碎石井在地庫承壓水抗浮處理中的應(yīng)用

李勇軍

0 引言

地下建筑臥置于地下土層中，在富含地下水的地區(qū)或者受暴雨、山洪、泄洪等極端天氣影響的時(shí)候以及南水北調(diào)、興修水利等人為因素影響下，地下水會(huì)發(fā)生變化，地下建筑將受到地下水的托浮作用。根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.1 條，依據(jù)水源、水頭、土層分布以及土層的透水性，一般將地下水壓力區(qū)分為穩(wěn)定水頭產(chǎn)生的靜水壓力、地下水坡降產(chǎn)生的滲流壓力和扣減上覆不透水層土體重力后的承壓水等三種作用。一般在平原地區(qū)，往往不考慮承壓水的影響。但是在鹽城地區(qū)，往往存在承壓水頭低于抗浮設(shè)防水位的情況。本文討論在此情況下，采用打碎石井將不透水層擊穿從而釋放承壓水水壓力作用的一種方案。

1 工程概況

鹽城某棚改安置房建設(shè)項(xiàng)目，共分為東西兩個(gè)地塊。其中東地塊項(xiàng)目共有地面住宅6 棟，下設(shè)連體配套車庫。地下車庫整體一層、局部二層（面積約4 100m），層高均為3.50m，頂板覆土1.20m；地庫采用小柱網(wǎng)，橫向尺寸為5.40m，縱向尺寸按停車位5.00m、行車道6.40m 設(shè)計(jì)；地庫頂板覆土頂標(biāo)高為絕對(duì)標(biāo)高（國家85 高程）3.40m。根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)以及試算，本項(xiàng)目取頂板0.25m 厚，中間層樓板0.20m 厚，一層區(qū)域地庫底板0.350m厚，二層區(qū)域車庫底板0.40m 厚，地庫典型剖面見圖1。

圖1 地庫剖面圖

根據(jù)地勘資料顯示，擬建場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位為絕對(duì)標(biāo)高（國家85 高程）2.96m，對(duì)地下車庫地下結(jié)構(gòu)底板可能產(chǎn)生浮力的為第5～7 層土中的承壓水，承壓水水頭標(biāo)高為絕對(duì)標(biāo)高1.90m，典型地質(zhì)剖面如圖2。

圖2 地勘典型剖面圖

2 自然條件及典型地質(zhì)剖面

根據(jù)地勘資料揭示，本項(xiàng)目場(chǎng)地主要土層為：1 層雜填土，層厚在 0.6～1.1m 左右，主要成份為粉質(zhì)粘土，土質(zhì)松散、不均勻，基坑開挖時(shí)易產(chǎn)生坍塌與滲水現(xiàn)象；2 層粉質(zhì)粘土，呈可塑狀，無搖震反應(yīng)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)較均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布；3 層淤泥質(zhì)粘土、流塑、夾少量粉土團(tuán)塊或薄層，具有明顯的微層理，無搖震反應(yīng)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)較均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布，為本項(xiàng)目持力層；4 層粉質(zhì)粘土，可塑、無搖震反應(yīng)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)較均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布，為本項(xiàng)目主要不透水層；5 層土為粘質(zhì)粉土，很濕，稍密，搖震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低、土質(zhì)不均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布，為本項(xiàng)目內(nèi)含承壓水土層之一；6 層砂質(zhì)粉土，搖震反應(yīng)迅速、無光澤反應(yīng)、干強(qiáng)度及韌性低、土質(zhì)不均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布，為本項(xiàng)目內(nèi)含承壓水土層之一；7 層粘質(zhì)粉土，搖震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，土質(zhì)不均勻，場(chǎng)區(qū)普遍分布，亦為本項(xiàng)目內(nèi)涵承壓水土層；8層粘土層，飽和、可塑、局部硬塑，場(chǎng)區(qū)普遍分布，該層鉆至地面以下31m，未揭穿（不透水層）。

