靜水壓力釋放技術在地下工程中的應用

張延欣，梁全雷，丘志東，張 龍

(中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665)

1 工程概況

廣州國際金融城AT090902地塊項目位于廣州市天河區黃埔大道與科韻路交匯處，工程總建筑面積35萬m2，包括塔樓、裙樓和變電站3部分，地下建筑面積11.8萬m2，主塔樓地上65層、地下5層，裙樓地上9層、地下5層(底板標高為-26.700m)。根據勘察資料顯示，場地地下水主要有孔隙水和基巖裂隙水兩類。場地孔隙水主要賦存于第四系砂層，透水性較好，含水量豐富；基巖裂隙水主要賦存于層狀強、中風化砂巖中，場地巖體完整性較好，裂隙一般發育，多閉合，屬弱透水性，基巖裂隙水含量較貧乏?；A底板處于微風化砂巖中，巖層透水性弱。

2 靜水壓力釋放技術

項目屬于超大深基坑，如采用增加自重法、抗拔樁或抗浮錨桿抗浮，存在地下結構費用過高、工期影響較大且具有潛在施工風險。CMC靜水壓力釋放技術是近年成熟運用于地下室抗浮的施工工藝，是集永久性改變土層動態滲流壓，使基底水壓保持固定值、控制地下水浮力對結構體的影響和永久保持地下室干燥功能的方法。

靜水壓力釋放技術需要一定的場地和工程條件，該技術可廣泛應用于基礎四周支護擋土結構有連續整體性、可形成封閉的止水環境；支護擋土結構下端深入下臥地層，且基礎下方到擋土設施底端，存在穩定、較大厚度且滲透系數≤10-5cm/s的土層或巖層的工程。后期對回填肥槽中上層部位亦進行黏土或素混凝土層阻水封閉，通過這些措施將基礎與四周的基坑之間形成一個小范圍整體封閉夾層空間，從而達到在不影響周圍地下水文條件的情況下，利用夾層封閉范圍內靜水壓力釋放技術實現地下室穩定抗浮的目的。

靜水壓力釋放技術采用“放”的思路進行水浮力處理，主要原理是在新建結構物基礎下方架構具有過濾、導水、集水、出水等功能，且于結構物使用年限內具有永久性功能的自動排水系統，利用基礎下低透水地層的透水特性，將基礎下方積蓄的靜態水壓力轉換成動態滲流壓，并將滲流至基底的壓力水以自然溢流的方式，經過濾、匯集后通過集水系統及可控制基底水頭壓力的氣密式出水系統，排放到專用清水池水箱或原設計廢水池中，再以建筑物本身廢水排放系統排出或以專設管道回收再利用的一種工藝。

考慮采用CMC靜水壓力釋放技術的地下結構多為單純浮力控制或局部大面積浮力控制的建筑類型，且基礎底部透水層多為黏性土、粉性土。對于本工程而言，沒有現成的案例可參考。必須結合現場實際情況，采用結構體系優化和滿足靜水壓力釋放技術適用條件，填補巖層透水缺陷，達到地下室能在后續使用過程中具有穩定抗浮功能的目的。

3 關鍵技術分析

3.1 關鍵問題分析

在進行靜水壓力釋放技術設計時需要進行充分考慮，當基底水浮力釋放后，基底承載力是否能夠符合結構物荷載要求。必須保證靜水壓力釋放層內只有基底滲透水。結構物存在高低層樓區配重不同，低層浮力過大，可能造成高低層區接口基礎底板破壞的情況。補償式基礎坐落于低透水地層，結構物構筑過程中無法有效降水，當上部結構尚未構筑完成(上部質量不足)，遭逢長期降水可能導致地下水浮力陡增，從而造成基礎底板及地下室樓板破壞的情況。

3.2 技術措施

工程采用巖石地基上的柱下擴展基礎，塔樓上部結構采用鋼管混凝土柱框架+鋼筋混凝土核心筒混合結構，裙樓上部結構采用現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構。

在地下室底板下設計靜水壓力釋放層；施工濾水系統將濾水管道引入基坑周邊的集水井排水系統，地下室底板下設置250mm高排水架空層(支墩+預制板)，與設置的排水溝形成一個整體的排水空腔系統，將滲入架空層的地下水經排水溝排至周邊集水井后用潛水泵抽排走。利用此永久濾水降壓系統作為地下室后澆帶封閉之前的施工階段降排水系統，直到竣工移交運行永久的靜水降壓系統。

