泄水減壓法在某工程抗浮設計中的應用

鄢然

（洲宇設計集團股份有限公司廣州分公司，廣州 510000）

1 引言

由于地下室水浮力破壞造成的工程事故越來越多，抗浮問題引起了重視，給結(jié)構(gòu)設計人員帶來了更多的思考和解決方案。傳統(tǒng)的抗浮設計采用壓重、抗拔的硬抗式設計方式，具有施工周期較長、造價高、不節(jié)能環(huán)保等缺點，本工程結(jié)合場地地形特征，采用泄水減壓的設計方法，減少水浮力造成的地下室抗浮問題，使此項目具有一定的經(jīng)濟性、工期短及保證安全等優(yōu)點。

2 基礎抗浮方案分析

2.1 傳統(tǒng)的抗浮方案

采用增加結(jié)構(gòu)整體重量或設置抗浮樁、抗拔錨桿等硬抗方式適用性廣，幾乎所有工程都能適用，但造價高，施工周期長且不節(jié)能環(huán)保。

2.2 泄水減壓法

可通過設置疏水層、盲溝排水網(wǎng)及室內(nèi)泄壓降水井有效組織排水，降低地下室抗浮水位，從而釋放部分（或全部）地下室水浮力。此設計方法有以下優(yōu)點：造價低，泄水減壓的方法降低了作用在底板下的水壓力，在設計時，可通過取消抗拔錨桿及抗拔樁，在有效水壓力作用下可減少板厚和配筋，降低造價[1]；在施工時，施工工藝要求簡單，可機械化施工，不存在混凝土凝期的要求，故工期短，經(jīng)濟效益好。

3 工程應用

3.1 工程概況

項目地處廣州市增城區(qū)三聯(lián)村，位于廣汕路以北，北面環(huán)山。項目地下室為2 層，兩側(cè)局部為4 層，整個場地因有高差，南側(cè)北側(cè)地下室頂標高錯開2 層，北側(cè)地下室底板底標高為35.8 m，南側(cè)地下室底板底標高為27.45 m，高差為兩層地下室層高。整個項目中心為階梯式景觀園林，通過階梯消化南北兩側(cè)高差，故此部分區(qū)域地下室摳出。

3.2 場地條件

此項目北面臨山，小區(qū)南側(cè)市政路面最低標高為33.4 m，廣汕公路地面標高為23.700 m，整個項目場地的高程比外側(cè)東西主干市政路廣汕路高出9.7 m 左右。小區(qū)外側(cè)規(guī)劃路市政雨水管的井底標高均小于29.0 m，地下室底板底標高為27.45 m，地下室底板可考慮有限水壓力的疏排水做法。

北側(cè)高標高位置地下室建筑的抗浮方案：在局部4 層地下室區(qū)域，通過在外墻外側(cè)設置豎向疏水層，連通高低地下室建筑底板底的疏水層，打通疏水路徑。靠近市政路最南側(cè)地下室也通過設置側(cè)壁的豎向疏水層及豎溝將底板的水排進市政雨水管[2]。因南側(cè)為市政路，市政路路面設計標高為34.4 m，市政雨水管標高為28.5 m，故地下室南側(cè)側(cè)壁疏水層出水口的標高設置為29.85 m，市政收集雨水的管井井底標高為29.0 m，由此南側(cè)地下室為有限水壓力的設計水頭確定為3 m，北側(cè)可不考慮水壓力作用。

3.3 水文地質(zhì)情況

場地附近分布的地表水為魚塘水或凹地洼地積水。地下水按其賦存介質(zhì)不同可分為上層滯水、第四系孔隙水和基巖裂隙水3 種。勘察期間，場地地下水水位埋深為0.10～11.50 m，高程為23.26～42.90 m，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及有關工程經(jīng)驗，場地地下水年變化幅度在1.50～2.50 m。