3 承壓水計(jì)算

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第3.1.2 條、《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》3.0.1 條規(guī)定，本項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。本文主要討論鹽城地區(qū)承壓水頭低于抗浮設(shè)防水位下承壓水的處理，故而僅對(duì)承壓水所產(chǎn)生的水浮力做計(jì)算如下。承壓水計(jì)算：根據(jù)地勘資料所提供的突涌計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目承壓水主要對(duì)負(fù)二層結(jié)構(gòu)有影響，根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 476-2019 第6.2.2 條規(guī)定，本工程承壓水所產(chǎn)生的上浮力計(jì)算如下：

其中，P為承壓水的水頭壓力值，本例以6-6 剖面中C305 孔為例計(jì)算如下P=（1.90-（-8.43））×10=103.3kpa；

r為承壓水層頂面與地下結(jié)構(gòu)底板底面之間土層的平均浮重度，同樣以6-6 剖面中C305 孔為例計(jì)算，r=(-5.3-（-6.73））×（17.2-10）+（-6.73-（-8.43））×（19.2-10)/(1.43+1.7)=8.2KN/m；

h為承壓水層頂面與地下結(jié)構(gòu)底板底面之間土層的厚度，本算例為：

h=（-5.3-（-10.9））=5.6m

所以，F(xiàn)=P-rh=103.3-8.2×5.6=57.38kpa，

即承壓水所產(chǎn)生的上浮力達(dá)每平方米57.38kn。

4 處理方案選擇

此時(shí)面臨兩種處理方案：（1）按地勘資料的建議，采用常規(guī)打抗拔樁的方法。本項(xiàng)目抗拔樁按當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，采用邊長500 的預(yù)制實(shí)心方樁。按樁長15m、樁邊長0.50m，根據(jù)地勘資料所提抗拔樁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到單樁承載力特征值為400kn。則僅僅是因?yàn)槌袎核脑颍黾拥臉稊?shù)估算如下：負(fù)二層地庫面積約4 100m，每平方米上浮力按46.32kpa計(jì)算，需增加樁數(shù)約4 100×57.38/400=589 根。本方案優(yōu)點(diǎn)是工程經(jīng)驗(yàn)豐富、可靠度較高，缺點(diǎn)是存在送樁較長，造假較貴的缺點(diǎn)。根據(jù)甲方反饋，采用該方案約增加造價(jià)1 200 萬元，甲方表示難以接受，施工方也認(rèn)為該方案不妥。（2）按當(dāng)?shù)貙＜彝扑]方案，將原基坑支護(hù)所設(shè)的灌注樁加長，從5 層粉質(zhì)粘土伸至8 層粘土層，外面再施以三軸攪拌樁做止水帷幕，以期在負(fù)二層地庫外圍形成隔離層，截?cái)喑袎核c地庫之間的聯(lián)系，從而不考慮承壓水對(duì)地庫的影響。該方案優(yōu)點(diǎn)是理論上可以斬草除根，徹底斷絕承壓水的傳送途徑；缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴、施工周期過長，同時(shí)也懷疑在建筑物使用壽命期間三軸攪拌樁的耐久性與可靠性。該方案將負(fù)二層區(qū)域支護(hù)樁加長約15m，再加上止水帷幕等，增加造價(jià)約2 000 萬，甲方同樣表示難以接受。

