地下工程先進之防水觀念與施工技術

地下工程先進之防水觀念與施工技術

發言人：葉小嫻

一、前言

傳統地下工程防水的理念，係利用一完全不透水薄膜，對結構體進行全面性或局部的包覆與圍堵，期能將水份完全堵絕於結構體外側以達到不透水的目的。然此單靠一與混凝土完全不同材質而使其擔負防水任務之作法，其功效與長期效能往往無法確保。究其因，不外乎防水施工過程繁瑣、潛在不利變因多以及品管不易掌握等因素；諸如搬運與儲存之碰損、舖設順序不當、搭接長度不足、黏貼不牢靠、素地處理不確實、回填土及其他鋼筋、模板或混凝土澆置等施工過程之割裂或穿刺等情形。所以，應用於地下工程之各種面防水(Outside Waterproof)工法(如瀝青防水、薄片防水、塗膜防水以及皂土防水工法等)，一旦施工品管不嚴謹，往往使得防水材在結構體完成前早已產生破損、鬆脫或擠壓變形等現象，形成水份滲漏的缺口而功虧一簣，自然無法滿足防水的要求。

台灣地處亞熱帶氣候區，春、夏期間雨量豐沛，加以環太平洋地震帶上頻仍之振動對結構體經常性之損傷，無可避免的導致防水層之破損、鬆脫或變形，因而造成居家建物普遍之漏水現象。根據中華民國營建防水技術協進會(Waterproof Technical Association，簡稱WTA)[1]等機構之調查，長期以來台灣地區住宅之漏水比例可能高達90%左右，而部分針對公共建物主要瑕疵之調查結果亦發現，漏水現象的發生次數與重要性更排行首位[2]，顯見國內建物漏水問題之普遍與嚴重性。故在防水材料與施工技術日新月異的今日，該如何尋求一經濟、可靠且耐用之地下防水工法以確保防水品質，同時藉以改善居家空間之舒適性，應為土木工程人員今後無可迴避之課題。

二、地下工程防水施工之回顧

         防水材料的最大剋星莫過於紫外線之照射、溫度變化之熱脹冷縮以及雨水之長期浸潤等作用，俗稱為防水材之三大天然殺手。故對於易受高溫照射、豪雨侵襲、地震搖晃以及熱脹冷縮影響之地上結構而言，屬處於一較不穩定之防水環境，在防水技術與品管要求上，其標準自應較穩定之地下防水環境為高；此即使用於內部或地下單元之防水材料，往往不適合直接應用於室外或屋頂防水之故。

         雖然地下空間在客觀的防水條件上，相對之外在干擾較少，有較為安定的防水環境，但就本身之施工過程與作業條件而言，因受到開挖空間之限制、地下水滲入作業面之泥濘現象、回填與夯實過程粒料之磨擦接觸以及基礎或地層沉陷之拖曳等作用，經常造成防水層不可預期之變形、穿刺、鬆脫或破損，相對於地上結構而言，反而具有施工上之困難性與防水品質之不確定性等不利因素。

(一)結構體之防水系統

         結構物之防水依使用材料及施工方式之不同，主要可區分為軀體防水(Body Waterproof)、表面防水以及線(Filament)防水等三種類型[3]，顯示結構防水系統之形成，必須藉由結構體與防水材料間之共同作用，結合軀體防水、表面防水以及線防水的功能，方能形成多道阻隔水路的防水屏障。依ACI 515.1R-79[4]有關混凝土防水材料之定義，則將其區分為防水性防水(Water- proofing Barrier)系統、防濕性防水(Damp- proofing Barrier)系統、保護性防水(Protective Barrier)系統以及裝修性防水(Decorative Paint Barrier)系統等四類。其中，防水性防水係指結構體及表面經防水材處理後，在靜水壓力作用的情況下，可完全地阻斷水份通過結構體之孔隙，如屋頂、陽台、廣場平台、儲水槽、污水處理廠以及工業儲油槽等場合，其經常面臨一定的水頭壓力，故在防水能力上即必須具備此要求。而防濕性防水則指結構體及表面經防水材處理後，只能在沒有靜水壓力下，才可阻止水份通過結構體中之孔隙。然以台灣地區經常有暴雨或雷陣雨的情況，往往雨水聚集速度快於其排降速度而形成坑窪(Ponding)效應與壓力水頭，故結構體之防水設計應達防水性防水系統之標準，才能滿足完全阻水的效果。

