地下車庫盲管抗浮技術(shù)應用

郝柜珍 龐延北

(1.中煤天津設(shè)計工程有限責任公司，天津 300123； 2.邯鄲國際陸港有限公司，河北 邯鄲 056001)

1 概述

城市地下空間的開發(fā)利用越來越被重視，大型地下結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，但隨之而來的地下結(jié)構(gòu)抗浮安全問題也越來越突出。當?shù)叵滤惠^高時，抗浮成為地下結(jié)構(gòu)造價的控制因素之一。

地下室水浮力的大小與地下水位(抗浮水位)有關(guān)。當?shù)叵滤×_到一定數(shù)值時，可能引起建筑物整體上浮或者建筑物地下室局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，此破壞一旦發(fā)生，修復比較困難。所以，有效降低地下室四周的水位是地下室抗浮設(shè)計較為有效的方法。

盲管是常見的排水設(shè)施，主要用于地表水的收集、匯流，用于地下結(jié)構(gòu)的抗浮還很少。盲管排水抗浮是利用地下水的靜止水壓力主動降低地下室抗浮水位，從而釋放部分(或全部)地下室水浮力。但要實現(xiàn)盲管的排水抗浮系統(tǒng)的長期有效運轉(zhuǎn)，要解決以下幾個問題：

1)淤堵：盲管的淤堵將導致過濾及排水功能的部分或全部喪失，導致排水抗浮系統(tǒng)失效的風險。

2)排水能力：在豐水期，可能會有大量的地下水滲入，或者降水量較大時會有大量地表水從上部流入，在此期間有可能超過盲管的排水能力，使得排水抗浮系統(tǒng)失效、導致地下建筑上浮。

2 盲管式抗浮方案簡介

盲管排水主系統(tǒng)采用“排水盲管+集水井(檢查井)+排水泵+外排管道”組成。地下室周圍的地下水通過盲管的反濾層滲流匯集至盲管內(nèi)，地下水沿盲管排至集水井內(nèi)，集水井的管網(wǎng)與市政雨管網(wǎng)相連，將集水井內(nèi)的水直接排走。

排水方式分為完全依靠地下水水壓力的被動排水方式和依靠地下水水壓力與機械排水方式相結(jié)合的主、被動相結(jié)合的兩種排水方式。完全被動排水方式適用于場地高差較大，地下室某一方向為露出地面的建筑(局部敞口地下室)；主動與被動相結(jié)合的排水方式適用于建筑場地比較平整的全地下室建筑。盲管排水抗浮系統(tǒng)斷面布置見圖1。排水構(gòu)造分以下幾部分：

1)中砂反濾層：中砂反濾層為第一道反濾層，起到過濾地下水中的泥沙，阻止泥沙進入盲管內(nèi)，保證盲管內(nèi)水流通道暢通。

2)卵石反濾層:第二道反濾層，其主要作用是滲水層，其空隙率比較大，減少盲管內(nèi)地下水滲流阻力。

3)盲管：為三維立體多孔材料，其抗壓強度高，耐壓性能好；外包土工布作為濾膜。滲流入盲管內(nèi)的地下水通過盲管流入集水井內(nèi)。

4)集水井：集水井內(nèi)設(shè)有水泵。當水流量過大，盲管內(nèi)無法及時排出，達到積水井內(nèi)的水位控制標高時，則通過水泵將水排出。積水井之間不僅通過盲管相連，還有排水管聯(lián)通，保證排水的暢通。

正常工作狀態(tài)下，地下室周圍的地下水通過盲管的反濾層滲流、匯集至盲管管內(nèi)，在水壓力作用下水沿盲管排到地下集水井內(nèi)。地下集水井與市政雨水管道通過外排管道連通，將集水井內(nèi)水直接排走。在豐水季節(jié)內(nèi)，盲管排水量不足時通過排水泵直接將水排至市政雨水管道。

3 工程案例

3.1 工程概況

本研究以邯鄲市某小區(qū)4號地下車庫為依托，該地下車庫為2層地下車庫，層高均為3.7 m，占地面積約 3 100 m2，建筑面積約6 200 m2(不含進出口車道)，車庫基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)(筏板厚400 mm)，埋深為9.6 m，車庫頂部覆土厚度為1.8 m，抗浮設(shè)計水位為地面下0.5 m。因地下水位較高，抗浮設(shè)計為地下車庫的設(shè)計控制因素之一，抗浮方案需綜合考慮車庫的安全、造價、工期等因素。4號地下車庫周邊建筑物較多且距離較近，基坑的開挖、車庫的施工會對周邊建筑的安全產(chǎn)生影響，縮短施工時間并盡早完成對基坑的回填具有較大經(jīng)濟效益。

