止水帷幕結(jié)合疏排水技術(shù)在地下室設(shè)計中的應(yīng)用

劉向軍

（廣東省重工建筑設(shè)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(yè)、商務(wù)、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(zhì)土層、淤泥質(zhì)砂層、海陸相沉積砂層及粉質(zhì)黏土層（）、沖積-洪積層（Q）和殘積粉質(zhì)黏土層（Qe）l及基巖。

2 工程設(shè)計特點及難點

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

3 設(shè)計方案選定

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

經(jīng)過初步試算，方案1 與方案2 均屬于傳統(tǒng)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(shè)置抗拔樁、抗拔錨桿來抵抗地下水的作用【1】，但由于設(shè)計人員對抗浮設(shè)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(yán)重，墻柱壓潰；有的地下室底板、側(cè)墻出現(xiàn)破壞性的裂縫，漏水嚴(yán)重，甚至成為地下游泳池。

傳統(tǒng)的方案通過增加自重及設(shè)置抗拔措施來進(jìn)行抗浮設(shè)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(zhì)量。一方面，抗浮水位的取值一般都較保守，這就導(dǎo)致設(shè)計偏于保守，容易造成不經(jīng)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(guān)于方案3，基坑開挖降水后，基坑內(nèi)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(nèi)部。當(dāng)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(nèi)日滲水量少，抽水負(fù)荷低，短時間抽水即可維持水位低于坑底或目標(biāo)標(biāo)高。在低滲水量條件下，采用“排水法”代替常規(guī)的抗拔樁或錨桿成為可能：在地下室底板以下設(shè)置永久的疏排水系統(tǒng)，系統(tǒng)的排水速度和能力可設(shè)計為最不利滲水工況的數(shù)倍甚至數(shù)十倍以上，將滲入系統(tǒng)中的少量地下水迅速排離，則可輕松達(dá)到控制水位的目標(biāo)。

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(fù)荷大；（2）巖溶水豐富，長期抽水負(fù)荷大；（3）地下室位于全透水的深厚砂層且未采用地下連續(xù)墻支護(hù)的建筑物，止水帷幕一旦退化將導(dǎo)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(hù)辦公室嚴(yán)格監(jiān)控的建筑物。

如圖1 所示為地下室結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)——地下連續(xù)墻，其可兼做地下室受力邊墻，f 與g 分別為基坑內(nèi)外水位，地下連續(xù)墻e 可有效切斷兩者的水力聯(lián)系；h 為地下室實際使用邊線磚墻，距離地下連續(xù)墻約1.5m，i 為地下連續(xù)墻e 與實際使用邊線磚墻h 之間形成的排通風(fēng)通道；j 為地下室底板a 上布置的降水井，k 為底板板下設(shè)置的流入降水井的滲水管系統(tǒng)，地下室底板下的滲入水通過滲水管系統(tǒng)k 流入降水井j。

圖1 地下室結(jié)構(gòu)降水抗浮方式原理示意圖

4 止水帷幕結(jié)合疏排水技術(shù)應(yīng)用要點

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

豎向止水帷幕設(shè)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(wǎng)，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(nèi)外水位差的作用下向坑內(nèi)的滲流，并防止由此產(chǎn)生的流砂等滲透破壞。在透水層設(shè)置止水帷幕后，更便于疏干坑內(nèi)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(jié)合勘察報告，根據(jù)土層的透水判別，淤泥、淤泥質(zhì)土層，粉質(zhì)黏土層，風(fēng)化巖層，為相對隔水層，其中，飽和黏土層及風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層均具有較好的止水效果；粉細(xì)砂層屬中強透水性層，分布基本連續(xù)，埋藏較淺，連通性較好。

針對上述地質(zhì)情況，選擇地下連續(xù)墻作為地下室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)并兼做地下室外墻，地下連續(xù)墻穿過下臥淤泥層、砂層等透水層并伸入不透水的粉質(zhì)黏土層至少2m，形成豎向止水帷幕，有效切斷基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，保持基坑內(nèi)外水位的穩(wěn)定，保證施工的順利安全進(jìn)行。

為獲得準(zhǔn)確的底板滲水量，在基坑施工完成后進(jìn)行底板標(biāo)高處的抽水試驗。根據(jù)水文地質(zhì)抽水試驗結(jié)果，基坑總涌水量為168m3/d，底板設(shè)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(dá)3 240m3/d；側(cè)壁滲水按地鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)4L/（m2·d）計，側(cè)壁約6 000m2。每日維護(hù)結(jié)構(gòu)滲水24m3/d。負(fù)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?dāng)?shù)量設(shè)置滿足底板及側(cè)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(shè)置的9個降水井，需在結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置250mm 厚的碎石疏水層，并在疏水層中埋設(shè)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(shè)置為控制水位，平時滲入底板以下的水，通過滲水管系統(tǒng)流向降水井，當(dāng)水位達(dá)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(yīng)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(gòu)造配筋即可，節(jié)省土建成本。

現(xiàn)場按本方案進(jìn)行底板施工，施工方便、迅速，極大地節(jié)省了施工工期；且投入使用后日抽水量遠(yuǎn)小于之前抽水試驗結(jié)果，運營成本低，效果好，很好地達(dá)到了設(shè)計目的。

6 結(jié)語

綜上所述，止水帷幕結(jié)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(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅可以有效切斷基坑內(nèi)外水位的聯(lián)系，保持內(nèi)外水位的相對穩(wěn)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(gòu)造配筋即可；地下連續(xù)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(dá)控制水位時才開始工作，這些都可以節(jié)省材料及能源，綜合效益較高。