浮力釋放系統(tǒng)在大型深基坑工程中的應(yīng)用

周黑撇

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浮力釋放系統(tǒng)在大型深基坑工程中的應(yīng)用

周黑撇

中建七局第三建筑有限公司

1 工程概況

福州中旅城2期工程位于福州市五四路閩江飯店南側(cè)，總建筑面積246000㎡，地下4層，地上40～46層。建筑平面布局由3部分組成，平面中心為8層裙樓，四周為4棟主樓，四邊外擴(kuò)15～40m地下室結(jié)構(gòu)。單層地下室建筑面積18000㎡，地下室底板土方開挖深度為17.50m，底板面標(biāo)高為-17.50m，板厚600㎜。（剖面圖見圖1，平面圖見圖2）

圖1 剖面圖

圖2 平面布置圖

工程位于地下水源豐富的地段，地下水浮力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響較大，同時(shí)由于裙房及純地下室部分面積較大，主樓荷載對(duì)底板的壓力作用減小，結(jié)構(gòu)自重?zé)o法滿足抗浮驗(yàn)算要求，需要另外采取措施解決結(jié)構(gòu)抗浮問題。抗浮措施通常采用增設(shè)抗拔錨桿或抗拔樁，這些措施會(huì)造成基礎(chǔ)建造成本的較大增加，不符合經(jīng)濟(jì)適用原則。經(jīng)反復(fù)論證，采用浮力釋放系統(tǒng)解決結(jié)構(gòu)抗浮問題，將地下室的抗浮水位絕對(duì)標(biāo)高由6.80m降至-6.50m。

2 浮力釋放系統(tǒng)技術(shù)原理

浮力釋放系統(tǒng)是在基礎(chǔ)底板下由下至上依次鋪設(shè)土工布層、碎石反濾層、混凝土墊層和防水層（如圖3）。土工布層鋪設(shè)在原狀土層上方，在碎石反濾層內(nèi)設(shè)置多孔濾水管。將土工布、PVC濾水管、碎石、砂等材料按一定順序分層鋪設(shè)，發(fā)揮其各自作用。地下水在上滲至浮力釋放系統(tǒng)后通過鋪設(shè)在碎石層以下的土工布過濾層進(jìn)入碎石層，碎石層與底板之間也鋪設(shè)防水層，碎石層中的地下水通過包在PVC濾水管外的土工布和砂石進(jìn)一步過濾，然后進(jìn)入濾水管道流入集水井和沉淀井（如圖4），最后通過抽水泵將地下水抽出，這樣地下水產(chǎn)生的上浮力對(duì)基礎(chǔ)底板的壓力被大大的釋放減弱，基礎(chǔ)底板處于動(dòng)態(tài)平衡之中。

3 浮力釋放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在基礎(chǔ)底板下由下至上依次鋪設(shè)土工布層、碎石反濾層、混凝土墊層和防水層（如圖3）。土工布層鋪設(shè)在原狀土層上方，在碎石反濾層內(nèi)設(shè)置多孔濾水管。局部平面布置圖見圖4。

圖3 浮力釋放系統(tǒng)大樣

圖4 集水坑、沉淀井、濾水管布置圖（局部）

工程單層地下室建筑面積18000㎡，為解決高層主樓與低層裙房間差異沉降、鋼筋混凝土收縮變形及減小溫度應(yīng)力等問題，基礎(chǔ)底板中設(shè)置了大量的后澆帶，浮力釋放系統(tǒng)與后澆帶部位交匯部位的補(bǔ)強(qiáng)措施。（如圖5、圖6）

圖5 后澆帶部位浮力釋放系統(tǒng)大樣

圖6 濾水層大樣圖

4 工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→土方開挖→鋪設(shè)砂墊層→鋪設(shè)土工布→鋪設(shè)級(jí)配碎石層，中間布濾水管→澆注砼墊層→防水層施工

