地下構(gòu)筑物盲溝排水抗浮系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

武丹丹

（貴州正業(yè)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 地下構(gòu)筑物盲溝排水抗浮系統(tǒng)的提出

由于城市建設(shè)迅猛發(fā)展，地下車庫、水池、商場(chǎng)、儲(chǔ)液罐等地下構(gòu)筑物日益增多，地下構(gòu)筑物的抗浮問題顯得尤為突出，現(xiàn)有的抗浮設(shè)計(jì)有“主動(dòng)”型抗浮及“被動(dòng)”型抗浮?！氨粍?dòng)”型采用配重法及抗浮錨桿、抗浮樁等形式，配重法采用上部覆土或增厚底板，受到了空間的限制，抗浮效果不顯著，抗浮樁在施工和使用過程中受環(huán)境和施工條件影響較大，抗浮錨桿施工難度大，且錨桿耐久性難以保證[1-3]，此外，被動(dòng)抵抗水浮力容易受環(huán)境影響而引起失效。

傳統(tǒng)“主動(dòng)”型抗浮方法主要采用盲溝排水抗浮設(shè)計(jì)，形式多為塑料管穿孔外包土工布加級(jí)配碎石回填[4-5]，但由于塑料管抗壓強(qiáng)度較小，長(zhǎng)期使用過程中容易受上部荷載影響而產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致過水?dāng)嗝婵s小乃至整個(gè)排水系統(tǒng)失效。本文提出一種盲溝排水抗浮綠色環(huán)保系統(tǒng)，此系統(tǒng)著眼于“主動(dòng)”，且力求避免對(duì)建筑及環(huán)境的不利影響，其具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工安全、可靠，可操控性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了綠色建筑的特點(diǎn)，具有很好的推廣使用價(jià)值。

2 地下構(gòu)筑物盲溝排水抗浮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工藝原理

地下構(gòu)筑物浮力的大小與地下水位有關(guān)，當(dāng)?shù)叵滤×_(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可能引起構(gòu)筑物整體上浮或者構(gòu)筑物局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，而且一旦發(fā)生破壞，修復(fù)比較困難。所以，有效降低構(gòu)筑物抗浮水位是抗浮設(shè)計(jì)最為有效的方法。盲溝排水抗浮系統(tǒng)是利用地下水的靜止水壓力主動(dòng)降低構(gòu)筑物抗浮水位，從而釋放部分(或全部)水浮力。

盲溝排水抗浮系統(tǒng)分為自流式排水抗浮系統(tǒng)和集中抽排式排水抗浮系統(tǒng)兩種方法，前者為完全依靠地下水靜止水壓力主動(dòng)排水，后者為依靠地下水靜止水壓力集水與機(jī)械排水方式相結(jié)合。自流式排水抗浮系統(tǒng)適用于場(chǎng)地高差較大的坡地構(gòu)筑物，集中抽排式排水抗浮系統(tǒng)適用于建筑場(chǎng)地比較平整的地下構(gòu)筑物。

圖1 為盲溝排水抗浮系統(tǒng)橫向剖面示意圖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用土工布包裹大粒徑碎石的形式，是傳統(tǒng)盲溝排水系統(tǒng)的一個(gè)創(chuàng)新，大粒徑碎石抗壓強(qiáng)度高，有效的解決了傳統(tǒng)塑料管穿孔工藝復(fù)雜及抗壓強(qiáng)度小的問題，而且碎石空隙率比較大，保證了地下水滲流暢通。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低廉。圖上②處所指位置為土工布搭接處，搭接寬度應(yīng)不小于0.3m。

圖1 盲溝排水抗浮系統(tǒng)橫向剖面Fig.1 Transverse section of blind ditch drainage system on anti-floating

圖2 為盲溝排水抗浮系統(tǒng)縱向剖面示意圖，粗砂反濾層的作用為過濾地下水中的泥沙，阻止泥沙進(jìn)入盲溝和淤堵土工布，防止碎石戳破土工布；土工布反濾層的作用為過濾地下水中的泥砂，阻止泥砂進(jìn)入盲溝內(nèi)，保證盲溝內(nèi)地下水滲流通道暢通；碎石排水層采用級(jí)配不良的大粒徑碎石，其空隙率比較大，使盲溝內(nèi)地下水滲流阻力小，滲流暢通，速度快；水位檢查口可設(shè)置在集水井前，方便觀察地下水位的變化，顯著提高盲溝排水的安全度，并可查看出水口處土工布的淤堵情況，便于土工布的更換。

