基于盲溝排水的泄水減壓法在某項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

鄭志全，朱 亮，陳抒睫

1.南通華榮建設(shè)集團(tuán)有限公司南京建筑設(shè)計(jì)分公司，江蘇 南京 210000

2.南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210000

1 基于盲溝排水的泄水減壓法技術(shù)可行性分析

1.1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目位于安徽省某市，由2幢高層商住樓及1座整體式地下車庫(kù)組成。其中，1號(hào)、2號(hào)商住樓主樓均為32層，為框剪結(jié)構(gòu)，裙樓為多層框架結(jié)構(gòu)；項(xiàng)目設(shè)計(jì)室外地坪標(biāo)高為46.75～51.30m。地下車庫(kù)整體2層，其中1號(hào)樓地下局部增設(shè)1層商業(yè)夾層。地下車庫(kù)底層整體總面積約為8400m2。

該項(xiàng)目基地高程與周邊現(xiàn)狀相比差異較大。規(guī)劃紅線內(nèi)地塊東南側(cè)沿線道路規(guī)劃高程為51.75m，地塊北側(cè)沿線道路規(guī)劃高程為51.75～46.75m。紅線外場(chǎng)地現(xiàn)狀高程：東南側(cè)沿線道面高程約為51.65～50.00m，地塊北側(cè)沿線道路高程約為51.65～46.00m，相鄰地塊現(xiàn)狀高程約為45.00～40.00m。項(xiàng)目建成前后整個(gè)場(chǎng)地及周邊均維持南高北低，東西兩側(cè)高、中間低的自然地勢(shì)環(huán)境。

勘察期間，場(chǎng)地標(biāo)高為52.50～43.00m，鉆孔揭露深度內(nèi)部分鉆孔見(jiàn)有地下水，地下水水位埋深為0.80～1.60m，水位標(biāo)高為51.29～41.73m，為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，其中第四系孔隙潛水主要賦存于1層填土和3層粉質(zhì)黏土混碎石中，富水性較弱，主要接受大氣降水及生活污水的補(bǔ)給?；鶐r裂隙水主要賦存于4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)、鈣質(zhì)頁(yè)巖和5層中風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖中，富水性弱，主要接受區(qū)域地下水的側(cè)向補(bǔ)給。

1.2 工程原理

（1）地下盲溝排水泄水減壓法。當(dāng)?shù)叵滤桓哂诮ㄖ锏撞繒r(shí)，由于水壓力作用，會(huì)對(duì)建筑物底部產(chǎn)生地下水浮力。地下室浮力與地下水位（抗浮水位）相關(guān)，有效降低地下室抗浮水位是地下室抗浮設(shè)計(jì)最有效的方法。盲溝排水是利用主動(dòng)排除地下室的靜水壓力的方法，降低地下室抗浮水位，從而釋放部分（或全部）地下室水浮力。

地下室抗浮設(shè)計(jì)主要需進(jìn)行建筑整體抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算、地下水壓力作用下局部構(gòu)件承載力和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。傳統(tǒng)工程大多采用回填材料或結(jié)構(gòu)自重，以平衡地下水浮力，或設(shè)置抗拔錨桿、抗拔樁阻止結(jié)構(gòu)上浮，也有部分工程將上述兩者相結(jié)合。該方案的排水盲溝泄水減壓法是在地下結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置永久使用的疏排水措施，將地下水位控制在預(yù)定的標(biāo)高范圍內(nèi)，從而減小或消除地下水對(duì)建筑的浮力影響。

（2）相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)?！督ㄖこ炭垢〖夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 476—2019）表6.5.1抗浮治理措施及其適用性中指出，排水限壓法通過(guò)設(shè)置排水井和抽水井、盲溝、排泄溝、水壓釋放層等降低水位。該方法的適用條件為具有自排水條件或允許設(shè)置永久性降排水設(shè)施且配置自動(dòng)控制降排系統(tǒng)的工程，可與隔水控壓法聯(lián)合使用，需要長(zhǎng)期運(yùn)行控制和維護(hù)管理。