3.4 基礎形式

結(jié)構(gòu)基礎形式采用管樁基礎，局部位置采用旋挖樁。純地下室抗拔分為兩部分，北側(cè)高標高部分基礎為管樁，考慮豎向疏水層疏水后，底板水可排至南側(cè)地下室底板，因此無水壓力，結(jié)構(gòu)無須抗拔[3]。南側(cè)低標高位置大部分為管樁，局部有旋挖樁，因外側(cè)水不能直通市政排水管，需進行上反排水，為有限水壓力，底板底與排水出水口高差為2.4 m，設計時按3 m水頭考慮。

抗拔方案計算時，頂板厚300 mm，負1 層厚250 mm，底板厚400 mm，覆土1.2 m，自重計算為1.2×16+（0.3+0.25+0.4）×25=42.95 kN/m2，自重均能抵消抗拔，考慮極端情況（排水局部不暢），南側(cè)純地下室部分管樁樁頭均按抗拔樁設計，抗拔承載力按250 kN 配置鋼筋及管樁灌芯的長度。

3.5 疏排水減壓方案

1）疏水層厚度設置：南側(cè)地下室底板底下設置厚350 mm碎石疏水層，北側(cè)高標高地下室底板底設置厚250 mm 碎石疏水層。南北側(cè)豎向連通疏水層厚度設置為700 mm。

2）疏水層盲溝布置方案：地下室底板盲溝分為主盲溝和次盲溝，主盲溝深450 mm，寬560 mm；次盲溝深350 mm，寬560 mm，主盲溝中設置直徑為200 mm 的HDPE 排水管，主盲溝和次盲溝均按照南北向約15 m，東西向約15 m 交替間隔布置，形成井字排水網(wǎng)格。

3）排水管：排水管管徑為200 mm，開孔率≥8%，開孔按梅花狀布置。

4）豎向疏水層，在東西側(cè)高低地下室連通位置設置700 mm寬豎向疏水層，南北側(cè)地下室主次盲溝接通，主盲溝內(nèi)的排水管在豎向疏水層中連接，在南側(cè)地下室側(cè)壁處，主盲溝內(nèi)的排水管上反并埋入地下室接入市政雨水井。在外側(cè)埋地部分排水管不考慮開孔。

5）集水井上泄壓閥設置，為確保排水不暢及排水不及時考慮二道防線，在地下室底板集水井里設置排水管，此排水管連通主盲溝內(nèi)的排水管內(nèi)，通過底板預埋到集水井附近，在排水管端部考慮設置濾網(wǎng)，以防止疏水過程中碎石堵塞，出地下室上地面后考慮安裝壓力報警閥，當壓力超過0.03 MPa 時能報警，值班人員即可打開閥門泄壓將水排入集水井內(nèi)，集水井水通過水泵強排抽走并排入市政管網(wǎng)。設置此排水設施的集水井需注意考慮非人防集水井，并按雙泵設置，以免水泵損壞導致排水不及時局部水壓力過大[4]。此集水井需選取在不影響建筑停車位及有建筑功能位置，在全底板范圍內(nèi)盡可能均勻布置。具體做法詳見圖1。

圖1 盲溝壓力監(jiān)測及泄壓大樣圖（單位：mm）

6）地表截水設置：在山體底部設置截洪溝，將山體地表水通過此溝排入市政管網(wǎng)，減少對底板地下水的滲透量[5]；在基坑與側(cè)壁回填區(qū)域巖整個地下室側(cè)壁周邊設置剛性隔水層及截水溝，此截水溝設置在基坑側(cè)寬500 mm，深500 mm，溝內(nèi)回填碎石并在內(nèi)設置直徑為300 mm，開孔率≥8%的HDPE集水管，管外包土工布，此溝考慮重力流排水，排水坡度≥0.2%。通過此構(gòu)造措施阻礙了頂板和基坑回填的滲水量，可將地下室的地表水直接排入市政管網(wǎng)，減少了對底板的滲透量，具體做法詳見圖2。

