泄水減壓技術(shù)在地鐵車(chē)輛地下停車(chē)場(chǎng)結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 環(huán)境與設(shè)備設(shè)計(jì)處，陜西 西安 710043；2.青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東 青島 266045)

地鐵車(chē)輛停車(chē)場(chǎng)是保障地鐵正常運(yùn)營(yíng)的后勤基地，承擔(dān)車(chē)輛的運(yùn)用整備和日常維修保養(yǎng)工作[1]。停車(chē)場(chǎng)的占地面積較大，在城市建設(shè)用地日趨緊張的情況下，停車(chē)場(chǎng)的用地獲取也越來(lái)越困難。利用地下空間設(shè)置停車(chē)場(chǎng)，集約化地利用城市土地資源，成為地鐵建設(shè)的新模式[2]。

地鐵車(chē)輛地下停車(chē)場(chǎng)其上部荷載較小，基礎(chǔ)埋置較深，地下結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題特別突出。如何在既節(jié)約資源又對(duì)周邊環(huán)境影響小的前提下,解決此類(lèi)大面積地下結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題，是大力發(fā)展地下空間必須面對(duì)的重要問(wèn)題[3]。青島地鐵13號(hào)線(xiàn)靈山衛(wèi)停車(chē)場(chǎng)結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中采用了泄水減壓技術(shù)。本文對(duì)此進(jìn)行分析，為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

青島地鐵13號(hào)線(xiàn)靈山衛(wèi)地鐵車(chē)輛停車(chē)場(chǎng)為全地下停車(chē)場(chǎng)，采用框架結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)面積近5萬(wàn)m2。根據(jù)停車(chē)場(chǎng)不同區(qū)域的功能要求，結(jié)合地形，停車(chē)場(chǎng)分為層高8，9，10 m 3個(gè)區(qū)域。建成后蓋板絕對(duì)高程16.62～18.62 m?；娱_(kāi)挖采用明挖法施工，基坑深度7.0～17.4 m，基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)+防水底板。停車(chē)場(chǎng)的平面布置如圖1所示。

圖1 停車(chē)場(chǎng)平面布置示意

2 抗浮技術(shù)方案比選及泄水減壓抗浮技術(shù)的適用性分析

2.1 抗浮技術(shù)方案比選

地下建筑抗浮技術(shù)方案分為主動(dòng)的和被動(dòng)的2大類(lèi)。主動(dòng)抗浮技術(shù)方案是通過(guò)減小水浮力的方法實(shí)現(xiàn)地下建筑的抗浮穩(wěn)定，主要是泄水減壓。被動(dòng)抗浮技術(shù)方案是通過(guò)提高地下建筑的抗浮能力從而達(dá)到地下建筑的抗浮穩(wěn)定，包括超挖配重、設(shè)置抗拔樁等[4]。

超挖配重是通過(guò)適當(dāng)加大基礎(chǔ)埋深、增加建筑自重來(lái)抵抗浮力。加大基礎(chǔ)埋深會(huì)增加基坑開(kāi)挖量、基坑支護(hù)深度、地下結(jié)構(gòu)高度和室內(nèi)回填量。由于配重的重量會(huì)被增加的水頭浮力抵消一部分，故其效率較低，適用于自重與浮力相差較小的工程，本工程不適用。設(shè)置抗拔樁是利用樁體自重和樁側(cè)摩擦阻力來(lái)提供抗拔力，是一種常用的抗浮方案[5]，適用于非巖石地基的工程。由于抗拔樁受裂縫控制，其與地基土的抗拔摩擦阻力不能充分發(fā)揮作用，效率不高，工期長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足本工程的工期要求。

泄水減壓是利用永久性降水和排水的方法來(lái)使基坑底部的水位始終處于預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)之下，能夠有效地減少地下水對(duì)建筑物的浮力，進(jìn)而使建筑物具有抗浮的作用。在周邊環(huán)境允許的情況下，泄水減壓施工過(guò)程較方便，并且成本低廉。鑒于本工程地形特點(diǎn)，該技術(shù)適合本工程，但要重點(diǎn)考慮可能出現(xiàn)的淤堵情況。