3.2 抗浮方案選擇

經(jīng)計算地下車庫平均單位面積恒載Gk=77.0 kN/m2，水浮力Nw,k=85.0 kN/m2，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第5.4.3條，1.05Nw,k-Gk=12.75 kN/m2，要滿足抗浮要求，地下水位應控制在車庫頂面以下1.3 m(考慮到覆土，需要在平場地面以下3.1 m)。結(jié)合該小區(qū)地形高差較大的特點，對幾種抗浮措施的對比分析見表1。

根據(jù)對比結(jié)果盲管排水抗浮方式具有較好的經(jīng)濟效益。

3.3 盲管排水抗浮設(shè)計

盲管排水抗浮方式邯鄲地區(qū)首次采用。本設(shè)計排水系統(tǒng)采用主動和被動相結(jié)合的排水方式，非雨季不需要人工的干預，在雨季地下水位較高時，可通過強排措施進行排水。

表1 抗浮方案對比

排水量根據(jù)地下含水土層滲透過來的地下水和地面降水滲入的水流量計算，根據(jù)排水量計算盲管的直徑。考慮到盲管直徑大時容易破壞，管徑太小易堵塞；本設(shè)計最大管徑控制在300 mm以下，單管排水量不滿足時采取2根一組或3根一組，見圖2。盲管沿地下室外墻鋪設(shè)，坡度不小于1.0%，管外側(cè)設(shè)卵石反濾層和中砂反濾層，并在盲管和卵石反濾層以及中砂反濾層和回填土之間設(shè)土工布一道以避免管涌現(xiàn)象。

檢查井間距不大于50 m，檢查井采用磚砌筑圓井，直徑1 m，井深按盲管底標高加深1 m。集水井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁設(shè)有外排水管與市政雨水管網(wǎng)相聯(lián)通，并設(shè)有機械排水設(shè)備。

最終，本工程沿車庫外圍布置盲管一組(每組3根，管徑均為300 mm，3根盲管呈品字形組合為一組)，盲管總長度共計為320×3=960 m(其中包含連接市政管網(wǎng)的管線約240 m)，檢查井共計9個，檢查井沿管線布置方向基本均勻布置(拐角處增設(shè)檢查井)，盲管頂標高距離車庫頂板1.5 m。

該系統(tǒng)在4號地下車庫應用，截止到目前已歷經(jīng)六個雨季，其中2016年7月18日邯鄲市區(qū)普降大暴雨,市區(qū)平均降水量達167 mm，降水期間排水系統(tǒng)運行平穩(wěn)，經(jīng)觀測地下車庫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，車庫四周地下水位可以控制在抗浮設(shè)計要求水位線以下，為車庫的穩(wěn)定提供了保障，效果良好。

4 盲管排水抗浮系統(tǒng)的經(jīng)濟型分析

盲管排水與抗浮錨桿、抗拔樁相比，施工簡單、速度快，不需要專業(yè)的施工隊伍，工程量小、可與其他施工過程同步進行。

根據(jù)該小區(qū)場地條件，在其他條件不變的情況下，對抗浮錨桿、抗拔樁、增加配重抗浮、盲管排水抗浮進行測算，工程造價折合成每平米造價對比見表2。

表2 抗浮方案造價對比表

5 推廣應用情況分析

1)依靠地下水的靜止水壓力，集水、排水，安全可靠、環(huán)保節(jié)能。

2)采用的塑料盲管管材，技術(shù)先進，耐久性超過建筑使用壽命。

3)盲管排水可有效降低建筑物地下室抗浮水位，顯著降低建造成本。

4)盲管排水措施，構(gòu)造簡單，施工方便，可操作性強。設(shè)有檢查井，可隨時觀察地下水位，為控制地下水位提供可靠依據(jù)，有效提高建筑物的安全性。

5)盲管排水措施適應性強，適用于不同深度，不同類型的地下建筑工程，有廣泛的應用前景。