一種創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)

文 杰 王家軍 唐 云 史 朋 龔 達(dá) 劉 丹 熊久明

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

地下室設(shè)計空間越來越大，深度也越來越深，這不僅對地下室圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更大的挑戰(zhàn)，也給地下室底板施工帶來了更大的難度。地下水對于地下室底板結(jié)構(gòu)而言是無孔不入的，近年來地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水情況屢見不鮮。比如，在地下室結(jié)構(gòu)施工過程中，由于施工技術(shù)、材料、環(huán)境、人員、機(jī)器等存在不足，地下室底板迎水面防水層由于外部條件影響、材料老化等原因，無法長期保證防水效果，致使地下室底板結(jié)構(gòu)自防水混凝土出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致地下水反滲，或者圍護(hù)結(jié)構(gòu)局部不嚴(yán)密引起滲水。另外，在地下室底板施工期間，大自然降水會致使底板積水；在結(jié)構(gòu)未封頂階段，大自然降水也會通過豎向洞口匯入地下室井口。

一般情況下，地下室結(jié)構(gòu)臨時排水是通過結(jié)構(gòu)找坡將積水引至設(shè)計集水井，然后再用水泵抽離基坑外。隨著基坑設(shè)計面積越來越大，設(shè)計的集水井?dāng)?shù)量增加且位置距離一般較遠(yuǎn)，想要控制集水井里的水不溢出底板面就需要對每個集水井進(jìn)行抽水，用此方法抽排水費時費力，且勞動力需要重復(fù)安排，同時電梯井里的積水也需要單獨安排水泵抽離，花費增大。此方法已無法滿足結(jié)構(gòu)防水及施工要求。

回顧以往其他針對地下室排水的研究內(nèi)容，孫紀(jì)龍等[1]的“地下室隔水防潮排水體系施工技術(shù)研究與應(yīng)用”以及歐陽波等[2]的“地下室排水板疏水層施工應(yīng)用案例分析”是在結(jié)構(gòu)層上增加疏水層，前者為增加卵石疏水層，后者為增加排水板疏水層，通過疏水層里形成的排水路徑將滲水排往集水井，匯聚于集水井之后再抽排掉；余斗明[3]的“某建筑地下室排水方案探析”以及徐翠嬌等[4]的“某單體建筑的地下室雨水排水設(shè)計”是考慮增加建筑排水溝，再導(dǎo)入集水井抽排。以上幾種做法均為結(jié)構(gòu)封頂之后在建筑層面上的底板排水改進(jìn)做法，對于底板排水防潮均有很好的效果，但仍然沒有考慮結(jié)構(gòu)施工時期的底板優(yōu)化排水問題，也就是說在結(jié)構(gòu)施工期間的排水措施仍然采用傳統(tǒng)做法，所以在結(jié)構(gòu)施工期間底板排水問題仍然有缺陷。

基于以上缺陷，根據(jù)連通器原理提出的地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計是在傳統(tǒng)的做法上對人工投入、機(jī)器使用、排水路徑等優(yōu)化后的一種創(chuàng)新型地下室臨時排水方法，其主要針對的是結(jié)構(gòu)施工期間的地下室底板排水問題。以期為同類大面積地下室底板結(jié)構(gòu)施工期間的臨時排水應(yīng)用實踐提供借鑒。

1 項目工程概況及井口分布概況

某項目總占地面積約28 340 m2，總建筑面積約123 610 m2，地上4棟主樓（最高主樓建筑高度80 m）。地下室開挖深度為11.95 m（局部14.35 m），2層地下室，基坑開挖面積約23 000 m2，周長約590 m。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級；基礎(chǔ)大底板頂標(biāo)高為－11.10 m，厚度為700 mm，最大的承臺厚度為2 800 mm。設(shè)置集水井?dāng)?shù)量約30口，電梯井約20口。井口位置分布平面概況如圖1所示。

圖1 井口位置分布平面概況示意

2 創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)的施工設(shè)計內(nèi)容介紹

2.1 施工設(shè)計背景

工程地下室設(shè)計集水井、電梯井位置如圖1所示，電梯井分布在4棟主樓核心筒區(qū)域，集水井主要分布在基坑四周以及電梯井附近。由工程結(jié)構(gòu)圖紙得到基坑四周的集水井底標(biāo)高為－12.40 m；電梯井底標(biāo)高有－12.70、－13.10 m，核心筒內(nèi)集水井底標(biāo)高為－14.20 m。

2.2 電梯井排水施工設(shè)計思路及內(nèi)容

由于以上標(biāo)高設(shè)計特點，電梯井附近的集水井底標(biāo)高比電梯井底標(biāo)高更低，按照水往低處流的原則，可以考慮將電梯井的水先匯入附近的集水井，以此解決電梯井排水問題。因此施工中可將消防電梯按給排水圖紙設(shè)置地漏，客梯井底通過預(yù)留洞或預(yù)埋鍍鋅鋼管等方式連通，并斜接入旁邊－14.20 m集水井內(nèi)。詳細(xì)電梯井連通平面如圖2所示（其余電梯井連通同下）。電梯井連通中1-1剖面、2-2剖面及3-3剖面如圖3～圖5所示。

