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防水工程中的工程哲学分析
叶琳昌

摘 要:通过防水工程中的一些案例,运用“工程哲学”中的世界观、方法论,就混凝土裂缝控制技术、传统沥青防水技术、植被屋面以及在市场经济下保证施工质量等问题做出了哲学分析,并对今后防水技术的发展提出新的思考。
关键词:工程哲学;防水工程;工程质量

1 防水工程现状与“工程哲学”的兴起
防水技术历史悠久。从人类穴居开始,对房屋就有“避风雨、驱寒暑”的要求,按现今说法,就叫防水和保温、隔热功能。防水技术在建筑史乃至人类文明史上都占有重要的地位。中国兵马俑、古埃及木乃伊等都是防水的典范;而都江堰水利工程历经2 260多年,至今仍恩泽于四川人民,更是人类的奇迹,这些中外防水史上的成功案例,无不包含着许多朴素的辩证哲学思想。
数据显示,我国30%~70%的房屋在3年内出现渗漏水问题比较突出。另外,我国80%左右的大坝都有程度不同的开裂和渗漏水现象,其中使用30年以上的大坝还有严重老化的问题,亟待加固处理。随着建筑节能工程在各地大量推广,已经出现不少新的技术和质量问题,从防水技术角度也迫切需要我们研究和解决。
当我们聚焦建设工程中存在诸多“问题”时发现,“人类已经不仅生活在自然环境中,而且更直接生活在工程环境中”。一方面,工程己经成为经济发展和社会变革的强大发动机,另一方面,工程活动也带来了巨大的人性、社会与环境风险[1]。正像中国工程院院长徐匡迪指出的那样“工程的设计与实践充满了辩证法”,工程中“有许多哲学问题需要研究和思考”[1]。在这种大背景下,无论是为了更好地从事工程建设活动,还是为了解决工程活动引发的各种社会和环境问题,“工程哲学”终于以不可遏止之势在21世纪的中国蓬勃兴起。作为一种“认识世界、改变世界”的哲学,工程哲学是对人类依靠自然、适应自然、认识自然和合理改造自然的工程活动的总体思考,是关乎工程活动的根本观点和普遍规律的学问[1],这是对工程哲学的定位。工程哲学体现了哲学发展的一种大趋势,体现着人类生存与发展的大智慧,值得包括防水行业在内的工程界所关注。
需要指出,建筑防水工程是建设项目中一个重要的分项工程。改革开放30年来,我国新型防水材料的发展和施工技术的进步举世瞩目,但渗漏水现象以及造成的经济损失和对环境的危害,与先进国家相比还存在不少差距。但我们也应看到,我国防水工程的实践,其规模之大、内容之多可谓“举世无双”;同时从实践中积累起来的正反两方面的经验教训,也是“丰富多彩”。如果我们能用“工程哲学”的世界观、方法论,审视和指导我们的工程建设活动,那么一定会取得意想不到的收获,也能在心灵上得到更多的愉悦。
2 防水工程中的哲学分析
2.1 混凝土裂缝控制技术
目前在地下工程中,大多采取以混凝土结构主体防水(即“结构自防水”)为依托,在迎水面采用全外包柔性防水层相结合,形成一个刚柔并济的整体全封闭的防水体系,因此确保混凝土材料及其结构的质量至关重要。但在各种自然和人为的灾害中,由混凝土裂缝引起的质量事故十分突出,造成的经济损失也很惊人。混凝土出现裂缝难以避免,由变形变化(温度、收缩、不均匀沉降)引起的裂缝约占80%,由荷载引起的裂缝约占20%。前者的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用,但以变形变化为主;后者的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用,但以荷载为主。因此在现代化建筑和开发地下空间的大体积混凝土底板或基础工程中,控制变形裂缝是设计与施工中面临的首要课题,涉及到防水工程成败的关键。而控制主要由变形荷载引起的裂缝也有一个漫长的实践和认识过程,正如我国工程结构专家王铁梦先生在一次学术报告中归纳的那样:第一代在设计上采取设置沉降缝或伸缩缝的永久性方法;第二代采用后浇带法;第三代则是采用跳仓法、诱导缝法、纤维增强混凝土法、施加预应力法等。第三代中的跳仓法简便实用,效果最好,主要内容包括超长不分缝,超厚不分层,浇筑混凝土时不埋设冷却水管,不采用特殊外加剂(尤其不宜使用膨胀剂),而仅仅在施工时采用分块(分块距离一般为30~40m)与跳仓浇筑混凝土的施工技术,跳仓间隔时间宜为7~10d,也可缩短至5d左右,确保大体积混凝土关键技术是保温、保湿养护,此时采用花管喷水或喷雾养护可取得满意效果。
