止水帷幕結合疏排水技術在地下室設計中的應用

劉向軍

（廣東省重工建筑設計院有限公司，廣州510700）

1 工程概況

佛山信保廣場項目位于佛山新城CBD 二期西北角，天虹路以南，百順道以東，本項目地下3 層，地上40 層，建筑高度180m，總建筑面積1.729×105m2，集商業、商務、辦公于一體。工程場地地勢總體較為低緩，起伏較小，地面高程為3.94～10.08m。場地西面鄰近小涌水閘，北面200m 外為潭州水道。場地屬珠江三角洲海陸相交互沉積平原地貌，場地自上而下分別為人工填土層（）、海陸相交互沉積淤泥和淤泥質土層、淤泥質砂層、海陸相沉積砂層及粉質黏土層（）、沖積-洪積層（Q）和殘積粉質黏土層（Qe）l及基巖。

2 工程設計特點及難點

場地實測鉆孔穩定水位埋深為2.80～5.40m，平均埋深3.61m，標高為1.04～5.75m，平均標高為3.15m。場地水位年變化幅約0.5m。由于本項目設3 層地下室，地下室底板底面標高約為-5.6m，抗浮設計水位取相鄰道路最低點5.1m，抗浮水頭高度將達到10.7m，這對于非塔樓范圍內的純地下室抗浮設計帶來了不小挑戰。

3 設計方案選定

對地下室的抗浮設計，提出了3 種處理方案：（1）設置抗拔管樁；（2）設置抗拔錨桿；（3）以地下連續墻做止水帷幕，采用疏排水結合，主動抗浮。

經過初步試算，方案1 與方案2 均屬于傳統地下室抗浮，主要將地下室作為一個密封的箱體，通過增加地下室的自重或者設置抗拔樁、抗拔錨桿來抵抗地下水的作用【1】，但由于設計人員對抗浮設計的基本概念理解不夠清晰或者地下室施工及防水措施不到位，近年來，有不少地下室因為抗浮問題而造成工程事故，有的工程整體上浮嚴重，墻柱壓潰；有的地下室底板、側墻出現破壞性的裂縫，漏水嚴重，甚至成為地下游泳池。

傳統的方案通過增加自重及設置抗拔措施來進行抗浮設計，只是被動地抵抗地下水浮力，很依賴抗浮水位的取值及施工質量。一方面，抗浮水位的取值一般都較保守，這就導致設計偏于保守，容易造成不經濟，另一方面，如果遇到氣候問題，實際水位高于抗浮水位，則地下室將面臨極大的抗浮安全問題。

關于方案3，基坑開挖降水后，基坑內外形成水頭差，地下水通過在土體滲流，繞過止水帷幕的底部，流入基坑內部。當坑底附近土體隔水較好或止水帷幕可以有效隔斷透水層時，地下水的滲流將十分緩慢，坑內日滲水量少，抽水負荷低，短時間抽水即可維持水位低于坑底或目標標高。在低滲水量條件下，采用“排水法”代替常規的抗拔樁或錨桿成為可能：在地下室底板以下設置永久的疏排水系統，系統的排水速度和能力可設計為最不利滲水工況的數倍甚至數十倍以上，將滲入系統中的少量地下水迅速排離，則可輕松達到控制水位的目標。

適用條件：基底位于不（弱）透水土層；基底位于透水層，但距基底不太深處有一層不（弱）透水土層，采用永久止水帷幕延伸到相對隔水層中，使外圍的地下水難以滲入地下室底板范圍。

不適用的條件：（1）巖石裂隙水豐富，長期抽水負荷大；（2）巖溶水豐富，長期抽水負荷大；（3）地下室位于全透水的深厚砂層且未采用地下連續墻支護的建筑物，止水帷幕一旦退化將導致滲水量可能失控的后果；（4）位于地鐵影響范圍，受地鐵保護辦公室嚴格監控的建筑物。

如圖1 所示為地下室結構降水抗浮方式的原理示意圖。

圖1 中，a 為地下室底板，其下臥巖土層分別為透水性不同的b、c、d 巖土層，巖土層b 透水性較大，可以作為天然疏水層，c 為半透水層，d 為不透水層；e 為地下室的圍護結構——地下連續墻，其可兼做地下室受力邊墻，f 與g 分別為基坑內外水位，地下連續墻e 可有效切斷兩者的水力聯系；h 為地下室實際使用邊線磚墻，距離地下連續墻約1.5m，i 為地下連續墻e 與實際使用邊線磚墻h 之間形成的排通風通道；j 為地下室底板a 上布置的降水井，k 為底板板下設置的流入降水井的滲水管系統，地下室底板下的滲入水通過滲水管系統k 流入降水井j。