圖2 電梯井連通平面示意

圖3 1-1剖面示意

圖4 2-2剖面示意

圖5 3-3剖面示意

2.3 集水井排水施工設(shè)計思路及內(nèi)容

由圖1可知，考慮以靠近基坑邊的集水井（4個角分別設(shè)置1個）作為抽排水終端可在最大程度上不影響主體結(jié)構(gòu)施工，然后將所有集水井按后澆帶（或施工縫）分為4塊區(qū)域，用底板內(nèi)預(yù)埋的鍍鋅鋼管分別分塊連通，再在選定的4個抽排水終端集水井里裝入自動抽水泵，水泵再與預(yù)先安裝好的墻內(nèi)立管相連，將集水井里臨界水位線設(shè)置為底板面標(biāo)高以下，則可實現(xiàn)基坑由內(nèi)往外自動臨時抽排水。由于電梯井附近的集水井底標(biāo)高為－14.20 m，基坑邊的集水井標(biāo)高為－12.70 m，若不采取有效措施，則底板連通的水會順著連通排水管往電梯井集水井里回灌，極大危害電梯井結(jié)構(gòu)安全，所以施工考慮在標(biāo)高較低的電梯井處的排水管上設(shè)計安裝止回閥，以此防止抽水倒流。施工設(shè)計的地下室臨時排水預(yù)埋管道平面如圖6所示，其中連通管普遍采用DN60型號的鍍鋅鋼管，局部深入集水井的水平鍍鋅鋼管以及墻內(nèi)立管采用DN100；最終由圖6計算得出施工中需使用水平預(yù)埋鍍鋅鋼管約750 m，墻內(nèi)立管約48 m。

圖6 地下室臨時排水預(yù)埋管道平面示意

鍍鋅鋼管預(yù)埋時緊貼于底板底筋上方并用焊接鋼筋支架與其固定，集水井連通管管口與集水井側(cè)壁平齊，且距兩側(cè)側(cè)壁不小于100 mm；排水管管口出集水井側(cè)壁200 mm，且與側(cè)壁垂直，管口套絲或壓槽，為保證水泵安裝空間，排水管距兩側(cè)側(cè)壁不小于500 mm。無水泵集水井預(yù)埋管道立面如圖7所示，有水泵集水井預(yù)埋管道立面如圖8所示。

圖7 無水泵集水井預(yù)埋管道立面示意

圖8 有水泵集水井預(yù)埋管道立面示意

2.4 外墻內(nèi)預(yù)埋立管施工補強設(shè)計思路及內(nèi)容

工程基坑地下室外墻內(nèi)預(yù)埋4根DN100墻內(nèi)立管，立管高度隨著地下室結(jié)構(gòu)施工加高，最終連通到室外，使地下室積水向外排，具體管道布置見圖6。由于外墻內(nèi)走管削弱墻厚以及墻身局部強度，因此施工設(shè)計考慮采取以下外墻補強措施，具體剖面如圖9所示，其中外墻布置DN100排水管四周增加4根鋼筋（植筋深度≥20d）加強，鋼筋直徑尺寸同外墻配筋，箍筋采用φ8 mm@200 mm布置。

圖9 外墻補強措施示意

2.5 基礎(chǔ)底板找坡施工設(shè)計思路及內(nèi)容

考慮基礎(chǔ)底板混凝土澆筑時以0.5%的坡度進(jìn)行結(jié)構(gòu)找坡[5]?；A(chǔ)底板找坡時通過控制外墻墻角、人防門框與核心筒區(qū)域等外邊線為坡頂線，標(biāo)高為－11.10 m；核心筒以外區(qū)域通過預(yù)埋管連通的集水井上口標(biāo)高為－11.15 m；從坡頂線往集水井找坡。

3 創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)的施工設(shè)計特點

本工程應(yīng)用此地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)的創(chuàng)新性具體體現(xiàn)在人工投入、機(jī)器使用、排水路徑等幾個方面：施工中只需要投入安裝預(yù)埋管道和墻內(nèi)立管的人工，與底板基礎(chǔ)鋼筋綁扎之時穿插作業(yè)，預(yù)埋管道放置在底板基礎(chǔ)下層受力筋上方，并確保預(yù)埋管道安裝位置正確且管道接口嚴(yán)絲合縫；采購8個自動抽水泵（1個主用、1個備用，數(shù)量按最終排水終端個數(shù)而定）放置于指定排水終端集水井中，水位上升到臨界值便開始自動抽排水，無需像傳統(tǒng)做法反復(fù)使用監(jiān)測水位勞動力和抽排水勞動力；分塊連通的排水路徑大大減少了水泵機(jī)器的投入和周轉(zhuǎn)，同樣也減少了勞動力投入；此臨時排水系統(tǒng)可以一直使用到正式排水系統(tǒng)接入之前，有效地將地下水以及大自然降水匯入集水井，并控制水位標(biāo)高在地下室底板之下，極大程度地保證了地下室的結(jié)構(gòu)安全，同時也很好地解決了地下室結(jié)構(gòu)防潮的問題。

