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(北京凯盛建材工程有限公司，北京 100024)
目前，工业建筑、民用建筑、市政工程的给排水专业中，介质管道在地下水位层内埋设穿越建筑物、构筑物等外围护结构墙体时，均执行《标准图集》。条文3.6规定，“防水套管的安装位置应尽量避开沉降缝、伸缩缝或两个较近距离的构（建）筑物，特殊需要时，必须经结构工程师设计选用”[1]。大型水泥设备生产线设备厂房均相邻设置，并且介质管道长期处于工作振动状态。目前，传统的设计方法是调整设备介质管道走向与敏感地带的相对位置，同时要求结构工程师增大局部设备管线穿越处建筑地基基础，以减少构(建)筑物与介质管道二者在交集处产生的相对位移量，修改后的施工方案，技术复杂、成本高，后期一旦出现渗漏，维修难度较大。
1.1 结构原理
B型结构是《标准图集》中最完善的柔性防水套管密封结构(见图1)。
图1 B型柔性防水套管结构
该结构用于介质管道1穿越墙体01的柔性防水密封结构图，包括套装有介质管道的穿墙套管02和分别设置在介质管道与穿墙套管之间的迎水面侧、背水面侧的密封组件03。其中，穿墙套管预埋于墙体中，迎水面的密封组件形成第一道密封结构，第一道密封组件采用密封材料（沥青麻丝、聚苯乙烯板、聚氯乙烯泡沫塑料板）和简单的密封膏036（聚硫密封膏、聚氨酯密封膏）组成，密封为刚性材料，并用于焊接在穿墙套管内部的内挡圈024作为单向约束定位封堵嵌缝处理得到。背水面的密封组件形成第二道密封结构，第二道密封组件采用橡胶密封圈031（柔性材料）作用在焊接于穿墙套管内部的内挡圈和L形法兰压盖035的双向约束定位封堵预紧得到，穿墙套管外部设有中部翼环板022和两侧端部翼环板023，中部翼环板埋设在墙体内，作为穿墙套管体与结构墙体的防水翼环，两侧端部翼环板凸出墙体。
1.2 现有《标准图集》中的柔性防水套管（B型）结构存在不足
1.2.1 穿墙交集处内部，介质管道双侧支点受力不均衡
该结构中的第一道、第二道密封组件所采用的密封方式、密封材料不同，使得介质管道1在穿墙套管2内部的两侧支撑点受力不一致，刚性密封膏不能吸收合理变形位移及介质管道的工作振动位移量，易受到破坏，影响整体密封效果。
1.2.2 穿墙套管双侧端部翼环板设计位置不正确
穿墙套管02的两侧端部翼环板023凸出墙体01，该种设置方式不便于施工过程的模板支护，也不利于与墙体的结构钢筋生根固定，两侧端部翼环板凸出墙体部位不能与混凝土产生紧密接触，最终影响穿墙套管整体与墙体密封强度。由于金属穿墙套管与混凝土属于两种不同材质，物理膨胀系数不同，必然导致相互接触面之间产生渗漏缝隙，形成泄漏通道LC1。仅靠中部翼环板022止水，难以保证在地下水位较高、渗透压较大情形下的防水密封功能。
1.2.3 穿墙套管内部挡圈设置、装配方式不合理
现有的内挡圈024均设置在穿墙套管02的内部，内挡圈的两端侧与穿墙套管内侧面实施满焊，当穿墙套管的管径规格较小时，加工难度较大，甚至无法在内侧施焊，若外侧焊接会直接影响柔性密封材料的变形空间及其使用效果；
当第一道密封组件失效时，由于两个焊接固定于套管的内挡圈遮挡，无法从背水面修复损坏了的第一道刚性密封材料，维修成本大。
1.2.4 柔性材料预压锁紧方式不正确
现有的第二道柔性密封结构的L形法兰压盖035，在预紧施工过程中，螺栓组034作用在其上，将预紧力传递给密封圈，且L形法兰压盖与穿墙套管的端部翼环板023之间留有装配预紧空间，用以调节密封圈的预紧量H。介质管道1的长期工作振动中，螺栓组无法实现自锁功能，易松动。若将L形法兰盖与穿墙套管的端部翼环板直接紧贴锁固，虽能实现螺栓组的紧固自锁功能，但无法控制密封圈的合理预紧力及密封变形量，缺失调整环节。
