地下工程先进之防水观念与施工技术.doc

专业知识分享版 地下工程传统之防水膜(Membrane)铺设，系于结构体表面形成防水涂层与屏障，惟此施工方式往往因防水材之劣化、搬运与施工过程之破损以及铺设或搭接方式不当等因素而形成渗漏(Leakage)途径，甚至造成防水功效之全面丧失。有鉴于此，本文针对欧美及日本等诸多地区已广泛应用之结晶渗透(Crystalline Infiltration)型防水材涂膜工法，将其特有之结晶造膜作用、裂缝愈合机制以及防止腐蚀侵袭等能力在地下结构体之使用及工程案例等相关问题，作一简要的介绍与探讨，期能藉以提供从业人员在地下工程防水设计与施工时之参考。 一、前言 传统地下工程防水的理念，系利用一完全不透水薄膜，对结构体进行全面性或局部的包覆与围堵，期能将水份完全堵绝于结构体外侧以达到不透水的目的。然此单靠一与混凝土完全不同材质而使其担负防水任务之作法，其功效与长期效能往往无法确保。究其因，不外乎防水施工过程繁琐、潜在不利变因多以及品管不易掌握等因素；诸如搬运与储存之碰损、铺设顺序不当、搭接长度不足、黏贴不牢靠、素地处理不确实、回填土及其它钢筋、模板或混凝土浇置等施工过程之割裂或穿刺等情形。所以，应用于地下工程之各种面防水(Outside Waterproof)工法(如沥青防水、薄片防水、涂膜防水以及皂土防水工法等)，一旦施工品管不严谨，往往使得防水材在结构体完成前早已产生破损、松脱或挤压变形等现象，形成水份渗漏的缺口而功亏一篑，自然无法满足防水的要求。 台湾地处亚热带气候区，春、夏期间雨量丰沛，加以环太平洋地震带上频仍之振动对结构体经常性之损伤，无可避免的导致防水层之破损、松脱或变形，因而造成居家建物普遍之漏水现象。根据中华民国营建防水技术协进会(Waterproof Technical Association，简称WTA)1等机构之调查，长期以来台湾地区住宅之漏水比例可能高达90%左右，而部分针对公共建物主要瑕疵之调查结果亦发现，漏水现象的发生次数与重要性更排行首位2，显见国内建物漏水问题之普遍与严重性。故在防水材料与施工技术日新月异的今日，该如何寻求一经济、可靠且耐用之地下防水工法以确保防水品质，同时藉以改善居家空间之舒适性，应为土木工程人员今后无可回避之课题。二、地下工程防水施工之回顾 防水材料的最大克星莫过于紫外线之照射、温度变化之热胀冷缩以及雨水之长期浸润等作用，俗称为防水材之三大天然杀手。故对于易受高温照射、豪雨侵袭、地震摇晃以及热胀冷缩影响之地上结构而言，属处于一较不稳定之防水环境，在防水技术与品管要求上，其标准自应较稳定之地下防水环境为高；此即使用于内部或地下单元之防水材料，往往不适合直接应用于室外或屋顶防水之故。 虽然地下空间在客观的防水条件上，相对之外在干扰较少，有较为安定的防水环境，但就本身之施工过程与作业条件而言，因受到开挖空间之限制、地下水渗入作业面之泥泞现象、回填与夯实过程粒料之磨擦接触以及基础或地层沉陷之拖曳等作用，经常造成防水层不可预期之变形、穿刺、松脱或破损，相对于地上结构而言，反而具有施工上之困难性与防水品质之不确定性等不利因素。(一)结构体之防水系统 结构物之防水依使用材料及施工方式之不同，主要可区分为躯体防水(Body Waterproof)、表面防水以及线(Filament)防水等三种类型3，显示结构防水系统之形成，必须藉由结构体与防水材料间之共同作用，结合躯体防水、表面防水以及线防水的功能，方能形成多道阻隔水路的防水屏障。依ACI 515.1R-794有关混凝土防水材料之定义，则将其区分为防水性防水(Water- proofing Barrier)系统、防湿性防水(Damp- proofing Barrier)系统、保护性防水(Protective Barrier)系统以及装修性防水(Decorative Paint Barrier)系统等四类。其中，防水性防水系指结构体及表面经防水材处理后，在静水压力作用的情况下，可完全地阻断水份通过结构体之孔隙，如屋顶、阳台、广场平台、储水槽、污水处理厂以及工业储油槽等场合，其经常面临一定的水头压力，故在防水能力上即必须具备此要求。而防湿性防水则指结构体及表面经防水材处理后，只能在没有静水压力下，才可阻止水份通过结构体中之孔隙。