2.2 泄水減壓抗浮方案的適用性分析

停車(chē)場(chǎng)所處地形為東高西低，南高北低，項(xiàng)目所處地段具備泄水減壓實(shí)施條件。

泄水減壓技術(shù)對(duì)地下室土體的要求較高。要求地下室周?chē)馏w為滲透性較差的黏土，地下水類(lèi)型主要是上層滯水、潛水[6]。該地區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水和上游山體徑流水。主要排泄方式是蒸發(fā)和徑流排泄。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，本場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型多且分布不均勻，不是主要的水源地?？拥孜挥诨鶐r中，不會(huì)發(fā)生突涌水。工程及水文地質(zhì)條件適合采用泄水降壓技術(shù)。

3 泄水減壓抗浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 泄水減壓抗浮原理

泄水減壓抗浮原理是通過(guò)盲溝排水主動(dòng)降低地下室抗浮水位，從而釋放部分或全部地下水浮力[7-8]。盲溝排水分為完全依靠地下水靜止水壓力主動(dòng)排水和主要依靠地下水靜止水壓力排水并輔以機(jī)械排水2種方式[9-10]。結(jié)合本工程地質(zhì)及環(huán)境情況，在基坑側(cè)壁外和底板下開(kāi)挖泄水盲溝，盲溝采用碎石填充，內(nèi)埋軟式透水管。通過(guò)盲溝將滲入基坑側(cè)壁和底板下的地下水匯集在匯水井中，再通過(guò)排水管排泄至場(chǎng)區(qū)西側(cè)蓄水池中，以便將抗浮水位控制在結(jié)構(gòu)自身的抗浮能力之內(nèi)，達(dá)到泄水降壓的目的。

3.2 基坑涌水量

泄水減壓抗浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮場(chǎng)地內(nèi)長(zhǎng)期存在地下連續(xù)墻等擋水結(jié)構(gòu)，地下水的每日抽排量和場(chǎng)地周?chē)叵滤鲌?chǎng)變化，以及排水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響[11]。

場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜，各地段滲透系數(shù)差異較大。為準(zhǔn)確計(jì)算基坑涌水量，參考全場(chǎng)區(qū)天然交變電場(chǎng)物探結(jié)果，將基坑劃分為10個(gè)小區(qū)進(jìn)行計(jì)算。各小區(qū)地下水類(lèi)型及水文地質(zhì)條件類(lèi)似?；佑克坑?jì)算時(shí)假定將地下水降至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1 m，計(jì)算無(wú)擋水結(jié)構(gòu)時(shí)涌水量。極端情況下基坑各小區(qū)涌水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 極端情況下基坑各小區(qū)涌水量 m3/d

為保證工程安全，基坑涌水量取表1中各小區(qū)坑壁、坑底涌水量之和，確定為473.8 m3/d。

3.3 盲溝布置及泄水能力計(jì)算

在主體結(jié)構(gòu)以外沿建筑周邊設(shè)置1圈排水盲溝，盲溝內(nèi)設(shè)置軟式透水管，構(gòu)成環(huán)形排水系統(tǒng)，用于排泄肥槽中地下水。在坑底設(shè)置盲溝，盲溝以從東向西排水為主，在南北向設(shè)置盲溝與東西向盲溝連通，達(dá)到將東西向各條盲溝互為備用的目的。東西向排水盲溝間距20～40 m，在水量較大或集中出水點(diǎn)應(yīng)加密布置或加大管徑。南北向盲溝間距30～50 m。將盲溝與集水井相連，使地下水匯聚在集水井中，然后通過(guò)排水管排入蓄水池中?？拥酌喜贾梅譃锳,B,C 3個(gè)區(qū)，如圖2 所示。

圖2 坑底盲溝平面布置示意

C區(qū)即表1中的Ⅶ，Ⅷ，Ⅸ，Ⅹ區(qū)。由表1可以算出極端情況下C區(qū)坑底涌水量為106.6 m3/d。根據(jù)盲溝布置要求，C區(qū)擬布置8～12條縱向排水盲溝。由于地下水礦化度較高，進(jìn)行泄水抗浮設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮盲溝的堵塞及其造成的影響。對(duì)其泄水能力作適當(dāng)折減，盲溝直徑取100 mm。C區(qū)坑底地下水位在7.7～8.2 m，對(duì)盲溝泄水量進(jìn)行計(jì)算，最小泄水量為150.8 m3/d，大于C區(qū)極端情況下涌水量106.6 m3/d。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

