上海江湾体育场看台防水修复工程的方案设计

[摘 要] 本文从上海江湾体育场看台防水现状及修复目标，提出了工程防水、修复原则，比较了不同防水修复方案的优缺点，并论述了具体优选的防水修复方案及所选用的材料。
[关键词] 江湾体育场，防水、修复、方案
1 前言
江湾体育场位于上海市杨浦区五角场区域，是市重点规划开发的中心区域之一，地理位置相当优越。工程始建于上世纪30年代初期。江湾体育馆看台建成后投入使用已有70余年历史，虽经历年多次整修，仍因其建筑风格独特，红砖砌体与色彩、纹理陈旧的看台相得益彰，成为现代人认识历史、回顾历史和牢记历史的不可多得的一个文物保护场所。现为上海市文物保护建筑。随着时间的推移、时代的变迁，江湾体育场时至今日已是满目疮痍。年久失修，体育场看台、结构等部位需要进行防水、加固、修复。工程修复方案设计者、文物保护专家以及本项目投标者均认为：场馆的防水处理和修复迫不得已，但修复工程一定要尊重历史，保护文物，做到“修旧如旧”。
根据上海市体育局、上海市文物管理局及相关部门的指示意见，拟将江湾体育场改建为集运动、休闲、商业、娱乐于一体的多功能建筑。一方面要求修缮后的江湾体育场能满足各项新的使用功能，另一方面又要求能保留原有风貌，体现文物建筑的历史风味与价值。
根据工程所确定的“修旧如旧”、“可逆性”的修复原则，本文从体育场看台防水现状，比较了不同防水修复方案的优缺点，并论述了优选的防水修复方案及材料。
2 上海江湾体育场看台防水现状
经勘查，上海江湾体育场其看台结构为：看台主体由预制钢筋混凝土构件组成，看台表面为水泥砂浆保护层。
由于年久失修，看台破损严重，具体表现为：
？ 表面水泥砂浆保护层多处空鼓、多处开裂，且部分已经脱落，未脱落部分的表层“脱砂”现象严重；
？ 伸缩缝的铁皮盖板已锈蚀严重，伸缩缝的防水功能已部分失效；
？ 看台间矮墙已遭破坏，暴露出来的钢筋混凝土表面亦存在风化现象，有的局部已露出钢筋，并有多处明显裂缝；
？ 最上层看台与外墙交接处多处开裂，局部开裂宽度达到4-5毫米之多；
？ 看台通道踏步因混凝土遭破坏而导致金属防滑条断裂脱落；
？ 看台下侧面大面积渗漏，局部相当严重，且表面粉刷层已脱落，周边已发霉，除掉粉刷层可以看见明显的裂缝及裸露的钢筋。
3 防水修复原则与目标
根据上海五角场城区规划，上海市体育局、文管局及相关部门的指示意见，拟将江湾体育场改建为集运动、休闲、商业、娱乐于一体的多功能建筑。一方面要求修缮后的江湾体育场能满足各项新的使用功能，另一方面又要求能保留原有风貌，体现文物建筑的历史风味。
充分考虑江湾体育场作为市级文物保护建筑，根据江湾体育场的看台质量现状与工程防水的需求，并会同设计方、文物保护工作者、工程甲方和施工方、监理方的意见，制定了如下的修复基本原则：
1) 坚持“修旧如旧”的文物保护原则，修复后保持体育场原来的风格，包括如结构形式、颜色、纹理等局部特征。
2) 坚持防水与修复并举的原则，将防水与保护层修复结合起来，使防水与结构同寿命。
3）坚持“不破坏看台现状、保证工程可恢复到原状的可逆性”原则，多道防水分层施工的临时保护性施工方案。
但是具体采用何种措施才能实现既对主体结构进行加强、提高防水性，同时又具充分考虑江湾体育场作为市级文物保护建筑，根据江湾体育场的看台质量现状与工程防水的需求，对看台防水修复工程提出如下的修复目标：