由于此創(chuàng)新型臨時排水系統(tǒng)的水平管道預(yù)埋于地下室底板內(nèi)，為保證排水系統(tǒng)有效工作，在底板混凝土澆筑之前：最好應(yīng)該按照各個分區(qū)做臨時排水試驗，逐一檢查水平管道的嚴(yán)密性，尤其是接頭部位，并在下部墊上馬凳，保證其強度。在混凝土澆筑時：預(yù)埋排水管道或留洞處混凝土澆筑和振搗時宜緩慢進(jìn)行，防止因動作過大使接頭松動、移位[6]；混凝土澆筑時必須隨時注意預(yù)埋鋼管情況，防止鋼管被混凝土側(cè)壓力擠壓變形。

4 創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)的優(yōu)勢分析

本工程大基礎(chǔ)底板約有30口集水井、20口電梯井，大致按后澆帶或施工縫分為4塊。傳統(tǒng)抽排水做法有2種：第1種做法為安排幾組人工，每組人工使用1個水泵，各自按照分塊一口井一口井地往外抽排水，直至所有井水位標(biāo)高控制在預(yù)設(shè)值以下，這種做法減少了水泵的使用數(shù)量，但大大增加了每組人工的勞動力；第2種做法為分塊的集水井基本均有泵，然后用泵將集水井里的水抽入另一口集水井，即用排水管將集水井相連，只需從最后一口井往外抽排水，此做法減少了人工投入，但也大大增加了水泵的使用數(shù)量。這2種做法均費時費力，且需重復(fù)勞動，用在抽排水上的費用根本不能提前估計，沒有經(jīng)濟(jì)性可言[7-8]。

而本工程采用的創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)是在基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎施工期間，根據(jù)底板分塊情況，在底板內(nèi)提前預(yù)埋好鍍鋅鋼管，將底板內(nèi)各井口連通，再選取靠近基坑邊的集水井放置自動抽水泵，與坑邊預(yù)先架立好的排水管相連，實現(xiàn)地下室快速自動抽排水。此做法雖增加使用長約750 m水平預(yù)埋管和高48 m墻內(nèi)立管的費用，但大大減少了人工和機(jī)器的投入，且杜絕了重復(fù)投入人工和機(jī)器設(shè)備的煩瑣安排，一勞永逸。

5 可優(yōu)化的細(xì)部要點或展望

筆者認(rèn)為工程運用的創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)可優(yōu)化的細(xì)部要點或展望可以總結(jié)為以下幾點：運用的創(chuàng)新型臨時排水系統(tǒng)在運行時大體上為自動抽排水，但在標(biāo)高較低電梯井處的排水管上安裝的止回閥屬于半自動裝置，仍然需要人工去控制抽排水方向開關(guān)，因此，對止回閥的全自動優(yōu)化可作進(jìn)一步研究以及試驗。由于水平連通的鍍鋅鋼管預(yù)埋于地下室底板內(nèi)，對地下室底板的強度有一定的削弱，因此，如何達(dá)到既滿足預(yù)埋排水管有效連通形成系統(tǒng)，又滿足對底板強度影響甚微的排水布置可進(jìn)行進(jìn)一步的研究計算。

預(yù)埋的不同型號的水平鍍鋅鋼管的極限受壓強度以及極限預(yù)埋深度還可進(jìn)一步探討，保證不同的底板厚度有相應(yīng)的預(yù)埋管，增強此創(chuàng)新型臨時排水系統(tǒng)的普適性。此創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)能否“永臨結(jié)合”可作進(jìn)一步研究。

6 結(jié)語

在基坑土方開挖與支護(hù)以及地下室結(jié)構(gòu)施工過程中，出現(xiàn)局部地質(zhì)變異性大、局部流砂或涌水、積水現(xiàn)象是在所難免的。排水方案是否妥當(dāng)，決定著深大基坑以及地下室結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方案是否成功。

針對傳統(tǒng)的地下室臨時排水做法存在的固化問題，工程采用的創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)采取了有效措施加以避免，最終取得了良好的地下室臨時排水效果，可普遍運用于深大基坑的地下室臨時排水施工中；通過對創(chuàng)新型地下室底板內(nèi)臨時排水系統(tǒng)的施工設(shè)計背景、施工設(shè)計思路等內(nèi)容的詳細(xì)介紹以及對其創(chuàng)新設(shè)計特點的分析，引出其做法有以下優(yōu)勢：可以使用到正式排水系統(tǒng)接入之前，極大程度地保證了地下室的結(jié)構(gòu)安全，同時也很好地解決了地下室結(jié)構(gòu)防潮的問題；設(shè)計構(gòu)造簡單、施工簡便快捷、質(zhì)量控制有效，節(jié)約成本、節(jié)省勞動力，經(jīng)濟(jì)合理且有預(yù)估性。

本文提出的一些結(jié)論，如果有不足之處，在今后的研究實踐過程中會不斷優(yōu)化和改進(jìn)。