B區(qū)即表1中的Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ區(qū)。由表1可以算出極端情況下B區(qū)坑底涌水量為182.8 m3/d，加上C區(qū)涌水量106.6 m3/d，則總涌水量為289.4 m3/d。 B區(qū)擬布置4條縱向排水盲溝，對(duì)其泄水能力作適當(dāng)折減，盲溝直徑取150 mm。B區(qū)坑底地下水位在7.7～8.2 m，對(duì)盲溝泄水量進(jìn)行了計(jì)算，最小泄水量為308.9 m3/d，大于B區(qū)和C區(qū)總涌水量289.4 m3/d。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

A區(qū)即表1中的Ⅰ，Ⅱ區(qū)。由表1可以算出極端情況下A區(qū)坑底涌水量為48.9 m3/d，加上B區(qū)和C區(qū)總涌水量289.4 m3/d，則總涌水量為338.3 m3/d。C區(qū)擬布置3條縱向排水盲溝，對(duì)其泄水能力作適當(dāng)折減，盲溝直徑取200 mm。A區(qū)坑底地下水位在7.7～8.2 m，對(duì)盲溝泄水量進(jìn)行了計(jì)算。最小泄水量為524.1 m3/d，大于3個(gè)區(qū)總涌水量338.3 m3/d。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

由表1可以算出，極端情況下坑壁總涌水量為135.5 m3/d。肥槽中擬布置1條縱向排水盲溝，對(duì)其泄水能力做適當(dāng)折減，盲溝直徑取250 mm。肥槽中地下水位在8.2～8.7 m，對(duì)盲溝泄水量進(jìn)行了計(jì)算。最小泄水量為161.5 m3/d，大于坑壁總涌水量135.5 m3/d。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

3.4 水位監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)坑底水位情況，場(chǎng)區(qū)共布置了5個(gè)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖2)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置液位計(jì)，另在西側(cè)集水井內(nèi)設(shè)置液位傳感器及水泵。

場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位絕對(duì)標(biāo)高最低為13.0 m，最高為21.0 m，中間位置按等差計(jì)算取值，每米水頭浮托力按10 kPa考慮[12]。

地下室地面標(biāo)高8.1 m，防水板底標(biāo)高6.3 m。分別計(jì)算結(jié)構(gòu)頂板、防水板、覆土、擋土墻等自重，得出結(jié)構(gòu)自身在滿(mǎn)足整體抗浮安全要求的情況下抗浮水位為14.9 m，局部抗浮水位為9.7 m。結(jié)構(gòu)自身抗浮極限水位由局部抗浮水位控制，取9.7 m。泄水減壓將地下水水位控制在9.5 m以下能保證結(jié)構(gòu)安全。

當(dāng)集水井中水位在7.0 m以下時(shí)為正常水位。當(dāng)水位達(dá)到起泵水位7.5 m或玻璃液位計(jì)中水位達(dá)到警戒水位9.0 m時(shí)，應(yīng)自動(dòng)開(kāi)啟1臺(tái)水泵進(jìn)行排水。當(dāng)水位達(dá)到報(bào)警水位8.0 m或玻璃液位計(jì)中水位達(dá)到最高水位9.5 m時(shí)，應(yīng)自動(dòng)同時(shí)開(kāi)啟備用水泵進(jìn)行排水，并應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)人員采取下一步應(yīng)急預(yù)案。當(dāng)集水井中水泵損壞喪失排水能力時(shí)，應(yīng)在玻璃液位計(jì)中水位達(dá)到9.5 m前啟用應(yīng)急水泵進(jìn)行降水。

4 對(duì)周邊環(huán)境的影響及需要采取的防護(hù)措施

4.1 對(duì)周邊環(huán)境的影響

泄水減壓抗浮方案成功與否主要取決于 2 個(gè)因素：①泄水減壓系統(tǒng)的可靠性和耐久性；②泄水減壓對(duì)周邊環(huán)境的影響[13]。

采用泄水減壓抗浮方案后，場(chǎng)地地下水位的變化對(duì)周邊環(huán)境的影響主要有以下4點(diǎn)：

1)場(chǎng)地的地下水補(bǔ)給主要來(lái)源是濱海大道南側(cè)的山體。由于有濱海大道的阻隔，并采取一定的技術(shù)措施，場(chǎng)地地下水位的降低不會(huì)對(duì)濱海大道南側(cè)山體地下水造成大的影響。