圖2 盲溝排水抗浮系統(tǒng)縱向剖面Fig.2 Longitudinal section of blind ditch drainage system on anti-Floating

2.2 外接泵水系統(tǒng)

自流式排水抗浮系統(tǒng)的動(dòng)力為靜止水壓力，地下構(gòu)筑物周圍的地下水通過盲溝的反濾層滲流、匯集至溝內(nèi)，在靜止水壓力作用下水沿盲溝排到地下集水井內(nèi)，集水井與市政雨水管道連通，將集水井內(nèi)水直接排走。

集中抽排式排水抗浮系統(tǒng)以機(jī)械(水泵)提升動(dòng)力，在地下集水井內(nèi)設(shè)置水泵，將集水井內(nèi)水排出。圖3 為集中抽排式系統(tǒng)自動(dòng)水位控制裝置，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)設(shè)限值時(shí)，排水泵啟動(dòng)排出井內(nèi)的水，直至水位回落至安全值時(shí)停止排水，動(dòng)態(tài)的掌握地下水位及結(jié)構(gòu)承受的浮力，最大程度減小對(duì)構(gòu)筑物及環(huán)境的不利影響。

圖3 集中抽排式系統(tǒng)自動(dòng)水位控制裝置Fig.3 Automatic water level control device of centralized pumping systems

每組泵的吸水管不應(yīng)少于2 根，以防吸水管被堵塞而引起泵水失效。在寒冷地區(qū)，應(yīng)采取防凍措施[6]。

2.3 盲溝布置方案

盲溝的布置方案多種多樣，根據(jù)構(gòu)筑物的面積大小，場(chǎng)地的自然水位高低，地區(qū)的平均降水量，土壤的排水能力來綜合確定。

如圖4 所示的三種布置方式，第一種布置方式由一條主盲溝和多條單向支盲溝組成帶狀結(jié)構(gòu)，適用于構(gòu)筑物面積不大，場(chǎng)地排水要求不高的情況。帶狀結(jié)構(gòu)的盲溝可埋設(shè)在構(gòu)筑物底部，也可埋設(shè)在構(gòu)筑物四周，形成矩形構(gòu)造；第二種布置方式由一條主盲溝和多條雙向支盲溝組成帶狀結(jié)構(gòu)，適用于構(gòu)筑物面積稍大，場(chǎng)地排水要求一般的情況。根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地的需要，也可設(shè)多條主盲溝，在主盲溝的兩端加設(shè)集水井，形成格柵狀構(gòu)造；第三種布置方式不區(qū)分主盲溝和支盲溝，由多條盲溝交錯(cuò)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，適用于構(gòu)筑物面積大，場(chǎng)地排水要求高的情況。根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地的需要，盲溝可設(shè)計(jì)成垂直相交，也可設(shè)計(jì)成斜向相交，為了提高排水能力，可在盲溝外圍增設(shè)集水井。

圖4 三種盲溝布置方式Fig.4 Three kinds of blind ditch arrangement

3 系統(tǒng)施工工藝流程及土工布的鋪設(shè)

3.1 施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線→溝槽開挖→溝槽驗(yàn)收→槽底鋪放粗砂→安放土工布→回填碎石（大粒徑）→隱蔽驗(yàn)收→土工布翻蓋包裹碎石→鋪放粗砂至槽頂→驗(yàn)收→土方回填

3.2 土工布反濾層的鋪設(shè)

采用土工織物作反濾層時(shí)，應(yīng)先在底部及兩側(cè)溝壁鋪好就位，并預(yù)留頂部覆蓋所需的土工織物，所有縱向或橫向的搭接縫應(yīng)交替錯(cuò)開，搭接寬度不應(yīng)小于0.3m；土工布應(yīng)與土層表面緊密貼合，這點(diǎn)尤其重要，土層表面應(yīng)盡量平整，對(duì)于有凹凸不平的地方需用砂料找平。如果由于某些原因?qū)е聝烧呙撾x或有脫離的趨勢(shì)，那么滲水就會(huì)在兩者之間的空隙停留，所帶土粒會(huì)在該空隙內(nèi)積聚，并侵蝕土層表面，或在土工布表面形成“土餅”，使土工布透水能力降低甚至喪失，這樣，濾層距失效甚至破壞了；碎石鋪至溝頂即可覆蓋土工布，將預(yù)留置的土工布沿碎石表面水平覆蓋搭接，搭接寬度不應(yīng)小于0.3m。