圖1 地下室結構降水抗浮方式原理示意圖

4 止水帷幕結合疏排水技術應用要點

止水帷幕是在基坑開挖和地下構筑物施工時在基坑邊和基坑底土體中構筑隔滲體以阻止地下水入滲基坑的土工構筑物。此時，地下室是一個水連通器（連續墻防止地下水橫向滲流，并延長滲流路徑），需將進入地下室的水抽出并排走。

豎向止水帷幕設置在基坑坑壁的外緣四周，接縫處咬合緊密。地下水流在抽水過程中形成新的流網，延長了水流的路徑。其用以阻止降水時基坑外透水層在坑內外水位差的作用下向坑內的滲流，并防止由此產生的流砂等滲透破壞。在透水層設置止水帷幕后，更便于疏干坑內的地下水，同時由于帷幕的阻隔，使基坑外圍的地下水位不受過大的影響，從而減少地下水位降低而引起周圍地面的沉降【2】。

結合勘察報告，根據土層的透水判別，淤泥、淤泥質土層，粉質黏土層，風化巖層，為相對隔水層，其中，飽和黏土層及風化泥質粉砂巖層均具有較好的止水效果；粉細砂層屬中強透水性層，分布基本連續，埋藏較淺，連通性較好。

針對上述地質情況，選擇地下連續墻作為地下室的圍護結構并兼做地下室外墻，地下連續墻穿過下臥淤泥層、砂層等透水層并伸入不透水的粉質黏土層至少2m，形成豎向止水帷幕，有效切斷基坑內外的水力聯系，保持基坑內外水位的穩定，保證施工的順利安全進行。

為獲得準確的底板滲水量，在基坑施工完成后進行底板標高處的抽水試驗。根據水文地質抽水試驗結果，基坑總涌水量為168m3/d，底板設置9 個降水井，單井排水量18.7m3/d。單井排水泵的排水能力為15m3/h，總排水能力135m3/h，排水總量達3 240m3/d；側壁滲水按地鐵設計標準4L/（m2·d）計，側壁約6 000m2。每日維護結構滲水24m3/d。負3 層共有11 個可排滲水的集水井，其中有4 個是與底板滲水合用的降水井，其余7 個集水井最小排水泵15m3/h，7 個集水井總排水能力105m3/h，降水井及集水井數量設置滿足底板及側壁的排水要求。

為了將平時滲入地下室底板下的水集中收集到設置的9個降水井，需在結構底板下設置250mm 厚的碎石疏水層，并在疏水層中埋設縱橫交錯的排水花管，最終將排水管接入降水井。此時將地下室底板底面的水位設置為控制水位，平時滲入底板以下的水，通過滲水管系統流向降水井，當水位達到控制水位時，降水井開始抽水工作，始終將水位保持在控制水位以下。如圖2 所示為滲水管詳圖，圖3 為降水井做法示意圖。

圖2 滲水管詳圖

圖3 降水井做法

5 應用效果

由于采用疏排水法，水浮力小，底板僅需考慮底板面的恒活載來計算配筋，大部分底板配筋滿足構造配筋即可，節省土建成本。

現場按本方案進行底板施工，施工方便、迅速，極大地節省了施工工期；且投入使用后日抽水量遠小于之前抽水試驗結果，運營成本低，效果好，很好地達到了設計目的。

6 結語

綜上所述，止水帷幕結合疏排水的方法特別適用于埋深較深的多層地下室工程，地下連續墻作為圍護結構不僅可以有效切斷基坑內外水位的聯系，保持內外水位的相對穩定，還可以兼做外墻。同時水浮力小，僅需考慮底板面的恒活載來計算配筋，大部分底板配筋滿足構造配筋即可；地下連續墻兼做外墻，地下室實際使用范圍的邊墻采用填充磚墻即可；抽水井只在水位到達控制水位時才開始工作，這些都可以節省材料及能源，綜合效益較高。