基于自動疏水系統的地下結構主動抗浮研究與應用*

李軍心

(1.中建四局建設發展有限公司，福建 廈門 361000； 2.西安交通大學人居環境與建筑工程學院，陜西 西安 710049)

0 引言

隨著中國經濟持續快速發展與城市化進程迅猛推進，單純依靠高層建筑向上拓展空間已不能滿足城市發展對土地的需求。錢七虎[1]指出有序、合理、綜合、高效地開發利用城市地下空間資源，是解決以上述矛盾為主的“城市綜合癥”最有效。

但是隨著地下空間向下向深不斷開發，地下水位差引起的建筑基底抗浮問題日趨突出。南方沿海城市高地下水位區域尤為突顯，同時我國地下空間開發時間較短，理論研究與設計方法均存在一定不足，容易在工程建設中出現嚴重問題，如海口市夢幻園商住小區裙樓，因受大暴雨襲擊導致地下水位抬高的浮力影響，致使興建中的2層地下室箱體浮出地面高達 4.5m[2]；佛山永豐大廈塔樓與裙樓內庭地下室地面上拱 213mm[3]；此外，我國臺灣地區也發生過多起建筑地下結構抗浮失效的工程事故，其地下結構整體上浮或底板隆起，引起底板和梁柱節點等處開裂破壞，造成了嚴重后果[4]。

以往的工程實踐中，傳統的地下結構抗浮設計主要是“加”法，通過不斷增加結構抵抗力來抵消基底浮力，也稱被動式抗浮方法，如配重法、抗浮錨桿法、抗浮樁法等；但是隨著地下結構開發更深更大，該方法將導致工程經濟和時間成本的大幅增加。

近年來，地下結構抗浮設計開始嘗試 “減”法，通過疏水系統排泄地下水來減少基底浮力，也稱主動式抗浮方法，該方法節省抗浮結構措施，可大幅減少工程經濟和時間成本。覃亞偉[5]以深圳某大型地下停車庫建設為研究背景，通過從工期、全壽命周期費用等七個方面系統全面研究地下結構泄排水減壓抗浮方法；干泉等[6]通過采用 FLAC3D 軟件對五角西岸住宅項目的地下室進行抗浮分析，探討了泄水減壓法在地下室抗浮設計中的原理，研究了泄水減壓技術在實際工程中的適用范圍和主要特點；曹洪等[7-8]研究地下結構截排減壓抗浮概念及應用，并介紹一種利用排水廊道進行坡地地下結構抗浮的方法；郭海等[9]，代廣偉等[10]，結合不同項目分別介紹了地下室結構底板疏水層施工技術。

1 工程概況

華爾頓1275(和昌中心)項目位于福建省廈門市環島干道西側、國際會展中心西北側，總建筑面積約32.34萬m2，其中地上建筑面積約17.88萬m2，上部由3棟46m小高層住宅1，2，3號(14層)，6棟106～146m超高層住宅4，5號(32層)，6，9號(38層)，7，8號(45層)組成。項目效果如圖1所示。

圖1 項目效果

本項目地下室建筑面積約14.46萬m2，項目地勢西高東低，東西高差約為12.7m，西區最深處由5層地下室組成，且本工程位于海邊，地下水豐富且水位較高，地下室底板抗浮問題尤為突出，如圖2所示。

圖2 項目地勢示意

2 設計方案

2.1 總體方案

本項目地下室底板原設計采用抗浮錨桿。為了達到抗浮要求，需要施工大量錨桿，其作業周期長、成本高、施工期間噪聲大、持續時間長，對周邊環境存在較大影響。為減少對周邊居民生活影響，經過論證，選用一種板底濾水層降壓新技術，該技術通過濾水層過濾地下水，再經過誘導板誘導水進入S形排水板中，利用地下水壓力將地下水排至疏水涵洞中；通過計算得出市政管道開口高度，由于水壓力，水自動由輸水涵洞排至市政管道，從而降低地下水浮力，達到主動抗浮目的，從而免去大量錨桿施工，同時加快施工進度，節省工程造價。

2.2 疏水板設計

疏水板由下往上材料依次為土工布、碎石層、誘導板、雙層S形塑料排水板、薄膜、墊層、地板，如圖3所示。

圖3 疏水板斷面

2.3 集水涵洞設計

集水涵洞主要由0.8m×1.8m集水涵洞、 0.8m×1.2m排水豎井、防倒流鴨嘴閥、市政集水井等組成，如圖4所示。

圖4 集水涵洞示意

3 自動疏水系統施工工藝

3.1 關鍵工序

根據自動疏水系統特點制定關鍵工序如下：①驗槽后，使用土工布覆蓋基層，并在土工布上鋪設100mm厚砂石作為濾水層；②用土工布包裹誘導板，并放置在砂石上，在誘導板上放置土工布包裹的S形排水板，水通過S形排水板排出，在上面覆蓋薄膜，薄膜與薄膜之間須連接密實，并澆筑墊層；③疏水系統連接至疏水涵洞，接口密封嚴密；④通過水壓力和建筑自身抗浮能力計算出市政管道開口高度并開口，安裝反流閥門(防止市政水倒流)。

3.2 詳細工藝

1)場地平整 根據圖紙標高，采用人工進行場地平整。

2)土工布鋪設 采用土工布(需達到200g/m2)進行滿鋪，土工布交界處采用膠帶進行粘結，避免出現漏洞。

3)誘導板安裝 采用土工布將誘導板包裹，不得有漏洞；包裹完成后，根據圖紙間距(輻射范圍為誘導板左右2m)進行鋪設。

4)雙層S形塑料排水板安裝 將雙層S形塑料排水板疊合放置，并采用土工布包裹密實，放置于誘導板上；當遇過梁時采用鍍鋅方鋼做橋架，避免梁受力影響排水板性能。

5)薄膜鋪設 采用薄膜進行全面覆蓋，交界處采用膠帶粘結，避免混凝土滲至誘導板和雙層S形塑料排水板，將其堵塞，從而導致疏水性能降低。

6)墊層澆筑 根據圖紙進行墊層澆筑，墊層澆筑過程需注意成品保護，避免對疏水系統的破壞。

7)集水涵洞施工及閥門安裝 在施工地下室外墻的同時，在地勢低且靠近市政管道一側，設置集水涵洞，并將所有地下疏水板連接至集水涵洞中，確保水匯集至此；對市政管道進行開口，并在開口處設置反流閥門，確保市政水不會反流至涵洞中。

4 結語

1)華爾頓1275(和昌中心)項目已竣工1年多，并交付業主使用，未發現因抗浮不足造成的各種問題；且物業在集水涵洞中抽取水用于小區綠化澆灌，綠色環保。

2)自動疏水系統施工僅需1周時間，與原設計抗浮錨桿工藝比較，自動疏水系統安裝簡單快捷，施工工期短，且減少噪聲對周邊環境影響。

3)以華爾頓項目為例進行計算，原設計項目錨桿施工費用約2 800萬元，自動疏水系統施工費用約400萬元，節約造價約2 400萬元。