(二)防水材料之類型

         市場上之防水建材玲琅滿目，各有不同之防水機制、施作方法及適用場合，若非擁有豐富之實務經驗，往往無法有效掌握各類防水建材之特性。據筆者參與檢測之經驗，諸多防水不良案例，究其因並非施工技術或品管問題，而係在設計時即因防水材選用或材質搭配不當等因素，致使防水材間或防水材與結構體間產生翹起或鬆脫等現象。防水材料種類雖然眾多，惟依防水機制與材質本身的特性而言，則可簡要區分為軀體防水材(防水材於混凝土拌合過程加入或壁體形成後再塗抹於表面)、面防水材(結構體成形後方施作於表面)以及線防水材(施作於結構體間縫隙)等三大類型[3]。其中，軀體防水材有「混凝土添加劑」及「水泥系防水材」兩大類，前者利用添加劑提高混凝土水密性，而水泥系防水材則包含「水泥砂漿防水劑」、「矽酸質系塗佈防水材」及「水和凝固型塗膜防水材」等三種；面防水材依材料形式有「片狀防水材」、「塗膜防水材」及「皂土(Bentonite)系防水材」等三類，主要係利用本身之不透水、抗張及可撓等性能，彌補軀體或接縫防水之缺陷，於結構體表面形成一道防水層以阻斷水份入侵；線防水材之使用場合包括結構單元之接合與裝修部位、施工縫與伸縮縫等之處理，主要有「墊片防水材(襯墊條防水、止水帶)」與「填縫材」兩種[3，5]。

(三)防水標準與等級

         地下工程之防水標準與等級，端視於工程類型、內部設施與用途型式等而有所差異，且不同國家或地區之需求亦有所差異。以目前大都會區交通運輸所倚賴的地下捷運隧道與車站為例，表一為歐洲隧道早期之防水標準(GIRNAU, 1985)，依其適用性分為五個等級，各有不同之滲漏量。美國捷運系統之防水標準，諸如舊金山(BART)、華盛頓D.C(WMATA)及亞特蘭大(MARTA)等城市，行車隧道滲漏水限制為0.71～0.82 liter/m2/day，波士頓及水牛城之滲漏水限制則分別為1.7 liter/m2/day及0.19 liter/m2/day[6]。至於，台北市捷運系統(TRTS)之防水標準，依其土木工程設計手冊(CEDM, Rev.9)之規定，區分為A、B及C三個等級，如表二所示；另依其標準規範(S.T.S/S.S)以及地下結構防水章節等之規定，對各結構單元之防水標準、添加劑(Admixture)之使用亦均有詳盡的說明[7，8]。此外，美國國家屋面工程承商協會(National Roofing Contractors Association，簡稱NRCA)(如表三[9])及美國混凝土學會(ACI)出版之No. ACI 504.1 R-82等，則對結構之防水材料與接縫處理等提出建議，經常亦被引用作為地下工程之防水標準。

         地下結構體所形成之滲漏水，可能進一步導致週邊地下水位之永久洩降(Depression)、結構體及內部設施之損壞、機電與系統安全性之降低、內部裝修與器材之損壞、長期抽水與營運維護費用之大量提高等。顯見地下工程防水品質之良窳，不但決定後續之營運品質與維護費用，更關係著工程壽命與永續經營甚鉅，是故，業主或工程人員在營造過程中，絕不能為了成本而漠視或輕忽防水工程，否則終將造成差之毫釐、失之千里之憾。

(四)防水工法與品質檢驗

地下結構設施常因開挖面與作業空間之侷限等因素，對防水施工造成極大的不便與挑戰，而傳統的地下構造物防水工法，則端視防水層施工位置、作業空間之寬裕性以及基礎開挖工法等特性，配合採用不同之施工方式，如表四所示。至於，有關防水層之佈設方式、接縫處理、管路穿透處理、中間柱防水等及相關注意要點，讀者可參考「內政部建築研究所」建築物防水設計手冊[5]、TRTS明挖覆蓋結構防水規範或TRTS隧道PC混凝土襯砌防水等圖說之說明[6]。

為確保防水層之施作品質，防水膜每舖設完成一階段，應對所有焊道、管路穿透處理以及修補處等進行必要的檢驗。CRD48-96為美國陸軍工兵署之防水檢測方式，以一定水頭並遞增水壓力於試體上，其實驗結果須達到完全無滲漏現象，為一較嚴謹之檢測方法；DIN1048則為德國國家之標準，為一檢測壓力水滲透入混凝土深度的方法。至於，TRTS之防水品質檢測，主要係以空氣壓力測試法判定焊道之焊接是否密合而不漏水；以真空罩測試轉角、角隅、管路穿透處理或修補處是否有漏氣現象；以及進行現場焊道接縫強度之測試，判定焊接處理之合格與否[7]。至於，各類防水材之物理、化學以及強度試驗等規範，如CNS、ASTM、JIS、DIN、FTMS以及BSI等，均經抽樣程序送請公立機構或中華民國實驗室認證體系實驗室(CNLA)進行相關試驗，以確保防水材之品質無誤

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