淺析地下工程排水減壓抗浮方面的技術特點

(華南理工大學土木與交通學院 廣東 廣州 510641)

一、引言

隨著經濟的飛速發展和城市化進程的加快，國內城市面臨著土地資源緊張、城市生態環境惡化等問題，這些問題嚴重制約了城市的可持續發展。因此，向地下要資源與空間已成為城市發展的必由之路，地下空間的綜合開發與利用成為國內城市發展的共同選擇[1]。我國地下空間開發利用始于20世紀60年代，開發地下空間的過程中繞不開水的問題，因為水浮力造成地下結構破壞的事例不乏少數，如茂名某乙烯工程污水處理場設計修建鋼筋混凝土水池，建設過程中遇連降暴雨后水池底板被浮力頂起開裂[2]。遼西某高層大樓設二層地下車庫雨季地下室底板局部上浮350mm～400mm。隨著地下空間的開發，抗浮問題變得越來越突出。

針對地下結構抗浮問題，目前工程上主要有三種解決辦法，壓重法、抗浮錨樁法、排水減壓法。常規以抗為主的抗浮技術中壓重法常用方法為構筑物頂板上覆土，增加地下構筑物底板厚度，將底板外伸利用外伸部分增加土重從而增加自重。增加覆土或加大底板尺寸必然增加基礎埋深，相應地就會增加工程量，提高工程造價。抗浮錨樁常用錨桿或樁進行抗浮。普通錨桿受拉后，周圍的灌漿體會出現開裂，鋼筋與鋼鉸線易受到地下水的侵蝕。因而抗浮錨桿存在耐久性不可靠的缺點。壓重法、抗浮錨樁法屬于被動式抗浮方式且多有不足，排水減壓法是永久性降水、排水措施，使基礎底部地下水位始終保持在預定的標高之下，減小或消除地下水對建筑物的浮力，而達到建筑物抗浮的目的，施工比較便捷，施工成本較低，為主動式抗浮，近年來逐漸被重視。

二、排水減壓抗浮技術

(一)抗浮需要解決的問題

目前抗浮普遍存在的問題是對地下水浮力的確定以及地下結構的抗浮計算缺乏統一的認識,現有的規范也不夠明確,給抗浮設計帶來一定的困難，有一些工程出現了地下室上浮等事故。

抗浮需要解決的問題有：①正確分析水壓作用力：水壓計算、截滲、減壓效果及對環境影響的評估。②合適的工程措施。判斷一個工程措施是否合適，主要看幾個因素，穩定性、耐久(可維修)性、經濟性、是否有應急預案。本文主要討論工程措施。

(二)常用的排水減壓抗浮方法

常用的排水減壓抗浮方法有減壓井法、排水廊道法、排水盲溝法。減壓井法源于水利工程，常用于解決堤壩下游下臥層水壓力過大的問題。當用減壓井解決地下結構的抗浮問題時，工作原理與水利工程閘壩中排水減壓井類似。工程實踐中，井口高程升高，底板水壓力隨之升高，所以可通過設置井口高層來控制地下結構底板浮壓力。

排水廊道最開始也是應用于水利工程的大壩中，但是排水廊道在地下結構抗浮中的設置與在大壩中有一定區別，一是地下結構抗浮中的排水廓在地下結構完成施工后，被回填土埋置于地下。二是排水廓道本身也考慮作為一種透水材料，即廊道并不全采用混凝土澆筑，部分采用透水性強的材料襯砌完成。

排水盲溝目前在市政工程領域應用廣泛，近年來才逐漸引入房屋建筑基坑等領域。排水盲溝可靈活布置與地下結構邊線以外或地下結構底板。

(三)適用條件與風險

常用的排水減壓抗浮方法有基本適用條件，適用于透水率較低的土層。但是若在透水率高的土層中用此法，抽水費用將大為增加，且還會因抽水而造成鄰近區域的沉陷。并且需采取確保盲溝不游塞的技術措施(如設置砂爍反濾層，鋪設土工布等)，需長期對系統進行監測和維護，保證排水系統的有效運轉。

