泄水减压法在某工程抗浮设计中的应用

鄢然

（洲宇设计集团股份有限公司广州分公司，广州 510000）

1 引言

由于地下室水浮力破坏造成的工程事故越来越多，抗浮问题引起了重视，给结构设计人员带来了更多的思考和解决方案。传统的抗浮设计采用压重、抗拔的硬抗式设计方式，具有施工周期较长、造价高、不节能环保等缺点，本工程结合场地地形特征，采用泄水减压的设计方法，减少水浮力造成的地下室抗浮问题，使此项目具有一定的经济性、工期短及保证安全等优点。

2 基础抗浮方案分析

2.1 传统的抗浮方案

采用增加结构整体重量或设置抗浮桩、抗拔锚杆等硬抗方式适用性广，几乎所有工程都能适用，但造价高，施工周期长且不节能环保。

2.2 泄水减压法

可通过设置疏水层、盲沟排水网及室内泄压降水井有效组织排水，降低地下室抗浮水位，从而释放部分（或全部）地下室水浮力。此设计方法有以下优点：造价低，泄水减压的方法降低了作用在底板下的水压力，在设计时，可通过取消抗拔锚杆及抗拔桩，在有效水压力作用下可减少板厚和配筋，降低造价[1]；在施工时，施工工艺要求简单，可机械化施工，不存在混凝土凝期的要求，故工期短，经济效益好。

3 工程应用

3.1 工程概况

项目地处广州市增城区三联村，位于广汕路以北，北面环山。项目地下室为2 层，两侧局部为4 层，整个场地因有高差，南侧北侧地下室顶标高错开2 层，北侧地下室底板底标高为35.8 m，南侧地下室底板底标高为27.45 m，高差为两层地下室层高。整个项目中心为阶梯式景观园林，通过阶梯消化南北两侧高差，故此部分区域地下室抠出。

3.2 场地条件

此项目北面临山，小区南侧市政路面最低标高为33.4 m，广汕公路地面标高为23.700 m，整个项目场地的高程比外侧东西主干市政路广汕路高出9.7 m 左右。小区外侧规划路市政雨水管的井底标高均小于29.0 m，地下室底板底标高为27.45 m，地下室底板可考虑有限水压力的疏排水做法。

北侧高标高位置地下室建筑的抗浮方案：在局部4 层地下室区域，通过在外墙外侧设置竖向疏水层，连通高低地下室建筑底板底的疏水层，打通疏水路径。靠近市政路最南侧地下室也通过设置侧壁的竖向疏水层及竖沟将底板的水排进市政雨水管[2]。因南侧为市政路，市政路路面设计标高为34.4 m，市政雨水管标高为28.5 m，故地下室南侧侧壁疏水层出水口的标高设置为29.85 m，市政收集雨水的管井井底标高为29.0 m，由此南侧地下室为有限水压力的设计水头确定为3 m，北侧可不考虑水压力作用。

3.3 水文地质情况

场地附近分布的地表水为鱼塘水或凹地洼地积水。地下水按其赋存介质不同可分为上层滞水、第四系孔隙水和基岩裂隙水3 种。勘察期间，场地地下水水位埋深为0.10～11.50 m，高程为23.26～42.90 m，根据区域地质资料及有关工程经验，场地地下水年变化幅度在1.50～2.50 m。

3.4 基础形式

结构基础形式采用管桩基础，局部位置采用旋挖桩。纯地下室抗拔分为两部分，北侧高标高部分基础为管桩，考虑竖向疏水层疏水后，底板水可排至南侧地下室底板，因此无水压力，结构无须抗拔[3]。南侧低标高位置大部分为管桩，局部有旋挖桩，因外侧水不能直通市政排水管，需进行上反排水，为有限水压力，底板底与排水出水口高差为2.4 m，设计时按3 m水头考虑。

抗拔方案计算时，顶板厚300 mm，负1 层厚250 mm，底板厚400 mm，覆土1.2 m，自重计算为1.2×16+（0.3+0.25+0.4）×25=42.95 kN/m2，自重均能抵消抗拔，考虑极端情况（排水局部不畅），南侧纯地下室部分管桩桩头均按抗拔桩设计，抗拔承载力按250 kN 配置钢筋及管桩灌芯的长度。

3.5 疏排水减压方案

1）疏水层厚度设置：南侧地下室底板底下设置厚350 mm碎石疏水层，北侧高标高地下室底板底设置厚250 mm 碎石疏水层。南北侧竖向连通疏水层厚度设置为700 mm。

2）疏水层盲沟布置方案：地下室底板盲沟分为主盲沟和次盲沟，主盲沟深450 mm，宽560 mm；次盲沟深350 mm，宽560 mm，主盲沟中设置直径为200 mm 的HDPE 排水管，主盲沟和次盲沟均按照南北向约15 m，东西向约15 m 交替间隔布置，形成井字排水网格。

3）排水管：排水管管径为200 mm，开孔率≥8%，开孔按梅花状布置。

4）竖向疏水层，在东西侧高低地下室连通位置设置700 mm宽竖向疏水层，南北侧地下室主次盲沟接通，主盲沟内的排水管在竖向疏水层中连接，在南侧地下室侧壁处，主盲沟内的排水管上反并埋入地下室接入市政雨水井。在外侧埋地部分排水管不考虑开孔。