為了確保靜水壓力釋放層的安全應用，設計要求在地下1層～地下3層地下室側壁與支護結構間回填黏性土，并分層壓實，回填后的黏土層滲透系數要求應≤10-5cm/s；在地下3層～地下5層地下室側壁與支護結構間回填C15素混凝土，對地下室外側基坑進行封閉(見圖1)。在室外地坪位置沿建筑物周邊設置排水溝，阻斷地表水的補充，確保靜水壓力釋放層內只有基底滲透水，避免基底周圍地下水位下降而產生安全問題，保證該靜水壓力釋放系統不影響原地下水文狀況。

圖1 靜水壓力釋放層剖面

4 預制板優化與生產

4.1 預制板尺寸優化

1)預制板厚度優化

原設計預制板厚度為50mm，從加工廠到施工現場的運輸距離為90km，50mm厚的預制板在材料運輸及安裝過程中極易出現損壞的情況，為了降低材料在運輸及安裝過程中的損耗，項目將預制板厚度修改為80mm。

2)預制板平面尺寸優化

原設計預制板尺寸為1 000mm×1 000mm，現場施工中板與板之間的板縫數量較多，板縫處理不當易造成底板混凝土漏漿情況，且預制板現場工程量較大，增加單塊預制板的平面尺寸可有效減少現場重復工作。項目通過與設計溝通，成功將預制板尺寸修改為1 000mm×2 000mm。

經優化后的預制板在兩個方面體現出優勢：可有效減少預制板在材料運輸及安裝過程中出現損壞的情況，有效降低材料損耗；可減少板縫數量，加快現場施工進度，減少底板混凝土漏漿事故。

4.2 預制板生產

預制板采用工廠化生產加工技術，執行建筑工業化的標準，將現場濕作業轉化為工廠干作業施工，采用自動化流水線、標準化生產定型預制構件，在滿足預制構件批量生產加工和集中供應要求的同時，達到節約工期的目的并滿足綠色施工要求。同時為保證在預制板安裝后有10mm左右的縫隙進行調位，1 000mm×2 000mm標準的預制蓋板按照實際尺寸993mm×1993mm進行生產，尺寸精度要求控制在±3mm偏差范圍內。

5 靜水壓力層施工

本項目靜水壓力釋放層主要設置在工程標高約為-27.000m處，施工時地下室梁柱尚未完成澆筑，相關施工部署比較方便。在排水架空層施工完成后，在預制板上方澆筑厚300(400)mm底板。

5.1 施工順序

靜水壓力釋放層施工工藝流程如圖2所示。

圖2 靜水壓力釋放層施工工藝流程

5.2 施工參數及控制要點

5.2.1混凝土支墩定位及標高確定

在施工前采用CAD軟件及BIM軟件對整個現場預制板進行統一排版，以排版完成后整條預制板的邊緣線為軸線，以縱橫軸線交叉點來確定支墩的位置；在滿足工程精度要求及保障工作效率的前提下，本工程的支墩標高確定，采用常規方式進行(見圖3)。

圖3 支墩定位確定

5.2.2排水溝

疏水層內的水溝為素混凝土水溝，混凝土強度等級C15。水溝內側吊模使用18mm厚膠合模板制作安裝，底部墊φ8馬凳鋼筋；排水溝位置可根據現場條件適當調整，排水溝底部及側面素混凝土面層每隔10m設縫，縫寬30mm。留縫做法為：制作與水溝截面相同的定型模板插板，在澆筑混凝土前，在需要留縫的位置插入定型模板插板，隨即對稱澆筑混凝土，在混凝土初凝后終凝前拔出插板，形成伸縮縫。

5.2.3預制板安裝

由于預制板尺寸及質量較大，現場采用手動液壓叉車+人工輔助方式進行搬運安裝；對于設備難以安裝部位，采用人工在預制板的4個預留孔處用拉桿進行抬放安裝。

1)特殊形性部位施工方法

采用CAD軟件進行初步排版，對外墻側壁邊緣、基坑支護的格構柱、塔式起重機基礎、施工升降機基礎、上下基坑通道基礎、承臺及集水井等局部異形部位及不規則的位置，采用先鋪2 000mm×1 000mm×80mm標準規格的預制板，再鋪2 000mm×500mm×80mm，2 000mm×200mm×80mm，2 000mm×100mm×80mm，1 000mm×1 000mm×80mm等非標準規格的混凝土預制板，對無法鋪設混凝土預制板的位置，四周砌120mm墻然后現澆C15混凝土，現澆補充的混凝土面與鋪設的預制鋼筋混凝土板面相平，盡量減少現場對預制板成品的切割浪費，使整體的觀感效果及質量更佳。

