。如何迅速效、有效的識別基板損傷位置,採用合適的處置方法以達到永久性解除基板滲漏水成效,是目前受到工程界矚目的課題之一。

1.地下空間滲漏水成因

大陸地區高層建築基礎構造常采用樁基礎搭配筏板基礎設計,基板下方常設置防水墊層、防水卷材、導水板或砂礫鋪墊等,以堵水或疏水方式來防止地下水入滲。但這類設計工程保修時間有限,以至於基礎底板嚴重滲水的狀況時有所聞,對於建築結構的長期使用性存在極大的隱憂。

2.1基礎底板損傷造成原因

造成地下室滲漏水的原因很多,一般常見的有以下幾種: (1)結構物基礎上浮或沈降,導致差異沈降角變量過大產生基板開裂滲水 (2)基礎底板承受水壓力時因基板結構勁度不足,產生張力裂縫 (3)側壁受水壓力作用,造成變形破裂 (4)供水、廢水、污水管道破裂或接頭鬆脫漏水 (5)施工缺失形成滲漏水渠道 (6)混凝土預埋止水帶劣化失效 上列各項造成地下室滲漏水原因中與筏板基礎開裂滲水有關,去除施工缺失及止水帶失效造成的原生性裂縫外,建築物基礎因為基底地層固結沈降或地下水上浮力導致差異沈降角變量過大造成筏板基礎混凝土開裂是造成滲漏水的主要原因。 根據Bjerrum(1963)建議的「角變量與建築物損壞程度」對照表[3]顯示,要達到建築物不產生可能導致滲漏水的混凝土裂縫,角變量需不大於1/500方能符合要求。然而結構設計時,常為了施工成本因素,僅以柱位間角變量不大於1/250,即結構物不產生危害性的傾斜做為設計標準,再以防水設計避免混凝土裂縫發生滲漏水問題。 殊不知當基板混凝土基板產生貫穿型裂縫後,只要防水設計存在任何瑕疵,直徑僅約4nm的水分子就會透過任何存在的混凝土裂隙入滲,造成地下室長期性的潮濕、滲漏危害。

2.2損傷位置識別

當建築物基板產生損害時,通常可以目視到地下室地板產生局部裂縫及發生滲漏水現象,然而這些裂縫及滲水位置常常不是基板發生貫穿裂縫真正的位置,其主要原因是入滲的地下水會在基板與墊層間不連續面流竄,並在墊層裂縫、伸縮縫、墻側、柱邊等混凝土不連續面滲出。這也是物業單位在滲水位置進行堵漏注漿,但不久之後其他區域又會陸續發生滲漏水情形的原因。根據以往實務經驗,依照下列建議分析方式,評估基礎變形量分布狀況,對於地下室底板滲水位置界定及防滲漏有效處理,具有事半功倍的效果。              

 

 

 

 

 

 

           

 

 

 

 

2.2.1差異沈降角變量分析

找出基礎差異沈降最大位置的方法,可依據建築物使用執照相關圖說及地質調查報告書建立分析模型,再依照各地區規範要求或Meyerhof(1982)的建議[4],參考公式(1)~(3)計算各柱位點沈降(隆起)量,並依照專家建議考慮結構物基礎勁度影響因子折減50%計算沈降量[5],分別算出各柱位點的相對角變量。 基礎底板

2.2.2 等高線差分解析

為清楚表示基礎沈降量的分布情況,可利用專業分析軟件搭配中心差分法,繪制基礎沈降量等高線圖,並將高線圖套繪於基礎平面圖上,再分別依照角變量1/250~1/500範圍,依次利用色階圖收斂並界定出基礎底板裂縫可能發生位置。            

 

 

 

 

 

2.2.3 沈降監測

因為結構變形造成的基礎底板開裂滲水與差異沈降行為有直接關系,在基礎變形產生滲漏水危害修覆前後,若能夠搭配持續性的柱位及剪力墻沈降量/隆起量監測,並采用等高線、矢量圖、灰度圖及三維度立體影像進行分析與比對,對於裂縫及滲漏發生位置及其處理成果更能直觀的掌握,避免二次損傷及再次開裂滲漏水產生。

2.2.4 現場勘查與檢測

基礎底板破裂位置因為地下室地板墊層隔絕,常無法直接目視到明確漏水點,采用目視分析方式搭配儀器檢測及上述分析結果,更能夠準確界定裂縫實際發生位置。常用的運用方式如下:

(1)現場勘查

差異沈降導致筏板基礎承受剪應力產生貫穿型裂縫,在現場進行勘查時,通常可以發現2種情況: A.固結沈降產生的裂縫。建築物重量經由柱體傳遞到基礎上,當基礎沈降量過大時,鄰近柱位筏板基礎將會因為角變量過大,產生可目視的截角型裂縫。 B.上浮力產生的裂縫。當地下水浮力過大,筏板基礎勁度無法負荷時,基板中央承受較大彎矩,因而產生由柱角延伸到板中央的可視裂縫。

基礎底板

 

 

 

 

 

(2)三維度電磁波造影

依據混凝土反射電磁波的特征條件,顯示材料中含水之差異情況,經由電磁波的速度與材料相對介電常數比對,以 2維度及3維度可視化影像顯示損傷、滲漏分布位置、範圍。本技術為結構體瑕疵檢測較先進的應用方式,由於結構體厚度有限瑕疵分布可能不均勻,檢測成果須以不同深度的滲水、含水狀況分別顯示,並組合成3維度立體可視化影像以利分析。

3 滲漏水整治

地下室基板一旦發生滲漏水病癥,發生位置通常面積大、滲漏位置隨機發生,且無法細部界定。擬定整治方案時,必須明確地下水來源、透水渠道等基本因素,方能有效達到長期整治滲漏水病癥的目標。

