预防维护管理不善导致地下工程防水体系失效[详细]

1、,预防维护管理不善导致地下工程防水体系失效 西南交通大学 杨其新,目 录,主要讲三个内容 隧道及地下工程防水体系失效性 隧道及地下工程防水新技术 地下工程动态和可维护防水,隧道及地下工程 防水体系失效性,地下工程防水现状分析 地下工程失效性原因分析 探索和解决的问题,从防水认识、基础上提高防水技术水平,隧道及地下工程渗漏水是长期以来困扰专家们的一个头痛问题,也是当前地下工程建筑中突出的质量通病和亟待深入解决的课题。,隧道及地下工程防水现状,至2002年底，共有铁路隧道5711座，总延长2833 km出现渗漏，其中严重渗漏水的隧道有1620座、23400处；占总座数的28.4%。,至2002年底

2、，共有公路隧道 1700座， 总延长704 km出现渗漏，其中严重渗漏水 隧道达500余座，约占总座数的30%。,隧道及地下工程失效有关数据统计,隧道及地下工程失效有关数据统计,我国北京、上海和广州的城市地下铁道中，渗漏水情况已在30左右；,中铁西南研究院对广州、沈阳等铁路局管辖的地区部分隧道进行抽样调查：隧道结构渗漏水达50.4，有的区段高达94%，严重渗漏水的约占调查数量的1/3。,建设部曾于1988年对全国10个省市210个混凝土衬砌 的地下室迸行调查，发现渗漏水工程占57；,在地下工程较发达的日本的在1988年对全国地下工程渗漏水情况调查，渗漏水也达到38.2以上。 前联邦国，隧道渗漏

3、水的情况在32.6,隧道及地下工程失效有关数据统计,因此：情况是相当严重，这给我们建造现代化的地下工程有相当的距离。常言中的 “有十洞九漏”不无道理。 对200余座隧道及地下工程防水体系失效原因进行了统计分析，,发生的根源是什么呢？,隧道及地下工程失效有关数据统计,以上情况给我们提出2方面的问题： 1.怎样发生？怎样解决？ 2.用什么方法来评价和检验地下工程防水体 系施工阶段的可靠性和服役期间的耐久性,隧道及地下工程失效性的原因,隧道及地下工程防水体系失效性是指防水体系和材料在使用过程中，由于外部作用侵蚀破坏或内部材料弱化，抵抗地下水环境的能力减弱或全部丧失。,隧道及地下工程失效性的原因,施工

4、导致防水失效的主要原因,隧道及地下工程失效性的原因,以上说明，高质量的防水，施工是重要的环节，包括精心施工管理、高品质的防水材料、有针对性的防水施工技术和工艺。因此，应针对不同的防水手段制定其施工细则，建立防水施工监测机制，强化防水施工的重要性。,设计导致防水失效的主要原因,认识性问题：一般设计者认为渗漏水不影响结构的安全，在选用材料和方式上重视程度不够，因此在防水设计方案中结合结构特征认真研究不充分，致使防水设计不合理。,针对性问题：未针对地下工程防水特殊性和防水施工的可行性进行防水设计，如采用防水板的隧道，防水板缺乏封闭围岩和初衬表面裂隙的能力，在地下水丰富的情况下，易导致防水板失效。,设

5、计导致防水失效的主要原因,理念问题：目前地下工程使用寿命都在100年以上， 而防水材料的使用寿命均达不到这一要求，因此地 下工程防水设计应考虑防排水系统的可维护性和易 换性。,经济性问题：尽管防水工程在地下工程中占的工程 总费用的比例是较小的，但往往设计者考虑造价的 原因，选用低廉品质差的材料，也是导致防水失效 的原因。,防水材料变异导致防水失效的主要原因, 混凝土中劣质添加剂含有高浓度的碱性成分 和不易分解的盐类物质，导致混凝土结构的松软，析出的物质对防水卷材侵蚀作用； 冻融交替使得防水材料结构变异； 岩石微生物侵蚀、粘结材料变异； 地下水中含有的不同浓度的酸、碱、盐离子的侵蚀； 防水材质结

6、构的不稳定性，导致材料结构组织的变异。,变异导致防水失效的主要原因,地下工程长期处于复杂的地下环境中，产生变异的因素很多，一旦发生变异，结构就会出现位移和变形、开裂、混凝土剥落等，进而使得防水体系失效。 围岩的流变性：围岩应力在调整过程中可能会使防水板受到来自一衬和二衬的挤压，在基面不平整或有突出点处产生穿刺性损伤，造成防水层失效。 四季温差较大的场合：常年冻融交替，受冻胀力强烈作用，残余变形逐年积累，使衬砌结构位移和开裂，导致防水层逐步失效。 结构材料劣化：引起的变异，如混凝土碳化、盐害、碱性集料反应等，其溢出物已是造成防水体系破坏的原因。,维护管理不善导致防水体系失效,排水系统堵塞，导致排