5）集水井上泄压阀设置，为确保排水不畅及排水不及时考虑二道防线，在地下室底板集水井里设置排水管，此排水管连通主盲沟内的排水管内，通过底板预埋到集水井附近，在排水管端部考虑设置滤网，以防止疏水过程中碎石堵塞，出地下室上地面后考虑安装压力报警阀，当压力超过0.03 MPa 时能报警，值班人员即可打开阀门泄压将水排入集水井内，集水井水通过水泵强排抽走并排入市政管网。设置此排水设施的集水井需注意考虑非人防集水井，并按双泵设置，以免水泵损坏导致排水不及时局部水压力过大[4]。此集水井需选取在不影响建筑停车位及有建筑功能位置，在全底板范围内尽可能均匀布置。具体做法详见图1。

图1 盲沟压力监测及泄压大样图（单位：mm）

6）地表截水设置：在山体底部设置截洪沟，将山体地表水通过此沟排入市政管网，减少对底板地下水的渗透量[5]；在基坑与侧壁回填区域岩整个地下室侧壁周边设置刚性隔水层及截水沟，此截水沟设置在基坑侧宽500 mm，深500 mm，沟内回填碎石并在内设置直径为300 mm，开孔率≥8%的HDPE集水管，管外包土工布，此沟考虑重力流排水，排水坡度≥0.2%。通过此构造措施阻碍了顶板和基坑回填的渗水量，可将地下室的地表水直接排入市政管网，减少了对底板的渗透量，具体做法详见图2。

图2 地表截水大样示意做法（单位：mm）

4 排水渗水量计算

按DBJ/T 15-125—2017《广东省建筑工程抗浮设计规程》中排水廊道进行水量计算。补给边界到廊道边的距离L=1 m，补给边界处的水位高程H1和廊道中心位置处的原水位高程H2都取地下室室外标高，即H1=H2=8 m，廊道内的水位高程Hw=0 m，渗透系数根据表1 取粉质黏土层较小值，即取廊道底板以上和以下透水层的渗透系数分别为k1=k2=10-4cm/s=0.086 4m/d，廊道宽度b=1 m，廊道底板底部透水层的厚度M=0.35 m。各土层渗透系数见表1。

表1 土层渗透系数

式中，Q1为廊道侧壁渗水量；Q2为廊道底板渗水量。

每延米廊道总的渗水量Q=Q1+Q2=0.032 L/s

场地一周周长接近1 300 m，则总水量为1 300×0.032=42 L/s。

本项目在南侧竖向疏水层中共计20 条主盲沟排水管接入市政排水井，管径均为300 mm，单根管的排水量计算结果为21.63 L/s，总根数大于2 根，故总排水量满足渗流量要求。

5 疏排水减压法的经济效益及主要技术关键点

采用以上泄水减压措施后，底板只承受有限的水压力。设计底板板厚及配筋时，只考虑有限水压力及正常竖向荷载。板厚和配筋可优化，同时可减少抗拔桩的数量，可节约造价，缩短工期。

采用有限压力疏排水作为抗浮方案的关键点包括：（1）场地的排水有利地形及条件；（2）选择好底板疏排水措施（水平主次盲沟及疏水层厚度）；（3）选择好竖向疏排水解决方案（竖向疏水层及盲沟）；（4）配合雨水井与市政选择好地下渗水排通方案；（5）计算整个场地渗水量。（6）做好地下室周边及山底截水措施；（7）施工现场管理，确保按图纸施工到位。

后期物业运营要求：渗流水抽水泵单独设置专用电表，以便物业做好记录和监控；设立定期检修抽水泵制度。设置水压监测报警装置。

渗水量统计及地表沉降监测要求：应根据抽水量验证丰水期、枯水期和日常的水量范围；对周边地表应做好沉降观测，项目基坑回填后应持续监测地下室周边地表的竖向沉降变化，直至变形稳定，判断对周边环境的影响是否在允许范围。

6 疏排水减压法的风险评估

1）排水应预留充足的安全系数，目前实际设计的排水能力最大能达到渗水量的10 倍以上。

2）疏排水系统预留充足的储水能力并采用多个渗流集水井且设置备用水泵，一般考虑在水泵停止工作后最大渗水量工况下基本能维持渗流水30 d 内不溢出底板。

3）渗水量目前可采用有限元模型计算评估，施工使用阶段密切监测地表变形，必要时在地下室周边增加抽水回灌系统。

4）过滤膜按规范采用防堵塞功能的土工布，不定型纤维组织形成的网状结构有应变性和运动性。

5）底板和桩基设计可考虑构造措施承受一定水压，室外疏水层排水井考虑可清洗检修。

7 结语

综上所述，我国的建筑行业在飞速发展，相关行业也对地下土地资源进行了大量的开发和利用，现有地下室的数量在不断增多，同时也增加了对地下室抗浮设计的更多思考和解决方案。利用泄水减压法可以对抗浮设计问题有效解决，不仅可以取得较好的经济效益，同时也可以有利于节能减排，节约资源。