地下结构工程排水减压抗浮技术的应用

地下结构工程排水减压抗浮技术的应用

陈文超

陆河县彩田房地产开发有限公司广东陆河516700

摘要：地下结构工程的抗浮问题关系到建筑整体的质量和安全可靠，对其抗浮技术展开研究十分必要。本文结合某工程实例，对排水减压抗浮技术在该地下结构工程中的应用展开了介绍，并分析其相关技术措施，以期能为类似工程施工提供参考。

关键词：地下结构；排水减压；抗浮技术；应用

引言

随着我国城市建设的不断推进以及地下空间开发的快速发展，建筑地下结构抗浮问题越来越受重视。若地下结构工程抗浮措施不到位，可能会导致建筑出现上浮倾斜、倒塌事故。而排水减压抗浮技术是一种新型的抗浮技术，能够保持地下水位的稳定，同时降低抗浮施工对周边环境的影响。对此，笔者展开了相关介绍。

1.工程概况

1.1工程简介

该项目总建筑面积为1295007m2，其地上建筑面积为377649m2，地下建筑面积为917358m2。建筑用地被市政规划道路分隔成A区、B区、C区、D区共4个区域。建筑场地类别分别为：A、B区为多层商业场馆；C、D区为高层商业服务楼、超高层商务办公楼；三层地下室为地下二层商业和地下三层汽车库及设备用房。

1.2场地水文地质条件

根据地质勘察资料，该工程场地为冲堆积成因的河谷阶地地貌单元，高程起伏较小，场地内覆盖层主要为第四系不同成因类型的岩土层（成因类型分别为人工堆填、淤积、冲洪积、残积等），基底为不同风化程度的花岗岩（具体岩土层分布特征如表1所示）。地下水类型主要为赋存于①－A层素填土及②层粉质粘土上部耕土中的上层滞水，③－夹层细砂、③－A层含泥中细砂和⑧－1层圆砾中孔隙承压水，以及下部花岗岩风化带中的风化孔隙－裂隙水。钻孔最高地下水位埋深为0.70m，最大水位高程为5.25m，场地南侧的江河勘察期间最高。水位高程为3.5m，据了解近3～5年最高水位高程约5.8m，场地南侧路面高程约为6.70m，场地内道路高程多在7.0m～7.2m之间，建筑设计地坪整平高程为7.35m和7.55m，建筑抗浮设计水位高程按6.00m考虑。

表1场地岩土层分布特征

注：1．摘录自《岩土工程勘察报告》；2．③－B层淤泥夹薄层粉细砂为软弱土层，弱透水层。

2.排水减压的设计思路

2.1排水减压的设计原理

排水减压技术是利用基础下低透水地层（土层或岩层）的透水特性，以物理方法于基础底板下建造一层于结构物使用年限内具永久性功能的透水层，经由集水管网系统，将渗至基底的压力水以自然溢流方式排至专用清水池水箱中，再以高水位溢流管排除到建物原设计的废水池中。当排除基础底板蓄留水的能力远大于渗流入基底的地下水时，基底便不会形成超额水压力，达到控制基础底板下方水浮力的功能，以符合设计要求的目的。

2.2排水减压的适用条件

（1）采用水密性围护结构（连续壁、挡土排桩+止水围幕）设计时：基础底板到挡土设施底端，必须有厚度大于2.0m且渗透系数k小于等于10－4cm/s土层或岩层。当基底土层渗透系数k大于10－4cm/s或存在局部高透水裂缝时，可采用地质改良、换土或注浆等方式降低土层渗透系数以符合本工法使用条件。

（2）采用非水密性挡土设施（挡土排桩）设计时：基础底板面上、下方2m必须全部为渗透系数k小于等于10－5cm/s的土层或岩层。

（3）采用放坡开挖（明开挖）时：基础底板面上、下方2m必须全部为渗透系数k小于等于10－5cm/s的土层或岩层，并须评估地层水平渗透系数（kh）及垂直渗透系数（kv）的影响。地下室完成开挖面回填时，最下方须配合回填至少2m渗透系数k小于等于10－5cm/s的低透水性土壤。