1.3 盲溝技術(shù)在該項(xiàng)目中的適用性

該項(xiàng)目地下室抗浮所需考慮的地下水來(lái)源主要為潛水而非承壓水，為盲溝排水提供了有利條件。首先，通過(guò)底面排水措施，將地表的大氣降水和生活污水排走，避免其補(bǔ)給至巖土中。其次，通過(guò)回填的黏性土避免地下水位上升，確保盲溝排水具有較高的效率。再次，通過(guò)施工階段設(shè)置的止水帷幕，限制周邊土地中的地下水向建筑周邊匯集。最后，通過(guò)中砂、卵石等透水反濾層，將剩余的地下水排走，實(shí)現(xiàn)降低地下水位，進(jìn)而滿足地下室抗浮的要求。

2 基于盲溝排水的泄水減壓法方案

2.1 滿足承載力條件

（1）盲溝平面布置圖。該工程設(shè)計(jì)盲溝管中心最低點(diǎn)標(biāo)高為43.0m，盲溝管坡度0.5%，沿地下室周圍布置。

（2）單獨(dú)地下室部位抗浮驗(yàn)算。該工程基礎(chǔ)底標(biāo)高為38.8m，基礎(chǔ)下存在2層硬塑狀粉質(zhì)黏土、3層粉質(zhì)黏土混碎石及4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)、鈣質(zhì)頁(yè)巖。西側(cè)盲溝標(biāo)高43.0m，設(shè)置排水盲溝解決抗浮問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比結(jié)構(gòu)自重與設(shè)置盲溝后的最大水浮力，驗(yàn)算地下室抗浮能力。以下為最不利點(diǎn)處抗浮驗(yàn)算。

第一點(diǎn)處抗浮計(jì)算（2層地下室部分，排水盲溝最低點(diǎn)標(biāo)高43.0m）。經(jīng)計(jì)算，考慮頂板及附土自重、柱自重、負(fù)一層梁板自重、地板自重后的合計(jì)自重為46.8kN/m2，通過(guò)盲溝排水后的水浮力為42kN/m2，可滿足承載力要求。

第二點(diǎn)處抗浮計(jì)算（有夾層地下室部分，排水盲溝最高點(diǎn)標(biāo)高44.0m）。經(jīng)計(jì)算，考慮頂板及附土自重、柱自重、負(fù)一負(fù)二層梁板自重、地板自重后的合計(jì)自重為65.41kN/m2，通過(guò)盲溝排水后的水浮力為52kN/m2，可滿足承載力要求。

第三點(diǎn)處抗浮計(jì)算（純商業(yè)部分，排水盲溝最高點(diǎn)標(biāo)高43.5m）。經(jīng)計(jì)算，考慮上部板自重、地下室梁板自重、底板自重后的合計(jì)自重為54.5kN/m2，通過(guò)盲溝排水后的水浮力為47kN/m2，可滿足承載力要求。

（3）匯水量計(jì)算。取最高水頭51.9-1.0-43.9=7.0m計(jì)算，2層土滲透系數(shù)為5×10-5cm/s（0.0432m/d），3層土滲透系數(shù)為3×10-4cm/s（0.26m/d），根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）附錄E計(jì)算滲流量。

匯水總長(zhǎng)為246m，則最大排水量為Q=0.340×246=83.64m3/d=9.65×10-4m3/s。盲溝泄水能力可根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：Q為流量，m3/s；v為流速，m/s；A為過(guò)水面積，m2；n為粗糙系數(shù)；R為水力半徑，m；I為渠道底坡度。

由此可得，R=39mm。

2.2 滿足正常使用條件

（1）盲溝相關(guān)構(gòu)造簡(jiǎn)述。盲溝管外由土工布包裹，土工布反濾、隔離，限制沙土顆粒的進(jìn)入和流失。同時(shí)，其外為卵石反濾層，空隙率較大，使盲溝內(nèi)地下水滲流阻力小，滲流暢通，速度快。其外為中砂反濾層，主要作用是濾水層，可以過(guò)濾地下水中的泥沙，阻止泥沙進(jìn)入盲溝，保證盲溝內(nèi)地下水滲流通道通暢。在整體結(jié)構(gòu)下部設(shè)有碎石夯實(shí)層，是盲溝的基層，在盲溝底部形成一個(gè)相對(duì)堅(jiān)實(shí)的地基持力層，防止盲溝不均勻沉降。