大量的工程实践证明,留置变形缝与否,并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件,是否开裂与许多因素有关,跳仓法施工的成功实践说明,只要“普通混凝土好好地打”,就可以控制有害裂缝的发生,是符合“抗”与“放”的自然辩证法原则。
2.2 沥青防水技术理论再思考
从国内外防水发展历史来看,传统的沥青防水技术所以有强大的生命力,主要是沥青具有优异的防水性能,与不同材料的基层有很强的粘结力,并通过多层(一般为3层)油毡和热沥青玛王帝脂粘结而成复合体后,使防水层具有良好的水密性,同时形成整体连续的全封闭设防系统,因此能抵抗外力的破坏,且有较长的耐久年限。
沥青卷材防水技术的核心,主要是采用3层卷材,通过叠法作业与热沥青玛王帝脂复合而成,两者缺一不可。同时辅以“排汽屋面”构造,可有效防止卷材防水层起鼓、开裂等质量通病。
同时通过实验证实,多层卷材比单层卷材的抗水压能力有明显的提高,例如1层普通纸胎油毡能抗0.3MPa的水压,而2层可抗0.8MPa的水压。另外,通过1MPa的动水压实验证明,3层纸胎油毡比2层抗水压的维持时间几乎增加了23倍。而从工程调查中得知,1957年以前采用了3层沥青防水卷材屋面平均使用年限为16年,以后逐年缩短;在20世纪70年代平均使用年限只有3年,这是设计层数减少、沥青和卷材性能下降以及施工粗糙等因素的综合反应,由此引来了全国性的大渗漏,其教训是十分深刻的。目前我们不顾国情和实际结构的情况,千篇一律的过分强调采用单层屋面防水的作法就值得思考。
2.3 开发新型植被屋面符合可持续发展大趋势
种植屋面因有良好的隔热(保温)效果,不仅可改善居住条件,且可节约能源,改善城市生态环境,因而近年在全国各地得到较多应用。在现行行业标准中,将种植屋面分花园式种植屋面、简单式种植屋面和地下建筑顶板覆土种植3大类,并对防水层设防要求提出相应规定,包括使用卷材层数和对防水层提出耐根穿刺的要求等。然而从大量的工程实践效果来看,由于构造层次较多(一般有9层以上),看似多道防线,层层保险,但在各构造层之间如约束影响处理不好,对卷材防水层反而起到有害作用。与一般工程相比,种植屋面出现渗漏水的频率增多,危害性更大。渗漏部位不仅有常见的排水沟、雨水管、屋面通风道出口处、变形缝等,还可见到卷材出现大面积破损、腐烂以及过早老化等现象,这是种植屋面难以大量应用的症结所在。
下面介绍一种发明专利“复合排汽排水植被屋面”(专利号:99104466.5)。该新型植被屋面因有构思巧妙、构造层次合理、简单实用等优点,在各地推广应用后取得了很大的技术经济和社会效益,先后获得江西省南昌市科技成果一等奖、江西省建设厅科技成果三等奖等荣誉。
复合排汽排水植被屋面的关键技术是充分发挥整浇钢筋混凝土结构主体防水作用,并采取一系列的抗裂、防水以及植被保护等措施,既能减少渗漏水概率,又可延长屋面使用年限;同时在屋面保温层(兼作滤水层)内设置二级排水排汽呼吸系统,不仅消除了保温层内过多水分因高温曝晒引起的巨大蒸汽分压力带来的结构性破坏(起鼓),达到上下通汽,有水排水,有汽排汽的效果,实现大雨(或暴雨)时雨水分流,减少城市排水管网压力,同时雨水又可循环回用,节约宝贵水资源。由于这种屋面符合可持续发展的大趋势,值得大力提倡。