1、修复后的看台外观色泽一致，不仅恢复原貌，保持颜色的永久性，而且消除原看台中色泽不均、凹凸不平等缺陷；
2、修复后看台必须满足未来各项功能的需求，保证正常服役寿命。
采用多重防水措施，大幅度看台面层的防水效果与防水寿命。
3、防水修复工程对现在看台无破坏，保证工程具有可逆性，当拆去工程时，可恢复原貌。
4 不同防水修复方案的比较
江湾体育场看台防水修复方案中，必须解决如下难题：一是处理后的看台表面必须保证“修旧如旧”的效果问题；二是必须处理看台结构层与保护层的防水问题；三是设计中必须考虑到将来看台结构裂缝加剧、保护层继续空鼓、保护层被破坏而导致的防水失效问题。针对目前江湾体育场看台的防水、渗透现状，各公司提出不同的防水修复方案，包括压力灌浆法、喷涂有机防水液法、铺设防水卷材法、现将不同方案比较如下：
4.1 压力灌浆修复方案
对于压力灌浆修复方案，从防水效果、施工可操作性、加固、修复等方面来看均不可取。主要表现在：
4.1.1 防水效果无法保证
压力灌浆主要通过压力将一定粘度的浆液注入混凝土内部孔隙或裂缝中，起到防水、加固作用的。在本项目中，因看台结构层与砂浆层空鼓较多，如需将浆液注入结构层，因保护层承受不了巨大浆液压力而起拱、甚至破坏，当浆液压力过小时，浆液无法渗入混凝土结构中，无法修复内部结构裂缝。另外，因看台结构老化容易变形、保护层随时可能出现新的空鼓、周边新开工项目桩基的施工、看台上活荷载的不规则变化，容易导致看台结构及保护层的开裂、保护层的破坏及空鼓等变形，而产生新的微裂纹，也无法保证防水效果。因此，注浆无法保证结构层、砂浆保护层的防水效果。
4.1.2 无法对结构进行加固
前面提到，为了保护看台原有砂浆保护层不被破坏，压力注浆必须采用低压力，浆液无法压入结构层，也无法对结构进行加固补强。
4.1.3 现场施工不具有可操作性
因看台砂浆层空鼓较多，且分布在整个看台，对同一区域灌浆，可能因砂浆保护层破损的程度不易，在相同的压力下，便会发生起拱、甚至破坏，有时会发生漏浆。因此，在现场施工，根本不具有可操作性。
4.1.4 无法修复看台表面
压力灌浆必须要在看台表面凿许多不同的小孔，即使达到防水效果，因压力灌浆而遗留下来的许多灌浆孔，不仅无法修复，而且将使得看台变得更加千疮百孔。
4.1.5 压力灌浆费用高
采用压力灌浆修复方案，原材料、施工成本较高，在经济上也不可行。
4.2 喷涂有机防水液方案
喷涂有机防水液的方案尽管具有一定的防水效果，但更不可取，主要原因如下：
4.2.1 仅起表层防水作用，且不能保证防水效果
有机防水液，如永凝液、科密水等主要作用机理是喷涂在混凝土结构表面，通过与混凝土表层不同水泥水化产物发生反应，而起到憎水防水作用。前面已经分析过，原有的砂浆保护层已经严重老化，其中水泥已经完全失去活性，因此，其防水效果将会大大减弱。且其主要其表层防水作用，根本无法起到结构防水作用，同时因砂浆保护层的空鼓、开裂等因素，使得防水效果根本无法保证。
4.2.2 无法结构补强、加固
因仅是喷涂一层有机液体，对看台主体结构根本起不到结构补强、加固等作用。
4.2.3 无法修复砂浆保护层
有机防水液也无法修复砂浆保护层。从这几个方面来看，喷涂有机防水液防水修复方案根本不可取。