另外，土工布的連接也可采用縫合法，縫合寬度不應(yīng)小于0.1m，結(jié)合處的抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到土工布的60%以上，在整個(gè)鋪設(shè)過程中必須保證土工布不受損壞，必須謹(jǐn)慎快速對(duì)鋪好的土工布進(jìn)行及時(shí)覆蓋，對(duì)于已破損的土工布應(yīng)視情況及時(shí)修補(bǔ)，更換。

4 應(yīng)用實(shí)例

某工程總建筑面積約12萬m2，滿鋪地下室占地面積約2萬，場(chǎng)地地形為坡地，場(chǎng)地外南高北低，西高東低，南側(cè)為兩層地下室，地下二層為全埋式人防地下室，北側(cè)為一層地下室。地勘提供的抗浮設(shè)計(jì)水位為室外地面以下2m，抗浮設(shè)計(jì)水位取絕對(duì)標(biāo)高46.00m，在此項(xiàng)工程即將竣工之時(shí)，由于連降暴雨，造成地下室部分頂、底板上浮，裙房地下室結(jié)構(gòu)柱產(chǎn)生環(huán)向裂隙，地下室外墻產(chǎn)生受力裂縫。

本項(xiàng)目若采用常規(guī)抗浮設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在混凝土用量不變的情況下，普通地下室抗浮設(shè)計(jì)水位每增高1m，對(duì)應(yīng)鋼筋用量每m2將增加40～50kg【7】，經(jīng)初步估算：原地下室底板需從400mm加高到500mm，側(cè)壁需從350mm加厚到450mm，且需增加一層鋼筋網(wǎng)片，按面積折算每m2增加鋼筋約90kg左右，混凝土厚度折合單位地下室建筑面積約120mm厚，將增加混凝土量2400m3，鋼筋1800t，初步計(jì)算直接費(fèi)用約1200萬左右，而且施工周期長(zhǎng)，難度大，將會(huì)滯延竣工時(shí)間約3個(gè)月。

若采用新型盲溝排水抗浮綠色系統(tǒng)，綜合土體開挖費(fèi)用及砂石、土工布費(fèi)用，初步計(jì)算約150萬，其直接處理費(fèi)是常規(guī)方法的1/8，最大程度的降低了工程項(xiàng)目的處理費(fèi)，且只要施工順序協(xié)調(diào)妥當(dāng)，完全不影響施工進(jìn)度。

綜合對(duì)比分析，對(duì)于地下構(gòu)筑物，在適當(dāng)條件下，可采用盲溝排水抗浮系統(tǒng)來避免地下部分浸泡在地下水中，這種做法不僅具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而且能防止地下結(jié)構(gòu)滲漏、地下結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕，提高地下結(jié)構(gòu)的耐久性。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)地下構(gòu)筑物抗浮方法相比，新型盲溝排水抗浮系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）可主動(dòng)解決地下構(gòu)筑物在施工過程和正常使用中不同工況下的抗浮要求；

2）可有效降低地下構(gòu)筑物抗浮水位，明顯降低構(gòu)筑物建造成本，充分體現(xiàn)綠色建筑的特點(diǎn)；

3）與傳統(tǒng)盲溝排水系統(tǒng)相比，工序簡(jiǎn)單，施工方便，可靠性強(qiáng)，成本低，能有效保證過水?dāng)嗝娴拇笮。?/p>

4）適應(yīng)性強(qiáng)，適用于不同深度，不同類型地下構(gòu)筑物，有廣泛的應(yīng)用前景。

地下構(gòu)筑物盲溝排水抗浮系統(tǒng)可適用于不同深度、不同類型地下構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)，比如建筑地下室、地鐵車站、下沉式廣場(chǎng)、高層建筑裙房等，尤其適用于不便使用增加結(jié)構(gòu)自重及樁錨抗浮的情況。