圖2 地表截水大樣示意做法（單位：mm）

4 排水滲水量計算

按DBJ/T 15-125—2017《廣東省建筑工程抗浮設計規(guī)程》中排水廊道進行水量計算。補給邊界到廊道邊的距離L=1 m，補給邊界處的水位高程H1和廊道中心位置處的原水位高程H2都取地下室室外標高，即H1=H2=8 m，廊道內(nèi)的水位高程Hw=0 m，滲透系數(shù)根據(jù)表1 取粉質(zhì)黏土層較小值，即取廊道底板以上和以下透水層的滲透系數(shù)分別為k1=k2=10-4cm/s=0.086 4m/d，廊道寬度b=1 m，廊道底板底部透水層的厚度M=0.35 m。各土層滲透系數(shù)見表1。

表1 土層滲透系數(shù)

式中，Q1為廊道側(cè)壁滲水量；Q2為廊道底板滲水量。

每延米廊道總的滲水量Q=Q1+Q2=0.032 L/s

場地一周周長接近1 300 m，則總水量為1 300×0.032=42 L/s。

本項目在南側(cè)豎向疏水層中共計20 條主盲溝排水管接入市政排水井，管徑均為300 mm，單根管的排水量計算結(jié)果為21.63 L/s，總根數(shù)大于2 根，故總排水量滿足滲流量要求。

5 疏排水減壓法的經(jīng)濟效益及主要技術關鍵點

采用以上泄水減壓措施后，底板只承受有限的水壓力。設計底板板厚及配筋時，只考慮有限水壓力及正常豎向荷載。板厚和配筋可優(yōu)化，同時可減少抗拔樁的數(shù)量，可節(jié)約造價，縮短工期。

采用有限壓力疏排水作為抗浮方案的關鍵點包括：（1）場地的排水有利地形及條件；（2）選擇好底板疏排水措施（水平主次盲溝及疏水層厚度）；（3）選擇好豎向疏排水解決方案（豎向疏水層及盲溝）；（4）配合雨水井與市政選擇好地下滲水排通方案；（5）計算整個場地滲水量。（6）做好地下室周邊及山底截水措施；（7）施工現(xiàn)場管理，確保按圖紙施工到位。

后期物業(yè)運營要求：滲流水抽水泵單獨設置專用電表，以便物業(yè)做好記錄和監(jiān)控；設立定期檢修抽水泵制度。設置水壓監(jiān)測報警裝置。

滲水量統(tǒng)計及地表沉降監(jiān)測要求：應根據(jù)抽水量驗證豐水期、枯水期和日常的水量范圍；對周邊地表應做好沉降觀測，項目基坑回填后應持續(xù)監(jiān)測地下室周邊地表的豎向沉降變化，直至變形穩(wěn)定，判斷對周邊環(huán)境的影響是否在允許范圍。

6 疏排水減壓法的風險評估

1）排水應預留充足的安全系數(shù)，目前實際設計的排水能力最大能達到滲水量的10 倍以上。

2）疏排水系統(tǒng)預留充足的儲水能力并采用多個滲流集水井且設置備用水泵，一般考慮在水泵停止工作后最大滲水量工況下基本能維持滲流水30 d 內(nèi)不溢出底板。

3）滲水量目前可采用有限元模型計算評估，施工使用階段密切監(jiān)測地表變形，必要時在地下室周邊增加抽水回灌系統(tǒng)。

4）過濾膜按規(guī)范采用防堵塞功能的土工布，不定型纖維組織形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有應變性和運動性。

5）底板和樁基設計可考慮構(gòu)造措施承受一定水壓，室外疏水層排水井考慮可清洗檢修。

7 結(jié)語

綜上所述，我國的建筑行業(yè)在飛速發(fā)展，相關行業(yè)也對地下土地資源進行了大量的開發(fā)和利用，現(xiàn)有地下室的數(shù)量在不斷增多，同時也增加了對地下室抗浮設計的更多思考和解決方案。利用泄水減壓法可以對抗浮設計問題有效解決，不僅可以取得較好的經(jīng)濟效益，同時也可以有利于節(jié)能減排，節(jié)約資源。