最后还有一个值得回味的问题。过去,普通刚性防水屋面、刚性蓄水防水屋面在我国各地早有应用,但由于始终没有抓住“蓄水”保湿养护刚性混凝土结构这一基本点,因此常出现干涸、开裂导致渗漏水,使刚性屋面虽有其名(在规范中专列一章),而实际工程中应用很少。而复合排汽排水植被屋面由于设置了保温滤水层,雨水可在屋面上得到储存,且不易蒸发,使结构混凝土长期处于湿水养护状态,就可克服材料收缩与温度应力的影响,使混凝土的各种优良性能得到最大发挥。
2.4 保证防水施工质量的3个基本要素
由于防水工程具有复杂性、系统性的鲜明特点,因此指导防水操作的施工技术必须实用可靠,并具有可操作性。防水施工技术必须将设计理念(构造)、不同防水材料的施工工法,结合具体工程实际以及外部环境,进行二次“加工”,才能产生综合效果。这种从认识的理性发展到行动的理性,再进而到现实的理性,是工程实践和工程哲学灵魂的真正体现。做到结合实际,有的放矢,并实现面对面的具体交底和指导,切忌那种“查表格”、“贴标签”无用功作法。正如这种“有限”过程可能酝酿着“无限”的突破,才能使防水技术在实践中不断深化和发展。
在防水施工中也有一些基本规律可循,其中施工程序、施工条件和成品保护是保证施工质量3个基本要素,这是作者通过长期工程实践对防水工程进行充分调查研究后得出的结论:
1)施工程序。既要考虑在具体工程中主体防水施工的程序,还应根据防水工程的特点与质量要求,安排好相关项目的施工,如降低地下水位的起止日期,室外回填土等有关项目的穿插施工等。
2)施工条件。应包括各类防水材料对基层的共同要求,如“坚实、平整、干净、干燥”,也有不同材料对外部环境与温度的一些要求;当然也包括需要防水部位的土建工程应达到有关质量验收的标准,否则就需要修补甚至返工。值得指出的是,在施工条件中还包括必要的技术间歇时间,例如混凝土或水泥砂浆的基层必须达到一定的龄期(如10d,甚至更长些),否则因温度变化和材料收缩影响可危及到防水层的质量;另外,防水工程本身也要采取分段流水作业,如卷材或涂膜,上下两层之间也有一个干燥和间歇的时间。
3)成品保护。防水工程完成后,必须与土建单位(或下一道项目的施工单位)在总包或监理工程师的监督下,办理相关交接验收手续,并对成品保护方面采取相关的约束措施。
如果满足了上述基本要素,也就正确处理了质量与进度之间的关系,从而克服了目前多数项目存在的“开工前讲质量、开工后讲进度”的通病。同时也进一步解决了防水分包单位在技术、质量问题上“事先不能(或不敢)说,出事后无话说”的不合理现象。“事后无话说”是指防水工程发生渗漏水时,防水分包单位必须承担不应该属于自己专业范围内的责任,这是在市场经济下防水单位缺少“话语权”的必然后果。
3 今后展望
纵观人类历史进展,哲学总是在人类面临巨大困惑及冲突的时期得以诞生与发展的。面对当前建筑防水工程存在的诸多问题,就会引出不少哲学思考。通过这种思考,就可揭示在错综复杂的社会环境、自然环境和市场经济条件下,防水工程隐藏的一些带有普遍性的客观规律,同时也为工程哲学的完善和发展,提供了一些新的内容和认识。
3.1 如何破解渗漏水难题
回顾30多年来中国防水工程的发展历史,基本上可以划分为2个阶段,第l阶段是1978~1991年,也可以追溯至1953年;第2阶段是1991年以后。第l阶段主要是中国实行计划经济时期,防水工程是土建公司自行施工的,防水企业仅提供产品与服务;第2阶段是防水工程主要由专业化防水公司承包,防水产品及施工逐步实行市场化,同时相继诞生了以防水材料与施工企业为主体的行业协会。
对于1991年前全国性屋面大渗漏的历史,我们还记忆犹新。然而,历经18年的防水改革与发展,渗漏水问题不仅在屋面,而且在地下工程、外墙等还是带有普遍性与严重性,造成的经济损失及社会影响与1991年以前那一次有过之而无不及,这里不仅仅是一个技术问题,更多的是当前各种社会矛盾集聚反应的结果。现在,我们又肩负建筑节能工程与防水一体化的重任,因此要把规范市场与企业诚信作为突破口,通过经济杠杆与政策措施两把利剑,来破解这方面的难题。政府及有关行业协会对此不能坐视不管,更不应该听之不作为。
