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，給結構設計人員帶來了更多的思考和解決方案。傳統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、不節能環保等缺點，本工程結合場地地形特征，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濟性、工期短及保證安全等優點。

2 基礎抗浮方案分析

2.1 傳統的抗浮方案

采用增加結構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，施工周期長且不節能環保。

2.2 泄水減壓法

可通過設置疏水層、盲溝排水網及室內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三聯村，位于廣汕路以北，北面環山。項目地下室為2 層，兩側局部為4 層，整個場地因有高差，南側北側地下室頂標高錯開2 層，北側地下室底板底標高為35.8 m，南側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高差，故此部分區域地下室摳出。

3.2 場地條件

此項目北面臨山，小區南側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東西主干市政路廣汕路高出9.7 m 左右。小區外側規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。

北側高標高位置地下室建筑的抗浮方案：在局部4 層地下室區域，通過在外墻外側設置豎向疏水層，連通高低地下室建筑底板底的疏水層，打通疏水路徑?？拷姓纷钅蟼鹊叵率乙餐ㄟ^設置側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，故地下室南側側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，由此南側地下室為有限水壓力的設計水頭確定為3 m，北側可不考慮水壓力作用。

3.3 水文地質情況

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不同可分為上層滯水、第四系孔隙水和基巖裂隙水3 種?？辈炱陂g，場地地下水水位埋深為0.10～11.50 m，高程為23.26～42.90 m，根據區域地質資料及有關工程經驗，場地地下水年變化幅度在1.50～2.50 m。

3.4 基礎形式

結構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，底板水可排至南側地下室底板，因此無水壓力，結構無須抗拔[3]。南側低標高位置大部分為管樁，局部有旋挖樁，因外側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：南側地下室底板底下設置厚350 mm碎石疏水層，北側高標高地下室底板底設置厚250 mm 碎石疏水層。南北側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，在東西側高低地下室連通位置設置700 mm寬豎向疏水層，南北側地下室主次盲溝接通，主盲溝內的排水管在豎向疏水層中連接，在南側地下室側壁處，主盲溝內的排水管上反并埋入地下室接入市政雨水井。在外側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的排水管內，通過底板預埋到集水井附近，在排水管端部考慮設置濾網，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，集水井水通過水泵強排抽走并排入市政管網。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，在全底板范圍內盡可能均勻布置。具體做法詳見圖1。

圖1 盲溝壓力監測及泄壓大樣圖（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，減少對底板地下水的滲透量[5]；在基坑與側壁回填區域巖整個地下室側壁周邊設置剛性隔水層及截水溝，此截水溝設置在基坑側寬500 mm，深500 mm，溝內回填碎石并在內設置直徑為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，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，廊道內的水位高程Hw=0 m，滲透系數根據表1 取粉質黏土層較小值，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。各土層滲透系數見表1。

表1 土層滲透系數

式中，Q1為廊道側壁滲水量；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果為21.63 L/s，總根數大于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。板厚和配筋可優化，同時可減少抗拔樁的數量，可節約造價，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）施工現場管理，確保按圖紙施工到位。

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

滲水量統計及地表沉降監測要求：應根據抽水量驗證豐水期、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監測地下室周邊地表的豎向沉降變化，直至變形穩定，判斷對周邊環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，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測地表變形，必要時在地下室周邊增加抽水回灌系統。

4）過濾膜按規范采用防堵塞功能的土工布，不定型纖維組織形成的網狀結構有應變性和運動性。

5）底板和樁基設計可考慮構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 結語

綜上所述，我國的建筑行業在飛速發展，相關行業也對地下土地資源進行了大量的開發和利用，現有地下室的數量在不斷增多，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濟效益，同時也可以有利于節能減排，節約資源。