2)地下室側壁邊

針對預制蓋板與側壁的連接位置，首先按照排版圖進行放線定位，放出磚胎模的定位線，然后進行C15混凝土回填，最后拼裝預制板(見圖4)。

圖4 外側壁邊緣現澆混凝土填補示意

3)基坑支護格構柱

在格構柱的區域，格構柱樁基礎混凝土鑿平至預制板面標高，沿格構柱樁基礎四周邊砌120mm墻磚模，磚模內側采用現澆回填C15素混凝土(混凝土面平預制板面標高)，磚模外側采用20mm厚1∶2水泥砂漿抹平，各格構柱磚模的寬度及深度按現場實際尺寸。

4)獨立柱基礎承臺

在柱獨立承臺的區域，首先進行測量放線，放出整板后，根據每個格構柱的不同截面在周邊進行磚胎模放線，然后回填C15混凝土。針對個別預制板尺寸不符的情況，現場采用切割機進行切割處理。針對柱子周邊的磚胎模寬度最少砌筑240mm墻，主要為防止混凝土澆筑后磚胎模倒塌。

6 其他措施

6.1 預制板板縫處理

為確保混凝土預制板板縫密實不漏漿，板縫貼100mm寬丙綸布。施工順序為：板縫位置涂刷200mm寬水泥漿1道→粘貼100mm寬丙綸布→丙綸布面上涂刷200mm寬水泥漿保護層1道。

6.2 預制板裁切

在現場施工過程中，針對非標準板安裝現場施工難以保證鋪裝質量的問題，現場采取先鋪裝標準板塊，再利用切割機進行裁切的方式，保證了預制板鋪裝的質量和美觀。

6.3 排水架空層分區封堵

本工程底板靜水壓力釋放層需要分區分段進行施工，為防止已完成的排水架空層涌入雜物，使用防汛砂袋對已安裝預制板的區域進行封堵。

7 實施效果

7.1 實施效果

在本工程地下室后澆帶全部封閉后，項目經過近半年的使用及數據收集，統計分析得到靜水壓力釋放層排水量約為16.05m3/h，在運行過程中通過對整個地下室底板進行觀察，未發現地下室底板出現開裂、變形及梁柱損壞等異常情況，能夠滿足地下室正常使用要求，抗浮效果良好。但在施工過程中，需不斷對釋放層進行抽排水，除部分應用于現場臨時用水以外，其余需排至市政管網中，無法充分重復利用，造成資源浪費。

7.2 經濟效益

通過設置架空層的辦法替代了傳統的底板抗浮錨桿設計，大大減少了鋼筋混凝土的成本投入。在工廠內進行預制板加工，現場整體吊裝，節約了人力、材料，保證了安裝精度，而且節約了工期；將靜水壓力釋放層中釋放的水從基坑下的集水井中抽到沉淀池集中，經過沉淀之后用作項目施工用水及生活區廁所用水等。此過程極大程度地節約項目用水，達到節省項目成本的目的。

7.3 節能和環保效益

工程采用工廠化預制PC板，為現場節約了施工空間，有利于提高工程質量和加快施工進度，而且減少了施工現場加工和焊接所產生的光污染、有害氣體污染，符合建筑工業化的發展趨勢和節能環保的發展理念。

8 結語

靜水壓力(巖層)釋放技術作為一種改良式的排水抗浮技術，利用“截”和“放”的原理在基礎下方建構有過濾、導水、集水、出水功能的人工排水層，與利用抗拔樁、配重法等傳統抗浮技術相比，具有以下優勢。

1)在不影響結構安全的情況下，降低了基礎底板厚度，減少了基礎底板的鋼筋混凝土用量及基坑開挖深度，縮短了施工工期；基礎底板以及靜水壓力釋放層施工速度快，遠快于抗拔樁和錨桿等傳統工藝。

2)不會由于地下水的腐蝕作用而造成基礎底板抗浮防滲功能失效，能穩定長久使用。保證基礎底板抗滲防水的功能永久性，給地下室提供良好的運行環境。

3)自然滲流的地下水由集水井集中后，可以通過抽排用于綠化、沖洗、消防等二次使用，保障了綠色施工。