7、水系统不畅，如维护不善，将导致较大的水压，长期积累致使结构开裂，破坏防水体系； 严寒地区的隧道，冰冻产生的冻涨力是导致结构开裂和排水管堵塞破裂的重要原因，因此地下工程的维修养护是十分重要的。,需要研究和改善的问题,研究和改善的问题,隧道 建设 期间 防水 质量 问题,服役 期间 防水 的失 效性 问题,地下工程服役期间防水的失效性,地下工程服役期间防水的失效性解决问题： 1.地下结构（围岩）环境不均匀变形对防水体系产生的失效性，即防水体系的力学环境 2.防水材料的失效性，即防水材料的地质环境,隧道及地下工程环境与其它建筑工程不同，作为附着层的高分子材料，其服役期间耐久性的因素是很独特的，除一般

8、由温度、湿度、光照、酸碱环境作用引起材料老化和降解而失效外，还要考虑地下围岩和衬砌结构的长期相互作用产生的挤压、变形因素对防水体系产生的侵害作用。,地下工程服役期间防水体系失效对策,众所周知，地下环境特殊的外力（水压、冻胀力、塑性地压，围岩松弛地压、偏压、承载力不足、地震等）施加于结构，造成结构产生不均匀变形甚至开裂，致使防水层承受局部较大的压力、剪力和拉伸力的作用而破坏。 这就是防水层在地下工程中的力学环境，一旦某项力学指标超过了防水层的容许值，防水层完整性发生破坏。,结果：防水材料耐久性将发生变化，即力学环境 将加速材料老化，造成防水层的加速失效。,地下工程服役期间防水体系失效对策,解决的

9、途经和对策: 1.防水层要和支护结构密贴，共同变形 2.研究动态防水在地下工程中应用的相关技术 3.研究地下工程防水体系的可维护性设计施工技术。,地下工程服役期间防水体系失效对策,对于地下工程防水材料，由于处于密闭环境中，极少受到大气紫外线辐射，因此上述环境因素所产生的老化影响是次要的，主要影响因素为环境介质即化学腐蚀性介质（酸、碱、盐）、水以及霉菌和细菌等微生物的影响。,防水材料服役期间的失效性:,目前对其失效性的研究主要集中在高分子材料的光热老化、热氧老化、光氧老化、化学介质中的老化机理及稳定性进行研究。,防水材料服役期间的失效性,：,地质环境中的霉菌等微生物,1类是赋存与地质环境中的微生

10、物,对防水材料的侵蚀;,另1类是在潮湿恒温地下环境中，材料产生的霉菌的分泌物引起材料分解并转化为醇类和有机酸等物质.,这些物质的存在为霉菌和微生物生长繁殖提供了养料，促进其向纵深发展，形成材料降解导致其性能失效.,防水材料服役期间的失效性,地下工程中的防水材料与地下水是密切接触的，长期接触会在防水材料表面形成水膜，渗入到材料的内部，使材料含有亲水基团的某些水溶性物质被溶解、抽提或吸收，从而改变了材料的组成而促使材料加速老化甚至使得材料功能失效 .,防水材料服役期间的失效性,地下工程中通常腐蚀介质有,混凝土异化溢出强碱和盐等， 地下水中含有腐蚀性化学元素。,防水材料与这类腐蚀性介质接触，它们之间

11、的作用比起高分子材料光氧化、热氧化等要复杂得多.主要是材料的膨胀、软化或溶解，发生系列的化学反应，最终导致材料外观改变和物理性能下降，材料所具有功能逐渐失效.,防水材料服役期间的失效性,目前我国采用的检测方法,这些方法能在短期内获得材料老化失效单因素实验结果，但针对地下工程特定领域材料的失效特点及机理很难做出定量评判。,自然环境老化实验和人工加速老化实验，在室内模拟近似环境条件，强化某些因素进行快速累计试验.如 强酸、强碱、各种浓度盐溶液等化学腐蚀性介质对材料的腐蚀老化; 无氧高压力下微生物的繁殖以及对材料侵蚀: 流动介质作用下的冻融实验等.,防水材料服役期间的失效性,:,国外同行学者研究认为,地下工程防水使用的材料在使用过程中宏观物理性质发生了不可逆转的变化，原因是材料内部微观结构发生改变。 提出采用微观分析来评价材料失效性, 研究手段主要有: FTIR、UV 、NMR、GC、GC-MS等技术和AFM、SEM、TEM、XRD等设备； 结合材料在失效过程中所发生的力学性能变化，如拉伸、伸长率等得出材料可能降解程度，进行多因素条件下的综合评价.,所得的数据可以比较不同材料的失效性程度和量化指标.并可评价服役期间的行为. 目前这一研究还在进行中,期望有