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1施工準(zhǔn)備

⑴ 土工布的要求：

采用深色機(jī)織聚酯長絲土工布

物理、水力性能：土工布單位重量＞400g/㎡。

厚度σ＞4.8mm。

土工布有效孔徑Q95＜0.225mm，Q90＞0.075mm。

滲透系數(shù)Kg≥1.39×10-4m/s

孔隙率%＞90%。

抗老化、耐久性應(yīng)滿足本工程地設(shè)計(jì)使用年限。

防淤堵性、應(yīng)以擬用的土工織物和現(xiàn)場(chǎng)與土工布接觸的土層［④粉質(zhì)粘土⑵滲透系數(shù)K=（4～8）×10-4m/d、⑤淤泥質(zhì)土⑴滲透系數(shù)K=（1～5）×10-4m/d］進(jìn)行室內(nèi)淤堵實(shí)驗(yàn)，測(cè)得梯度比GR≤3。

⑵ 濾水管的要求：

濾水管采用雙壁高密度聚乙烯打孔波紋地下排水管，專用接口連接，管孔大小為20mm×2mm，360度開孔，環(huán)剛度大于8。

4.2.2土方開挖

⑴ 基礎(chǔ)底板機(jī)械開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)保留20cm左右高度的土方，采用人工開挖，以保證基坑底土層未被擾動(dòng)破壞，達(dá)到原狀土質(zhì)量。

⑵ 盲溝采用人工開挖，若開挖超過標(biāo)高，不能用松土回填，必須用碎石或砂填平、振實(shí)。

4.2.3土工織物鋪設(shè)

⑴ 當(dāng)基坑開挖至設(shè)定標(biāo)高后，應(yīng)對(duì)基坑及盲溝表面進(jìn)行拍實(shí)處理。

⑵ 土工織物鋪設(shè)時(shí)基底不得有積水，應(yīng)避免在雨天施工。

⑶ 土工布鋪設(shè)塊采用縫合或搭接連接，縫合用尼龍線的強(qiáng)度不得小于150N；相鄰鋪設(shè)塊搭接寬度不應(yīng)小于1000mm。

⑷ 接縫須與坡面線相交，與坡腳平行或可能存在應(yīng)力的地方，水平接縫的距離須大于1.5m。

4.2.4碎石濾水層施工

⑴ 碎石采用5～15mm級(jí)配，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)用手推振動(dòng)器來回振平、振實(shí)。

⑵ 碎石在基坑內(nèi)平面鋪設(shè)時(shí)，必須在設(shè)置的腳手板上行走，不得在碎石上直接拉車行走。

4.2.5鋼筋混凝土墊層施工

⑴ 澆搗混凝土前必須在碎石層上部鋪蓋塑料薄膜后澆搗混凝土墊層，防止混凝土漿水流入碎石層，堵塞地下水流通。

4.2.6地下水位監(jiān)測(cè)

浮力釋放系統(tǒng)在工程施工及使用期間應(yīng)采取有效監(jiān)測(cè)地下水位的辦法，預(yù)埋測(cè)壓管，測(cè)壓管測(cè)量的壓力值范圍0～100KPa。測(cè)壓管埋于承臺(tái)邊，儀表安裝于柱邊，集水坑中水位達(dá)到排水條件應(yīng)及時(shí)排水（如圖7）。

圖7 水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

5 分析與結(jié)論

浮力釋放系統(tǒng)施工過程簡便安全，減輕了施工作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了功效；取材方便，用土工織物、砂石等材料取代以往的鋼筋混凝土，使施工過程得到簡化，減少了材料損耗；此外，浮力釋放系統(tǒng)的防水功效保證了地下結(jié)構(gòu)的抗?jié)B功能，減少了返修補(bǔ)漿工作，節(jié)約了維修費(fèi)用。在減弱地下水對(duì)底板的上浮力同時(shí)加強(qiáng)了基礎(chǔ)底板的防水能力，解決了地下室工程基礎(chǔ)底板抗浮與抗?jié)B兩大難題。