4.3 铺设防水卷材方案
卷材防水施工方案在防水、修复、可逆性方面具有一定优势，但在结构荷载、防水效果、使用方面、恢复原貌方面等存在一定的问题，主要在于：
4.3.1 结构方面
砂浆保护层加重了结构的负载，大大降低现有结构的稳定性与安全性。现有的结构本身安全系数远低于现代建筑。如果砂浆保护层太厚，保护层自身重量加大，则对结构稳定性与安全性不利。如保护层太薄，则压不住卷材。对结构的保护不够。江湾体育场看台保护层砂浆多处开裂、空鼓、甚至脱落，导致部分钢筋锈蚀及混凝土碳化。如果采用在表面铺贴防水卷材进行防水处理，由于卷材容易空鼓，钢筋仍然有可能因雨水而继续锈蚀、混凝土因空气而继续碳化、老化而破坏。
4.3.2 防水方面
因原砂浆保护层空鼓比较严重，且空鼓的地方比较分散，使得卷材与砂浆基层的粘结无法牢固，尤其采用点铺法铺贴卷材。防水效果也无从保证，根本达不到预期的防水效果。卷材容易受拔风现象的影响。因为看台面积大，卷材与基层粘接不牢，因此容易出现拔风现象，从而导致防水失效。不能保证好的防水效果。如果采用点粘法施工，因为施工面积大、卷材未能贴实，整个防水层如一张大的油布覆盖，一旦卷材的某个部位被破坏，雨水可在卷材与基层之间随意流动，有结构裂缝或结构层较弱的地方就可能渗漏。
4.3.3 使用方面
防水卷材施工方案根本无法保证、满足未来的使用功能。从目前的砂浆保护层现状来看，因砂浆层空鼓多且分散，卷材又是有机柔性防水材料， 而施工在防水卷材上面的砂浆层又是刚性防水层，因此，最终将形成“三明治”，很容易形成错层，即使是最好的卷材也容易断裂、砂浆层容易破坏。无法满足基本的使用功能。
4.3.4 恢复原状方面
本选用卷材施工方案的目的是为了有效地保护体育场看台原有风貌。设想若干年后，除去卷材后，仍可保持原砂浆保护层风貌，实际上，这是很难做不到的。
1．卷材的粘接对基层有一定的破坏。卷材施工后，难以撕掉表面的卷材防水层，更难以清理粘贴在现有表面的粘贴物，且在撕掉卷材的同时也会将原有的砂浆保护层（特别是现在已空鼓、松动、起壳、开裂的地方）破坏掉。
2、表面现状难以维持。
原看台表面的的空鼓、起壳等情况未能处理，意味着卷材层上的古色砂浆也随之空鼓、起壳。特别是台阶、女儿墙立面部分的砂浆容易脱落。
另外，从卷材易老化、耐久性差，工程的耐久性、经济性来看，采用卷材施工方案都是达不到的。
5 多重防水修复优化方案
从不同的防水修复方案比较来看，单一的防水修复方案是远不能满足工程的需求。从看台防水、使用、文物保护、修复原则等多方面综合考虑，最终提出了多重防水修复优化方案：基层预处理→面层硅烷防水处理→玻璃纤维布隔离层→水泥基聚合物防水涂膜层→超薄复古防水砂浆→面层硅烷防水处理等措施的防水方案。本方案不仅具备良好的防水效果、满足今后使用功能，而且具有较好的施工可逆性，对文物损坏最小，最大程度保护原有文物等特点。
5.1 看台防水维修施工方案
5.1.1 看台表面处理
1）清理表面层的灰尘和返砂部分；
采用机械打磨干净表面的灰尘与返砂部分，查找并标示较大的裂缝。
2）裂缝处理方法：
（1）清理裂缝中的残留物质；
（2）用渗透结晶型防水材料填缝；
（3）刷浆： 稍微用水洒湿填缝的表面，然后在所修复的区域上再涂一道渗透结晶型防水材料灰浆（向裂缝的周边各延长5cm刷浆）。
