一種排水技術在坡地建筑地下工程防排水設計中的創新應用

徐健波

（中衡卓創（重慶）工程設計有限公司，重慶 400020）

0 引言

我國國土幅員遼闊，其中山區約占比為三分之二。隨著城市的快速發展，用于建設的平地越來越少，近年來在坡地上進行城市建設發展迅速。特別是西部城市，地形條件復雜、起伏較大，坡地建筑相當普遍，重慶號稱“山城”，更是依山就勢而建。坡地建筑造價成本相比平地建筑要高，但卻能塑造豐富的建筑立體層次感，結合空間變化，更易打造宜居環境。

坡地建筑[1]屬于建筑形態的一種，在建筑設計時，結合地型地勢特征，依照坡度變化進行建筑布局，豐富了建筑師的創造力。坡地建筑設計需要尊重自然、依山就勢、考慮經濟性與建筑美學原則。依山就勢原則運用較多，但也會引起原始場地形態的變化。新建設后的場地條件，會形成新的地域小環境，對新建或改建的建筑地下室防水和排水處理有相應要求，如何實現有效的防排水處理，使得功能舒適，造價經濟，是設計師需要認真解決的技術問題。

目前設計行業關于地下工程的防排水[2]研究大多是基于平地的研究，也有一部分以坡地建筑為基礎。地下工程的防排水在平地上時，多數采用以“堵”“防”為主，結合抗浮抗滲[3]，形成完整封閉防水空間；坡地建筑地下工程防排水設計則是“堵”與“疏”結合處理，迎水面防排結合，于坡面進行組織排水處理。在決策方案時，均需以現有場地的水文條件及修建后的場地狀況為依據。如圖1 所示。

本文分析坡地條件下地下工程的防排水處理方式；重點分析地型地勢條件下，如何選擇合適防排水處理方案解決場地內地下工程的防排水問題，如何考慮依據水文條件與地型地勢來減少工程造價，提高項目經濟效益。坡地建筑地下工程的防排水形式，如圖2 所示。

圖2 坡地建筑中兩種常規防排水處理方案

本文創新使用大氣壓力與自重力流排水結合形式，利用虹吸現象與連通管原理，進行自然排水處理地下工程防排水問題。坡地建筑地下工程的防排水形式，如圖3 所示。

圖3 坡地建筑新式防排水處理方案

1 工程概況

某項目位于重慶市萬州區，建筑面積約12 萬m2，各樓均按辦公設計，其中需將13#樓會議室部分進行改造，作為運動培訓場地（需要向下挖3.2m 增加層高），經結構分析及行政申報后，工程先做支撐防護，然后向下開挖3.2m，樁轉柱進行加固處理，場地根據情況進行了盲溝布設，下挖完后進行擋墻處理。13#樓原設計層高為6.9m，原設計地坪絕對標高為197.600m，原設計室外標高為197.300m，靠山體設計，背側為車庫，頂上覆土為上一標高室外平臺。改造后設計層高為10.1m，設計地坪為194.400m，在室外地坪（197.300m）以下于四面設置擋墻，并處理改造處防水搭接與加強，形成圍合防水。因整體地型為坡地，在建筑體外約50～60m 為小區道路（絕對標高192.200m），可接入排水管網，在建筑體外設置集水井收集水體。整體關系圖如圖4 所示。

圖4 13#樓處理前后平面圖

根據原始地勢情況，建筑所處位置常年水位應在地坪以下，即使改造后，地下室工程地面標高為194.400m，比整體工程不遠處外部場地標高更低（不遠處小區道路絕對標高192.200m），由此可判斷該項目下挖后，地下室周邊不會形成大量浸泡水，該工程宜采用“防排結合”的防水處理方式。排水組織條件既定的情況下，排水方式則變成機械提排與自然排水方式的選擇。坡地防排水處理方案選擇的目標是經濟性、穩定性、適用性，既要考慮前期投資的成本情況，又要考慮長期使用的經濟性、安全性、穩定性等要求。