（2）盲溝耐久性措施。①合理設(shè)置濾水層和其他保護(hù)措施，確保施工階段與相鄰的地下室混凝土墻板澆灌時(shí)漿液滲入盲溝中。②除盲溝外，地下室底板下層還應(yīng)設(shè)置濾水層、導(dǎo)水層，以及相應(yīng)的集水井、集水坑、釋放口等積水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完整的排水限壓法設(shè)計(jì)。③延排水盲溝管間隔一定距離設(shè)置檢查井，并設(shè)置水壓檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行地下排水系統(tǒng)的全建筑壽命周期檢測(cè)。④地面設(shè)置相應(yīng)的排水系統(tǒng)，疏排地表水，防止和減少地表水下滲等措施。設(shè)置的地面排水設(shè)施應(yīng)該與盲溝排水系統(tǒng)聯(lián)合作用。

3 基于盲溝排水的泄水減壓法推廣應(yīng)用

3.1 適用條件及適用范圍

（1）通過(guò)系列驗(yàn)算，該項(xiàng)目在地下室周邊43.0m標(biāo)高處設(shè)置地下盲溝排水后，地下室完全可以通過(guò)自重平穩(wěn)地下水浮力，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（2）由于該項(xiàng)目的自然地貌條件，與盲溝出水口連接的市政排水管及西邊地形高程不到40m，可以確保盲溝自然排水，同時(shí)反映了該方法的特殊性與局限性。

（3）該工程地下室及裙樓均貼近主樓外周布置，地下室最外側(cè)出主樓邊也僅1～2跨，主樓重量大，且裙樓周邊基礎(chǔ)外挑，外挑板有部分土壓重，均可作為地下室抗浮壓重的安全儲(chǔ)備。

（4）在借助盲溝實(shí)現(xiàn)排水抗浮的同時(shí)，建筑室外地表應(yīng)當(dāng)做好排水措施，將地表水及時(shí)排走，避免不必要的雨水下滲。

（5）沿排水盲溝每隔一定距離及建筑拐角處，應(yīng)當(dāng)設(shè)置檢查井。檢查井可作為地下水位觀測(cè)及管道檢修使用，使用期間應(yīng)當(dāng)定時(shí)監(jiān)測(cè)，需注意在豐水期增加監(jiān)測(cè)次數(shù)，確保地下水的順利排出和室內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常狀態(tài)。

（6）以盲溝排水為基礎(chǔ)的泄水減壓法在實(shí)際使用過(guò)程中仍有諸多限制，且其可靠性與耐久性仍有待試驗(yàn)研究，因此應(yīng)當(dāng)采用多種抗浮措施，并將盲溝及其附屬設(shè)施列為需要隨著建筑全生命周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)的工程設(shè)施。

3.2 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

經(jīng)各方綜合分析，該項(xiàng)目通過(guò)使用基于盲溝排水的泄水減壓法，結(jié)合地下室自重，有效地解決了地下室抗浮的問(wèn)題，具有一定的合理性和可行性。

該方法采用盲溝排水降低抗浮水位，因此需將水壓檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)納入后期建筑全壽命周期的檢測(cè)范圍，在一定程度上會(huì)增加維護(hù)成本。但是，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用和項(xiàng)目全周期管理技術(shù)的逐步推廣，水壓檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)等措施將在更多項(xiàng)目中得以運(yùn)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在項(xiàng)目抗浮的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，采用基于盲溝排水的泄水減壓法避免了大量抗拔錨桿或抗拔樁的使用，在借助項(xiàng)目自身地理優(yōu)勢(shì)的情況下，可以有效降低工程造價(jià)，縮短工程周期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可以在類似工程中推廣和應(yīng)用。