通過仔細(xì)閱讀地勘資料，針對(duì)承壓水頭低于抗浮設(shè)防水位這一特殊情況，提出了擊穿不透水層的方案。理論上如果將本項(xiàng)目中4 層粉質(zhì)粘土擊穿，靜止水將和承壓水聯(lián)通，因?yàn)榭垢≡O(shè)防水位高于承壓水頭標(biāo)高，則承壓水不再對(duì)不透水層產(chǎn)生上浮力。但是實(shí)施中存在如下問題：一是采用何種方式擊穿不透水層；二是如何確保兩者的聯(lián)通在建筑物使用壽命期間始終有效。經(jīng)與省內(nèi)多位知名專家及《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》主編康景文先生溝通，借鑒了《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（結(jié)構(gòu)-地基與基礎(chǔ)）分冊(cè)中中釋放水壓力法中的碎石墊層法，提出了碎石井方案：采用直徑φ800的碎石井將本項(xiàng)目中4 層土擊穿。具體做法是基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高、碎石墊層施工、旋挖樁機(jī)挖土（采用直徑φ800 的鋼護(hù)筒）、填上碎石、鋪設(shè)連續(xù)的地下水過濾土工布、施工素混凝土墊層、其余上部結(jié)構(gòu)施工。經(jīng)過地勘公司水文專家仔細(xì)核算，并與省內(nèi)多名地勘專家、當(dāng)?shù)貓D審專家多方溝通，確定平面上每柱網(wǎng)中間設(shè)置一口碎石井（該布置方案也是為了確保碎石井布置盡量不影響地基承載力），平面布置如圖3所示，碎石井大樣如圖4 所示。

圖3 碎石井布置示意圖

圖4 碎石井大樣圖

為確保碎石井能有效工作，保證靜止地下水能與承壓水順利溝通，當(dāng)?shù)貓D審專家提出如下建議：

（1）將碎石井沿負(fù)二層地庫外延一跨并將該部分碎石井延伸至負(fù)一層地庫，詳見剖面如圖5 所示。

圖5 碎石井剖面示意圖

（2）為保證靜止地下水能向承壓水滲流，將負(fù)一層地庫底也設(shè)置碎石墊層+連續(xù)的地下水過濾土工布。

（3）將負(fù)二層與負(fù)一層外墻連續(xù)處肥槽回填改為級(jí)配碎石，詳見圖6。

圖6 負(fù)二層回填示意圖

采用該方案所增加的費(fèi)用約400 萬元，甲方表示認(rèn)可該方案。目前該項(xiàng)目已順利通過審查，正在進(jìn)行施工。

另外，對(duì)于《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.2 條中r取浮重度，多位知名專家均提出質(zhì)疑，因?yàn)椤督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的附錄W 中取的是飽和容重，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）附錄C中取的是天然重度。甚至南京江北圖審中心季度總結(jié)會(huì)提出平原地區(qū)不考慮承壓水的論點(diǎn)。經(jīng)與《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》編寫組溝通，編寫組表示該標(biāo)準(zhǔn)之所以取浮重度，純屬為保證安全，對(duì)本項(xiàng)目取天然重度也是可以的。但是在與鹽城當(dāng)?shù)貓D審中心溝通的時(shí)候，專家表示南京江北圖審中心季度會(huì)議并沒有形成會(huì)議紀(jì)要，也沒有經(jīng)建委發(fā)出公告，執(zhí)行起來缺少依據(jù)。因此，鹽城當(dāng)?shù)貓D審專家表示即便是規(guī)范有誤，在規(guī)范編寫組沒出勘誤之前，也得按規(guī)范執(zhí)行。

5 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)承壓水頭低于抗浮設(shè)防水位這一特殊情況，同時(shí)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)r取浮重度也沒有科學(xué)依據(jù)的情況下，本項(xiàng)目采用通過打碎石井將不透水層擊穿，聯(lián)通靜水壓力和承壓水，從而化解了承壓水所產(chǎn)生的上浮力，避免了昂貴的抗拔樁方案和不可靠的止水帷幕方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、加快了項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，獲得了各方的認(rèn)可。以后如果《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》編寫組對(duì)r取浮重度做出更改，取值能取天然重度或飽和重度，則本項(xiàng)目承壓水將不會(huì)對(duì)地庫底板產(chǎn)生浮力，就是碎石井也不需要設(shè)置了。當(dāng)然，此為后話。