1.2.5 柔性防水套管使用刚性密封材料不正确
在墙体01迎水面处的介质管道1与穿墙套管02之间的第一道密封组件采用刚性的密封膏036密封，按照最不利密封材料组成原则，该密封结构应定义为刚性密封结构。
1.2.6 迎水面阻水设防方式不正确
现有设置在建筑物墙体01的外侧迎水面的第一道密封结构采用外端开放方式，未设置减压阻水及《人民防空地下室设计规范》中规定的战时状态下抵抗冲击波的抗力挡板，未做到等强度设计。
为了解决现有的《标准图集》柔性防水套管防水密封结构受力不均衡、密封面位置不正确、预埋套管与墙体连接强度不够、零部件加工复杂、密封性差、施工难度大、维修成本高、难以适用地下水位较高和渗透压较大的建筑场合等缺陷，本文采用一种适用于位于地下水位层内、渗透压力大，并能满足《人民防空地下室设计规范》的柔性防水套管密封结构设计方法(见图2)。
图2 柔性防水套管
2.1 工作原理
密封组件3包括均衡设置的两道柔性密封组件，即位于墙体01迎水面的第一道密封组件和位于墙体背水面的第二道密封组件，均包括具有预紧力的多个密封圈31和对应的端部挡板32（迎水面密封挡板321或背水面预压挡板322），且两道密封组件之间由套装在介质管道1上的预压挡环33隔开，也便于预压挡环在沿介质管道自由移动；
迎水面密封挡板焊接固定于穿墙套管2的迎水面端部翼环板231上，起到在轴向方向约束迎水面密封圈311的作用，改变了现有结构的开放无约束状态，采用焊接方式。非固定式预压挡环33结构改变了原有从迎水面进行维修的方式，维修时不需要拆除迎水面密封挡板。双侧端部挡板与介质管道之间留有径向余量（即综合变形间隙），使得介质管道的振动及建筑物产生的综合变形被柔性密封材料吸收，防止其直接作用于刚性结构（密封挡板321）上。预压法兰压盖与背水面端部翼环板232采用预压紧固螺栓组34紧固锁紧连接，密封圈的压缩量应为所有密封圈总长度的20%。由于墙体的厚度不同，穿墙套管的翼环板并不限于三个；
密封组件3并不限于两道，可通过轴向预压挡环33分隔设置多组柔性密封圈。
2.2 改进后整体结构特征
2.2.1 调整翼环板位置，实现一举多得
为防止穿墙套管021与墙体01之间的渗漏缝隙现象，在新密封结构中将穿墙套管02的端部翼环板023回缩至墙体中，端部翼环板的外部端面与墙体的表面处于同一平面，中部翼环板起到建筑密封学中的“止水板”效应，当端部翼环板回缩至墙体中，与中部翼环板共同构建形成机械密封学中的“迷宫结构”，即使各自翼环板与墙体之间存在膨胀间隙，渗漏水要想渗透至背水面侧需要依次越过各道翼环板，每经过一个翼环板，渗漏水需经过一次90°的爬坡过程，这一过程急速降低渗透压力，起到阻水、止水作用，多个翼环板形成的迷宫式结构依次消耗渗漏水的渗透压力，使得渗漏水无法穿越最后防线渗透到建筑物内部(见图3)。
图3 新密封结构端部翼环位置
改进后的端部翼环板023的外部端面与墙体的表面处于同一平面，还有一个作用是可使得穿墙套管02的翼环板与墙体01的结构钢筋有效连接固定，同时便于墙体的浇筑施工过程的模板支护，增加穿墙套管与墙体的密封效果和连接强度，增大地下水位层的抗渗透压能力。
2.2.2 将原有刚性密封材料统一为柔性密封结构
①改进后的密封结构符合密封学中关于柔性密封组件作用封闭空腔的搭建原理，改变原有单向约束的开放密封形式。
②运用了液压传动学帕斯卡连通器原理，使地下水位的渗透压力通过增设迎水面密封挡板321与介质管道1之间的综合位移间隙减压后作用于迎水面密封圈31、32，大幅度降低密封材料所承受的压力（起到建筑学给排水专业中的“减压孔板”作用）；
进一步提高密封组件的密封性能，改变原有迎水面阻水设防方式。