然以台湾地区经常有暴雨或雷阵雨的情况，往往雨水聚集速度快于其排降速度而形成坑洼(Ponding)效应与压力水头，故结构体之防水设计应达防水性防水系统之标准，才能满足完全阻水的效果。(二)防水材料之类型 市场上之防水建材玲琅满目，各有不同之防水机制、施作方法及适用场合，若非拥有丰富之实务经验，往往无法有效掌握各类防水建材之特性。据笔者参与检测之经验，诸多防水不良案例，究其因并非施工技术或品管问题，而系在设计时即因防水材选用或材质搭配不当等因素，致使防水材间或防水材与结构体间产生翘起或松脱等现象。防水材料种类虽然众多，惟依防水机制与材质本身的特性而言，则可简要区分为躯体防水材(防水材于混凝土拌合过程加入或壁体形成后再涂抹于表面)、面防水材(结构体成形后方施作于表面)以及线防水材(施作于结构体间缝隙)等三大类型3。其中，躯体防水材有混凝土添加剂及水泥系防水材两大类，前者利用添加剂提高混凝土水密性，而水泥系防水材则包含水泥砂浆防水剂、硅酸质系涂布防水材及水和凝固型涂膜防水材等三种；面防水材依材料形式有片状防水材、涂膜防水材及皂土(Bentonite)系防水材等三类，主要系利用本身之不透水、抗张及可挠等性能，弥补躯体或接缝防水之缺陷，于结构体表面形成一道防水层以阻断水份入侵；线防水材之使用场合包括结构单元之接合与装修部位、施工缝与伸缩缝等之处理，主要有垫片防水材(衬垫条防水、止水带)与填缝材两种3，5。(三)防水标准与等级 地下工程之防水标准与等级，端视于工程类型、内部设施与用途型式等而有所差异，且不同国家或地区之需求亦有所差异。以目前大都会区交通运输所倚赖的地下捷运隧道与车站为例，表一为欧洲隧道早期之防水标准(GIRNAU, 1985)，依其适用性分为五个等级，各有不同之渗漏量。美国捷运系统之防水标准，诸如旧金山(BART)、华盛顿D.C(WMATA)及亚特兰大(MARTA)等城市，行车隧道渗漏水限制为0.710.82 liter/m2/day，波士顿及水牛城之渗漏水限制则分别为1.7 liter/m2/day及0.19 liter/m2/day6。至于，台北市捷运系统(TRTS)之防水标准，依其土木工程设计手册(CEDM, Rev.9)之规定，区分为A、B及C三个等级，如表二所示；另依其标准规范(S.T.S/S.S)以及地下结构防水章节等之规定，对各结构单元之防水标准、添加剂(Admixture)之使用亦均有详尽的说明7，8。此外，美国国家屋面工程承商协会(National Roofing Contractors Association，简称NRCA)(如表三9)及美国混凝土学会(ACI)出版之No. ACI 504.1 R-82等，则对结构之防水材料与接缝处理等提出建议，经常亦被引用作为地下工程之防水标准。 地下结构体所形成之渗漏水，可能进一步导致外围地下水位之永久泄降(Depression)、结构体及内部设施之损坏、机电与系统安全性之降低、内部装修与器材之损坏、长期抽水与营运维护费用之大量提高等。显见地下工程防水品质之良窳，不但决定后续之营运品质与维护费用，更关系着工程寿命与永续经营甚巨，是故，业主或工程人员在营造过程中，绝不能为了成本而漠视或轻忽防水工程，否则终将造成差之毫厘、失之千里之憾。(四)防水工法与品质检验 地下结构设施常因开挖面与作业空间之局限等因素，对防水施工造成极大的不便与挑战，而传统的地下构造物防水工法，则端视防水层施工位置、作业空间之宽裕性以及基础开挖工法等特性，配合采用不同之施工方式，如表四所示。至于，有关防水层之布设方式、接缝处理、管路穿透处理、中间柱防水等及相关注意要点，读者可参考内政部建筑研究所建筑物防水设计手册5、TRTS明挖覆盖结构防水规范或TRTS隧道PC混凝土衬砌防水等图说之说明6。 为确保防水层之施作品质，防水膜每铺设完成一阶段，应对所有焊道、管路穿透处理以及修补处等进行必要的检验。CRD48-96为美国陆军工兵署之防水检测方式，以一定水头并递增水压力于试体上，其实验结果须达到完全无渗漏现象，为一较严谨之检测方法；DIN1048则为德国国家之标准，为一检测压力水渗透入混凝土深度的方法。至于，TRTS之防水品质检测，主要系以空气压力测试法判定焊道之焊