（4）经评估基底土层每平方米每天的渗流水量Q≤0.03m3建（构）筑物。

2.3渗水量计算及集水坑的布置

根据地质勘察资料，该项目建筑抗浮设计水位高程按6.00m（黄海高程）考虑。地坪标高±0按8.15m考虑，底板面标高为－6.03m，设计水头大致有129.5kN/m2，其中③－B层淤泥夹薄层粉细砂渗透系数k为1.5×10－6cm/s，⑥层粉质粘土渗透系数k为5.0×10－5cm/s，结构方案控制水位为－3.53m，故排水减压的水压力△H为6－（－3.53）=9.53m。馆内馆外分别取几组孔位进行计算水量；如馆内ZK269：⑥层粉质粘土底标高－36.04m，水力路径L=36.04－3.53=32.51m；③－B层淤泥夹薄层粉细砂底标高－25.54m，加权平均渗透系数k为0.000061cm/s，水力坡降i=△H/L=9.53/32.51=0.293，根据达西渗透定律渗透水量Q=kiAm3/m2/d=0.000061×0.293×1×24×60×60/100=0.015≤0.03m3/m2/d，假定每900m2设置一集水坑，则抽水能力为0.015×900×10/24=5.63m3/h（10倍的安全系数，满足长期使用要求）。

图1疏水管平面布置示意图

2.4疏水管路布设思路

该项目基本柱网间距为8.4m～10.8m，沿柱间距中点布置100径双壁高密度聚乙烯打孔波纹地下排水管（专用接口连接。管孔大小为10mm×2mm，180度开孔，环刚度大于6.3，平面布置示意如图1所示）。每段PVC滤水管需疏水能力为0.015×10.8×10.8×10/24/3600=2.025×10－4m3/s（10倍的安全系数，满足长期使用要求）。参考《给水排水设计手册·第1册·常用资料》，100径管过水面积A=0.004m2；基床降坡s=0.004；湿周P=0.157m；粗糙系数n=0.0125；查表得疏水能力即容许流量为1.732×10－3m3/s＞2.025×10－4m3/s（满足场地渗流流量条件）。

3.技术措施

3.1疏水设计施工措施

（1）疏水施工时应采取措施，保证土工布随用随铺及时覆盖，防止紫外线照射。

图2集水坑大样与止水围幕位置大样

（2）底板下采用满铺级配碎石加土工布的浮力释放系统，其工作原理是：地下水通过铺设在碎石层以下的土工布的过滤层进入碎石层，碎石层与底板之间也铺设防水层，碎石层中地下水通过包在PVC滤水管外的土工布进一步过滤；然后进入滤水管并顺着管子流入积水井，最后通过抽水泵将地下水排出基础底板之外。这样地下水产生的上浮力对基础底板的压力被大大地释放减弱，基础底板处于动态平衡之中。

（3）基坑东南侧、西南侧、西北侧的止水帷幕采用单排单轴水泥搅拌桩Φ600@400，搅拌桩桩长取底板下5m。

（4）基底渗流压是否正常必须进行定期监测，在CMC静水压力释放层开始启用后每6个月至少应检测1次，以确保该系统功能正常。固定渗流压Pw检测系统及高出地下室底板面出水系统管线应注意做好保护措施，防止被破坏且不影响地下室正常使用。

3.2材料性能要求

材料性能是保证设计效果能否良好体现的关键，以下参数参考了基底静水压力释放技术规程如：透水系统使用的一级高渗透阻流滤层性能指标如表2所示；释放层、释放带集水系统使用的二级高渗透阻流滤层性能指标如表3所示；保护膜性能指标如表4所示。

表2过滤层土工布性能

3.3疏水构造大样

疏水构造设计要满足保土性（防止地基土的流失）、透水性和防止淤堵的要求，还要满足上部结构地基承载力和沉降控制要求。常用疏水构造大样如图2～图4所示。

图2集水坑大样与止水围幕位置大样

3.4注意事项

（1）减压排水系统是个多专业完成的系统，管道的铺设、集水井的布置，需要与地勘单位、水专业、设备专业等协作完成。

（2）针对地下室底板所在的土层，需要对渗流过渡垫层材料及排水管材的适用性进行论证，以防止发生管路堵塞等情况。

（3）排水驱动设备应保证台风等异常天气状况下能正常运转，采取必要的备用系统，并设专人专职维护。

4.结论

综上所述，传统的抗浮技术存在着许多不足，而排水减压抗浮技术在传统抗浮技术基础上进行了发展和完善，具有良好的应用成效。本工程通过采用排水减压抗浮技术，有效控制了地下水位的稳定，取得了良好的施工成效，对类似工程的抗浮设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

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