③结合《人民防空地下室设计规范》中穿越具有预定功能的地下相关管线要具有抵抗战时冲击波作用，该结构在迎水面密封挡板321起到规范中规定的“抗力片”作用。保证穿越介质管道与套管之间的密封材料部位与外围护结构的等强度，同时延长密封组件的使用寿命。
④两端密封组件使用相同结构，同时解决了穿墙交集处内部、介质管道双侧支点受力不均衡的问题。
2.2.3 将原有固定预压密封挡圈改为滑动可调式
现有穿墙套管2的内挡圈改为独立非固定式预压挡环，该预压挡环33在介质管道穿过穿墙套管后安装，起到现有防水密封结构的内挡圈的作用，同时在介质管道安装穿过穿墙套管的过程中，介质管道与穿墙套管之间的装配间隙由原来的f1增大为f2，该结构不但省略原有焊接加工方式，使得该零部件加工简单，同时大幅度降低了安装难度(见图4)。
图4 密封结构装配示意图
2.2.4 改变整体柔性材料预压预紧结构方式
密封学原理上该装配预紧量定位值H可以通过计算密封材料的预压缩值获得,但在实际施工中由于各种误差的积累，控制难度较大。目前浮游的紧固方式达不到紧固锁紧的作用，仅能起到预紧压缩量的定位作用，原因是作用在螺栓组的方向反作用力来自柔性密封材料而不是刚性物体，无法实现螺栓紧固扭矩，达到螺纹副的自锁状态，螺母处于浮游状态，在介质管道或墙体的振动下，螺母与螺纹配合副产生松动位移，已设定预紧压缩量量值无法长久保证，防水密封效果随之失去。本设计采用无焊接分体件（即背水面的预压法兰压盖和背水面轴向预压挡环333的组合）代替焊接组合件，该密封结构具备以下特点：
①本预压挡板可利用标准法兰盘进行改制加工，产品质量得以保证，有利于标准化、市场化，将原凸出墙体的结构方式改为与墙体贴敷，美观性好。
②利用可现场切制预压挡环33尺寸，能将现场加工误差、建筑物墙体误差及各种产品误差累计，准确设计预压挡环的长度，保证密封材料的预压缩量，进而保证密封防水密封效果。
③由于预压挡环33的精确配置，使得预压法兰压盖能够作用在刚性材质穿墙套管的端部翼环板23上，预压紧固螺栓组34紧固到位，无须控制原有不可控的装配预紧量定位值H，取消了原有调整环节，使现场装配施工极为简单。
④运用机械学紧固原理，将原有螺母的浮游紧固方式改为刚性接触螺栓紧固状态，紧固扭矩满足预定值，使螺栓组长期处于自锁状态，真正做到紧固到位不易松动，避免了原有结构方式在使用过程中的松动现象。
⑤简化了L型法兰压盖的加工工艺，采用改进后的法兰盘（背水面预压挡板322）和背水面轴向预压挡环333分体设置，降低了加工难度及尺寸精度，原有短管的各种加工误差不再影响综合变形间隙值，背水面预压法兰压盖与介质管道之间值可按照综合变形间隙设计，便于装配施工。
通过实施案例证明，本发明的柔性防水套结构管的设计方法适用于民用（包括人防地下室的给排水管道、电气管道、水暖管道）、工业（含水泥生产设备介质管道）在穿越处由于各种因素（包括冲击波、地震、振动，沉降、伸缩；
介质管道工作产生的压力振摆、水锤、振动等）产生二者相对位移，同时外界地下水位高、渗透压力大，要求具有防渗漏密封功能的构（建）物墙体。
地下高水位地区的柔性防水套管对水泥生产设备机电管线的安装、建筑结构的整体强度及防渗漏密封性能起到举足轻重的作用，但由于目前的国家标准、施工图集还不够完善，设计单位缺乏设计依据，施工单位缺乏相应图集，监理单位缺乏执法理论，因此期待国家尽快制定相关标准，绘制相应施工图集，通过整体把控和精细设计，制定完善施工方案，建立监理咨询工程师全方位、全过程、全负责的质量控制体系，进一步保证水泥生产设备安装运行及整体建筑结构的安全可靠，实现预期功能[2]。
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