3）缺损、剥落部分的复原修复；
（1）配制与缺损部位周边相近的古色砂浆进行补平；
（2）对修补的古色砂浆进行养护。
5.1.2 面层渗透材料的防水处理
设计使用的渗透防水材料为单组分硅氧烷渗透剂，有斥水、隔离和界面作用。
1）清理基层表面的浮尘、油污、霉、污物及不清洁的矿物材料；
2）保证基面表面干燥；
3）涂刷硅氧烷渗透防水剂。
5.1.3 耐碱玻璃纤维隔离层的施工
1）采用多孔玻璃纤维布作隔离、粘结层；
2）用文物修复专用粘结剂将纤维布粘结在基层上（粘结剂对基层无损坏作用且清洁方便）；
3）纤维布搭接宽约10cm，且用专用胶粘接；
5.1.4 聚合物水泥基防水涂膜层
1）采用聚合物水泥基防水材料将金属压条上、下口进行密封；
2）涂刷第一遍聚合物水泥基防水涂膜层；
3）在阴、阳角处铺设玻纤网格布，增强阴、阳角抗拉伸强度；
4）涂刷第二编聚合物水泥基防水涂膜层；
5）聚合物水泥基防水涂膜层与金属压条能紧密结合。
5.1.5 超薄复古防水砂浆的施工
在聚合物防水涂膜层上施工一层超薄高强复古砂浆保护层，复古砂浆保护层中掺入水泥基渗透结晶型砂浆防水剂，使超薄复古砂浆保护层具有良好的耐磨、柔性、抗裂、防水及高强等功能。
为了达到“修旧如旧”的效果，通过特殊材料和工艺，使面层砂浆的结构、色彩及质感基本保持修复前的原貌，从而与场馆整体结构构造和风格保持协调一致。根据江湾体育馆原有看台表层砂浆层层的色彩、质感及纹理，配制了具有相同色彩、纹理的复古砂浆，其耐老化性和色彩持久性优良。并与原有色彩、质感和纹理相同，同时又添加了抗渗、抗裂等特殊组份，必将使江湾体育馆看台面层的修复不仅达到“修旧如旧”的效果，而且使用更加持久。
5.1.6 砂浆层硅烷防水处理
采用单组分硅氧烷渗透防水剂，具有良好的渗透、防水、斥水、隔离作用。
1）清理复古砂浆表面的浮尘、油污、霉、污物及不清洁的材料；
2）保证基面表面干燥；
3）涂刷硅氧烷渗透防水剂。
5.2 本方案的主要特点
1、看台防水修复后的砂浆保护层超薄，总厚度不超过1cm。可大大减小增加结构的自重，提高结构的安全性可靠度。
2、具有良好的使用防水效果，本方案采用多重防水施工工艺，充分保证了良好的防水效果。
3、本防水修复方案具有较好的可逆性。保证在铲除附加防水修复层后，对看台的结构、外观、质地等没有任何影响。施工方案对看台的影响降低到最小程度。
4、完美的细节节点的处理工艺，如阴阳角的处理工艺与措施，充分保证了修复后的看台使用功能。
5、砂浆保护层的施工方法，可大大提高看台的使用功能、使用寿命。
6、本工程的防水修复方案，能较大程度的降低工程造价。
6 结语
上海市江湾体育场修复工程是上海市重点文物保护工程之一，通过提出的防水修复方案的施工，不仅使修复后的江湾体育场满足各项新的使用功能，同时，又充分坚持了上海市文物管理局提出的“修旧如旧”、“可逆性”的文物保护原则。使得上海江湾体育场既保留原有风貌，又体现文物建筑的历史风味与价值。
1．先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学)，上海 200092；
2．上海安济建筑工程有限公司，上海 200032
3. 上海市文物管理委员会地面文物管理处，上海 200001)