2 方案及分析對比

2.1 方案一：機械提排形式

按照前文所述及圖2（防排水處理方式一）所示，機械提排形式[4]可用于平地場地條件和坡地場地條件，在進行合理的排水組織水體收集后，采用集中或分散提排方式，保證地下工程水位水壓情況。

方案一的優點：

（1）地下工程場地狀況不受限制；

（2）場地內的管網埋設及集水井設置較為靈活；

（3）排水流量容易滿足；

（4）地下工程設置面積不受限制。

方案一的缺點：

（1）前期投入成本較高；

（2）后期維護成本較高；

（3）在一用一備條件下有小概率機械事故使地下工程室外水壓造成滲漏。

2.2 方案二：自重力流排水形式

坡地建筑地下工程根據地型關系，利用場地高差，在合理的排水組織水體收集后利用坡度關系，形成自重力流的排水關系[5]，如圖5 所示。

圖5 13#樓自重力流形式（A-A 剖面圖）

方案二的優點：

（1）前期投入成本一般；

（2）后期維護成本低；

（3）排水流量容易滿足；

（4）地下工程設置面積不受限制。

方案二的缺點：

（1）地下工程場地狀況受限制；

（2）場地內的管網埋設及集水井設置不夠靈活；

（3）市政出水點距離集水點不宜過遠[6]；

（4）地下工程面積過大，市政出水點距離過遠會造成成本相應增加。

2.3 方案三：大氣壓結合虹吸現象與連通管自重力流排水形式

坡地建筑地下工程根據地型關系，利用場地高差，在合理的排水組織水體收集后利用坡度關系，利用虹吸現象與連通管原理形成自重力流的排水關系[7]，如圖6 所示。

圖6 13#樓連通管原理形成自重力流形式（A-A 剖面圖）

方案三的優點：

（1）前期投入成本較低；

（2）后期維護成本低；

（3）排水流量容易滿足；

（4）市政出水點距離自力流集水點可放寬到一定距離。

方案三的缺點：

（1）地下工程場地狀況受限制；

（2）場地內的管網埋設及集水井設置不夠靈活；

（3）地下工程面積不宜過大，市政出水點距離過遠會造成成本相應增加；

（4）因連通管大氣壓原理，地下工程提升埋深不能過深（H≤10m，不超過8m 為宜）且連通漏水口需做防蒸發處理；

（5）需定期檢查連通管部段水柱充盈情況（設置低于限制水位報警裝置）。

該項目13#樓因是改造工程，場地雖有坡度，但由于地下工程外擋土墻集水井距離市政接水口相對較遠，根據統計，方案三的排水設施工程總造價約為16.6 萬，實施周期為12 天；以方案三作為參照，按方案一實施時，需要增設電路管線工程與潛水泵設備，造價上會增加10%，同等施工條件下工期會增加約3 天左右；按方案二實施時，因需要進行大開挖，距離較遠以及深度較深，開挖及鋪設的難度大，造價上會增加20%左右，同等施工條件下工期會增加15 天左右。在與業主進行了多次討論后，基于工程場地關系、工程水文條件預設、施工便捷度、使用穩定性、實施造價等多方面因素，最終決策采用方案三作為最后的實施形式，整個項目為業主縮短了施工周期，節約了成本造價，受到業主的好評。

根據以上對比發現，當地下工程防排水面積不大，地下室埋深不太深，采用方案三可獲得較好的綜合效益。

3 結語

地下工程的防排水設計應遵循安全、經濟、合理的原則，根據場地標高與水文狀態，結合地形地質條件及使用要求，因地制宜[6]，以取得較好的使用要求與經濟效益為目的。

本文結合工程實例，通過地下室防排水處理方式分析及三種排水方案的對比，分析了坡地式地下室工程防排水的不同處理技術的優缺點，根據項目實際情況，采用合理的防排水方案，可以節省工程周期，為項目節省工程造價，取得良好的綜合效益。案例的研究對相關工程的項目負責人、建筑專業負責人與給排水專業負責人，在項目初期對地形條件較復雜的地下工程防排水方案選擇與成本控制具有借鑒意義。