地下室建筑的使用年限為70年，考慮到城市大面積長時間停電的極端工況下抽排式設備無法正常運轉，需要對抗浮系統特別處理。一般設置溢水口，使溢水口的標高與抗浮設計標高一致或持平，這樣當地下水位過高時，水能溢流到地下室內，從而保證地下結構的抗浮安全。

排水結構能否保持長期有效一直是排水減壓抗浮技術推廣應用爭議的主要內容，核心是反濾層的淤堵。反濾層需要討論的淤堵包括機械淤堵，生物淤堵和化學淤堵。但常見的是物理和化學淤堵。

應對機械淤堵的方法通常是使用良好級配的砂礫和性能優異的土工布，設計階段考慮清淤工作的長期可行性，使用階段定期人工清淤或維修。

三、排水減壓技術的應用與改進

減壓抗浮方法已有的在其他行業的應用有：干船塢的減壓方法，橫向、縱向和豎向三個方向上共同構成了排水系統；水閘中的減壓方法；浸沒問題中的減壓井；基坑中也有減壓抗突涌。減壓效果良好。比如潮州供水樞紐西溪電站廠房基坑，基坑寬 36m，長161.75m，采用內撐式地下連續墻支護，基礎下方有深厚強透水層，常規封底方法造價極高，采用減壓井結合深槽處旋噴樁封底，該方案采用減壓井自流減壓，對機電依賴小，減壓水頭小，且僅當開挖至較深處才達到最大減壓值，對水閘影響小。達到了經濟實用的效果。

廣州市花都區某地下車庫在地區連降暴雨后，地下水位上升，頂板覆土尚未施工，引起車庫底板大面積上浮，底板最大隆起量達到 210mm，架柱底和墻體大量開裂。采用減壓井和抽水泵排除險情，實現了長期減壓的效果。

排水減壓抗浮方法在實際工程中應用時被不斷創新和改進。

新加坡環球影城項目中應用了可控的排水減壓抗浮新技術。在集水井入水管的出水端設置壓力傳感器和單向閥，通過預設地下水滲流壓力，用壓力傳感器控制單向閥啟閉，控制入水管的出水量，從而使排水減壓抗浮可控。

當地層存在地下水相對補給充分的強透水層，可應用截排減壓技術。基坑內外的主要水力聯系通道用止水帷幕“截”斷，繞滲進入坑內的水量相對于地層中強透水層的導水能力而言，是“小量”，能夠輕易地被排水結構(減壓井等)排走，從而有效減少作用在地下室底板上的水壓力，實現減壓抗浮的目的。

泄水減壓抗浮方法五角西岸住宅項目中使用，主要通過在地下室四周設置排水溝和在地下室外墻打泄水孔，地下水有組織地進入室內排水系統來降低地下水水位，而降低水浮力。在泄水孔匯水端需埋置一定面積的反濾層防止淤堵。

四、結語

(1)常規的被動式抗浮方式壓重法、抗浮錨樁法等存在造價高、對施工工期影響較大、技工難度高、抗浮方式被動等方面的不足。針對這些不足，起源于水利工程中的排水減壓抗浮方法逐漸被引用。

(2)排水減壓抗浮技術應根據地層條件和地形條件選用具體的減壓方法。特別注意其長期維護，反濾層淤堵的問題應從設計階段就著重考慮。

(3)排水減壓抗浮技術在實際工程應用過程不斷被改造和創新，出現可控排水減壓抗浮技術、截排減壓技術、泄水減壓抗浮方法，這些技術方法都在實際工程中被證實可行有效。

[1]錢七虎,城市可持續發展與地下空間開發利用地下空間[J]地下空間,1998,18(2)：69-74.

[2]張奕薇，張瑞興.大型鋼筋混凝土水池上浮開裂事故的處理方法[J]建筑技術,2003.34(4):279-280