3.2 当前防水工程中几个热点问题
“设计是前提,材料是基础,施工是关键,管理维修是保证”,这是多年来我们总结防水工程中的一条重要体会。而防水技术是这4方面的载体和纽带,并贯穿于防水工程的全过程,是实现防水工程功能质量和工程质量的核心。当前防水工程中出现的一些热点问题,如设防原则、防水结构以及防水材料与防水工程检测(或评价方法)的科学性等,无不与防水技术的发展和进步息息相关。
例如中国不少古建筑,虽然千年仍巍然屹立,其奥妙之一就在于屋面做得好。传统的搭盖式黏土瓦,特别是釉瓦,耐冰冻、抗腐蚀、伸缩自如;陡坡屋面排水畅通迅速,不渗不漏。2 260多年前李冰父子所筑的都江堰水利工程,它采用中卵石垒成倾斜的堰滩,在鲤鱼嘴将山区倾泻下来的江水分流,冬春枯水时,导岷江水经深水河道,过宝瓶口灌溉成都平原的数百万亩良田,汛期丰水时,大水漫过堰滩从另一侧宽而浅的河道流入长江,使农田免遭洪涝之灾。其因势利导构思之巧妙,就地取材施工之便宜,水资源充分利用之合理,至今仍为中外水利专家赞叹不已。特别是在2008年5月12日四川汶川8级大地震中,以无坝引水为特征的都江堰水利工程,仍老而弥坚,继续造福人民。可见古代防水技术体现了采用疏导与防堵相辅相成、辩证统一的设防理念,这是防水工程取得成功的重要因素。
随着历史的延续和科学技术的进步,特别是新型防水材料的不断问世,使防水技术更丰富多彩,更具时代气息,也为现代化建设工程提供了多样化的选择。然而在较长一段时间内,由于过分夸大防水材料的作用,并且不顾地理、气候条件、工程结构等实际情况,一味强调“防排并举、以防为主”的设防原则,其结果却事与愿违。殊不知,防水材料仅有性能高低、用途各异之分别,却无好坏之分。如使用部位合理,施工方法得当,包括普通混凝土、传统沥青油毡在内的防水材料,也可使防水工程做到天衣无缝、滴水不漏。反之,即使性能优异的高档防水材料也会发生渗漏,且不在少数。总之,我们要在传统技术基础上,革故鼎新,有所创新,其中最重要的设防原则,需要有一个全面准确的认识、科学的定位。
3.3 防水技术的发展方向
建设工程是不断变化发展的,“历史”走向“现在”,“现在”又要走向“未来”,人们不但关心“历史”、关心“现在”,而且关心“未来”。建设工程不可能在脱离社会的“真空”中运行,防水技术就是在社会、经济和环境变化中,寻求自己正确的发展方向。
尽管现在建筑工程结构日趋复杂,功能要求日趋多样化,防水领域又在不断拓展和延伸,但防水技术的发展必须遵循既要服务于建设工程的主体,满足有关功能质量和工程质量的要求;又要有利于工程的安全运行,达到正常的使用年限。另外,管理维修方便和循环利用也是必须考虑的因素。因此,我们应针对不同对象的建设项目,结合系统工程观点,通过对多种要素的集成、优化和创新,研究相应的设防原则、防水结构与材料的组成、施工方法以及具有现代信息技术的工程检测仪器和机器人堵漏技术等。由于防水工程是显性和隐性共存的二元化结构,因此从现在起,我们就要不失时机地组织不同专业、不同学科有关人员研究这方面的课题。而“工程哲学”与哲学辩证思维,为上述研究提供了很好的平台。另外,防水工程必须向社会开放,欢迎哲学家、数学家、工程机械学家和信息技术专家等参与合作和研究。
我们希望,从事于防水工程第一线的工程师们,也要关心工程哲学,并积极参与防水技术进步的创新研究和实践活动。可以预期,通过大家的努力,中国的防水行业将会从工程大国迈向世界强国,从而为防水技术走向现代化和跨越式发展作出应有的贡献。

参考文献
[1] 段瑞钰,江应洛,李伯聪,等.工程哲学[M],北京:高等教育出版社.2007.

[发布日期:2010/2/1] [关闭窗口]