2)場(chǎng)地東北側(cè)地勢(shì)低于本場(chǎng)地。采用泄水減壓抗浮方案后，場(chǎng)地地下水位的降低對(duì)東北側(cè)的地下水補(bǔ)給將產(chǎn)生一定的影響。由于基坑設(shè)置了止水帷幕，隔斷了基坑內(nèi)外地下水的聯(lián)系，場(chǎng)地地下水位的降低不會(huì)造成基坑外地下水位的大幅下降。

3)場(chǎng)地西側(cè)地面標(biāo)高低于本工程基坑底部標(biāo)高，故采用泄水減壓抗浮方案后不會(huì)對(duì)相關(guān)建筑物及市政管網(wǎng)造成影響。

4)降水對(duì)基坑周邊50 m以外的地下水影響非常弱，不會(huì)引起基坑周邊50 m以外地面沉降[12]。但對(duì)基坑附近地面會(huì)產(chǎn)生一定影響，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視。

4.2 防護(hù)措施

防護(hù)的主要措施是對(duì)地下水源的控制與疏導(dǎo)。針對(duì)不同地下水源，分別采取如下措施：

1)地表雨水排放

對(duì)地表雨水進(jìn)行有組織排放。為防止雨水垂直滲透，在基坑肥槽內(nèi)適當(dāng)位置增加阻水層，以減少雨水沿肥槽向坑底滲透。

2)基坑四周裂隙水控制及疏導(dǎo)

本工程裂隙水水量不大，滲透系數(shù)為0.054～0.140 m/d[12]?；踊靥詈螅铀闹艿牧严端畬R入肥槽內(nèi)，通過(guò)相應(yīng)的盲溝匯入集水井內(nèi)，通過(guò)排水管排入蓄水池中。

3)坑底裂隙水排放與控制

在坑底獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)置碎石盲溝，使坑底裂隙水自東向西排出，匯入集水井中。

4)黏土區(qū)域地下水排放與控制

局部基礎(chǔ)處于黏土層，為防止地下水對(duì)基礎(chǔ)持力層的不利影響，在黏土區(qū)域的盲溝設(shè)計(jì)中增加反濾層，反濾層由土工布、反濾砂層、碎石層等組成。

5)坑底防水

坑底增設(shè)防水底板可有效提高防水防潮效果，保證室內(nèi)環(huán)境不受地下水的影響，并且防水底板使結(jié)構(gòu)具有一定的抗浮能力，可以承擔(dān)一定的水壓。在極端情況下也能使地下水的排放由無(wú)壓自流狀態(tài)變?yōu)橛袎盒沽?，增?qiáng)盲溝的泄水能力。

5 結(jié)論

本工程目前已實(shí)施完成，泄水減壓抗浮技術(shù)應(yīng)用效果較好。該技術(shù)適用于地下水位較高、上部荷載較小、抗浮問(wèn)題比較突出的大型地下工程。通過(guò)本工程的實(shí)踐，得出主要結(jié)論如下：

1)工程場(chǎng)地地下水的排放，將引起一定范圍內(nèi)地下水水位降低，但對(duì)周邊環(huán)境造成的影響較小，可以通過(guò)工程措施加以控制。

2)坑底盲溝的布置要縱橫連接，同時(shí)適當(dāng)增加盲溝的數(shù)量和加大盲溝直徑。施工中要確保排水系統(tǒng)的質(zhì)量，確保系統(tǒng)的耐久性、可靠性和安全性。

3)須做好系統(tǒng)的水位監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)時(shí)要在合理位置布置水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)水位監(jiān)測(cè)及應(yīng)急排水設(shè)施。定期巡視檢查，及時(shí)掌握地下水位變化情況。若發(fā)現(xiàn)有地下水位急劇變化、地面開(kāi)裂、塌陷等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)查明原因，消除隱患。