3.1地下水來源及透水渠道

地下水來源通常可分為:地表水、地表滯水、潛水、承壓水及暗浜等來源[6]。滲流到基底的透水渠道主要有:基坑下方高透水地層、整地超挖回填層及碎裂的素混凝土層等。大部分的地下水問題,在地質勘察、基坑設計及結構設計過程中,已經被完整考慮過。但是最常被忽略的地下水來源及渠道,常常發生在異常氣候連續降雨時,地表水經過圍護結構及地下室外墻間的肥槽入滲到基板外圍,之後隨著因為建築物建構而碎裂的素混凝土層裂隙串流到基底下方。這也是為什麽許多建築物在常時基板維持正常,但遇到連續降雨時,在短時間內就發生起拱、破裂、滲水的原因。

3.2堵/排覆合止漏工藝

無論沈降或上浮造成筏板基礎損傷,滲漏水情形一定會持續性發生。常態性的止漏施工,只在發現滲漏水的裂隙灌注發泡聚胺酯樹脂止水,止漏效果差且維持時間短。近年來新發展的長期性損傷基板止滲漏施工方式,采用堵/排並用思維,以減少入滲水量、降低基底水壓力觀念進行方案設計,達到了良好的成效。

3.2.1采用圍堵法減少地下水入滲量

在發嚴重滲漏水或基板上拱的區塊外圍,采用具有止水、填充效果、符合設計要求固化抗壓強度的CB漿材進行低壓灌注,大幅減少地下水入滲量。以封堵透水渠道方式,創造加固區塊基底成為流量小、壓力高,適用於排水抗浮技術運用的條件。

3.2.2 利用疏導法降低基底水壓力

當發生地下水浮力上拱或基板大量滲漏水情形,為了同時達到填充上拱基板下方空隙、掏空地層及降低基底水壓力等目標,運用了2種疏排水工藝相互搭配: (1)灌注透水固化材填充及導水。依照基底地層承載力特性,選用水泥系透水固化材(CP series)或樹脂系透水固化材(RP series)進行灌注,基底為黏土層時,透水固化材完全固化後,單軸抗壓強度必須不小於2倍基底黏土單軸壓縮強度,滲透系數不小於1×10-3cm/sec; (2)當透水固化材完全固化達到預期強度後,於基板適當位置開設垂直孔及水平管槽,分別埋設垂直向靜水壓力釋放管和水平集水管網,並將集水管網匯整到建築物自帶集水井,透過氣密式出水系統排除降壓產生的地下水。 基礎底板

3.3 配套措施

筏板基礎因沈降或上浮產生嚴重滲漏水情況後,混凝土本身已存在穿透型裂縫,雖然采用堵/排覆合施工方式將基底空隙、局部混凝土裂縫封堵,並大幅降低基底水壓力,但部分裂隙因毛細作用仍然會造成基板上方墊層帶狀潮濕現象,可視潮濕狀況,利用開槽灌注非發泡型樹脂或結晶防水塗劑進行細部處理。

4 結論

長期處於地下水位下的基礎板常因差異沈降及地下水壓力等原因,發生混凝土開裂及滲漏水現象。本文提出造成基礎底板裂縫的原因、分析方法及介紹新發展的損傷基板堵/排覆合止漏工藝,作為設計施工參考。並提出建議如下: (1)建築物基板差異沈降角變量大於1/500時,基板混凝土即可能產生穿透型裂縫並發生滲漏水情況,建議於規劃初期即做好滲漏水防治設計,避免發生不容易解除的滲漏水病癥。 (2)因為基板與鋪面墊層為混凝土不連續接口,目視發生漏水位置可能並非真正基板裂縫發生區塊。采用柱位沈降分析搭配沈降等高線差分解析,可以有效標定出裂隙產生範圍,方便整治方案擬定。 (3)創新的水泥系透水固化材(CP series)及樹脂系透水固化材(RP series),可以在不影響基礎底板結構特性的情況下,灌注到建築物基底,填充上拱間隙及淘空地層,兼具傳遞結構荷重及疏導地下水功能。搭配靜水壓力釋放管及氣密式出水系統,能夠永久控制基底水壓力達到結構安全要求。 (4)采用堵/排覆合式止漏工藝可以長期有效解除地下室基板滲漏水及浮力上拱危害,達到良好的治理成效。

參考文獻(References)

[1] 李進軍,李明書,王燕平. 既有建築基礎底板上浮處理措施及案例分析[J]. 工業建築學報, 2013. (Li Jinjun, Li Mingshu, Wang Yanping, Measures for the floating treatment of existing building foundation floor and case analysis [J]. Chinese Journal of Industrial Construction, 2013. (in Chinese)) [2] 孫家齊. 《房屋滲漏修繕技術規程》修編過程之回顧[J]. 中國建築防水學報, 2014, 4: 4-6. (Sun Jiaqi. Review of the Revision Process of Technical Regulations for House Leakage Repair[J]. Chinese Journal of Building Waterproofing, 2014, 4: 4-6. (in Chinese)) [3] Bjerrum, I. (1963). Allowable Settlement of Structure[C]. Proceedings of European Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Weisbaden, Germany, 2: 35-137. [4] Meyerhof, G. G. (1982). The Bearing Capacity and Settlement of Foundations[M]. Technical University of Nova Scotia. [5] 謝旭升,程日晨. 論能基設計用地盤反力系數[J]. 地工技術期刊,1996, 53: 45-54. [6] 李明書,李進軍,劉維揚. CMC靜水壓力釋放技術原理及設計方法[J]. 巖土工程學報, 2013, 35.2: 932-935.

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