[发明专利]一种地下防辐射刚性自防水建筑构造及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下建筑构造及其施工方法，具体是指一种地下防辐射刚性自防水建筑构造及其施工方法。

背景技术

产生地下隧道渗水的直接原因有三条：①隧道围护结构存在渗水通道；②有水压足够大的渗水水源；③渗水水源与渗水通道相通。这三条因素共同存在时才产生渗水，因此可以认为地下建筑物的渗水与裂缝有直接关系。而裂缝的产生除了约占30％的概率的荷载应力和不均匀沉降外，主要是由于混凝土干缩、冷缩和徐变引起的，这与混凝土的物理、化学性质有关。

现有的防水技术主要有刚性防水和柔性防水两种类型。刚性防水主要是指使用刚性防水材料的防水层，这类刚性材料主要有纤维混凝土防水材料、预应力混凝土防水材料、细石混凝土防水材料等。而柔性防水则是使用油毡以及沥青等材料制造的主体防水材料。柔性防水层的优点有韧性，能适应一定的变形与胀缩，不易开裂。缺点是使用年限短，现有柔性防水技术最长使用年限仅为10～20年。而且对基面的要求比较严格，必须在完全平整、光洁、含水量在9％以下的基面上施工，否则就会出现分层、起鼓、窜水的状况。

传统的刚性防水技术是指以水泥、砂、石为原材料，掺入少量外加剂或高分子聚合物，通过调整配合比、改善孔结构，增加个原料界面的密实性，或通过补偿收缩，提高混凝土的抗渗防漏能力等方法，使混凝土构筑物达到防水的技术。刚性防水技术的特点是根据不同的工程结构采取不同的方法，施工简单、方便，造价较低，易于维修,防水耐久性好。所以，在常规土木建筑中，刚性防水占相当大的比例。但传统刚性防水的缺点也较为明显，处于自身高密度的原因造成刚性防水自重较大。而且刚性防水层一旦出现了干湿变形、裂缝现象，那么防水层也就会受损。

传统刚性防水方式有如下两种：

(1)利用刚性防水材料进行防水

刚性防水的主要基材是水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥。这些水硬性胶凝材料的抗渗性和防水耐久性都是较好的，所以，国内外许多防水工程都采用水泥作为胶结材料。然而,由于水泥的抗拉强度低，变形小，易于收缩开裂，往往会破坏结构的整体防水。而且,水泥配制成混凝土后，内部形成许多毛细孔缝，成为渗水的通道。

为了提高混凝土的抗渗性，国内外科技人员研究出许多无机防水剂，如三氯化铁、无机铝盐、三乙醇胺等等。通过加入这些防水剂，提高水泥砂浆的密实性或改善砂浆的抗裂性，从而达到防水抗渗的目的。但这些措施无法完全杜绝渗漏。

(2)结构自防水

抗渗的前提是抗裂，普通防水混凝土和外加剂防水混凝土不具有膨胀性能，它们没有抗裂功能，即使它们的抗渗性很高，混凝土收缩开裂也就失去整体防水功能。

结构自防水技术是通过膨胀水泥和水泥膨胀或施加预应力，使得预压应力能抵消结构在收缩过程中产生的全部或大部分拉应力。但膨胀混凝土较难处理转角、截面不规则的场合；施加预应力虽然能较好解决防水问题，但施工复杂，造价很高。

强辐射核设备包括原子能工业以及应用放射性同位素的装置，如反应堆、加速器、放射化学装置、海关、医院等，这些辐射核设备存在强辐射核，会对地下水造成严重污染，因此需要搭载设备的防护结构可以屏蔽射线，且具有极强的防水性能，要求外部地下水绝不能渗入设备范围周边范围。

能遮蔽α、χ、γ射线和中子流等等对人体有危害的混凝土称为防辐射混凝土，由此构造的隔绝辐射的隧道称之为防辐射混凝土隧道，防辐射混凝土隧道一般采用密度比普通混凝土大的重混凝土，其表观密度≤2800kg/m³。重混凝土由水泥、水及重骨料配制而成，混凝土愈重，墙壁越厚，其防护X、γ射线的性能越好。

现实中，由于重混凝土价格昂贵且不易采购，而较厚的普通混凝土壁也具备与重混凝土一样隔绝辐射的功能，因此常采用普通混凝土来代替重混凝土。但普通混凝土的隔离效果远比重混凝土差，要达到理想的隔离效果，防护结构厚度至少需要1m。且原子能设备精度要求极高，要求围护结构必须长距离连续施工。在此严苛的要求下，需连续施工且厚重的普通混凝土构件干缩明显，水化热大，很难控制裂缝的产生及裂缝发展。隧道壁因此存在大量的裂缝，光靠侧壁无法实现刚性防水。虽然柔性防水能填充裂缝而达到较好的防水效果，但其寿命最多只有20年，埋在地下的原子能工业装置不可能每隔20年挖开重新做一次防水施工，因此需要有一种技术达到既能防辐射、又能绝对防水。

现有杜绝混凝土渗水的刚性防水方案主要有两种：

(1)内部埋置钢板