膨脹土地區(qū)地下結(jié)構(gòu)抗浮失效機(jī)理及主動(dòng)抗浮措施應(yīng)用

羅益斌，陳繼彬，王媛媛，沈 攀

（中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川 成都 610052）

地下空間的開發(fā)利用已成為國家戰(zhàn)略，以地鐵、TOD 綜合體為代表的地下空間工程既深且大，建設(shè)過程中必然面臨工程抗浮安全性的關(guān)鍵技術(shù)問題。如若抗浮措施不當(dāng)或地下水作用預(yù)估不足，建筑物因抗浮措施失效便會(huì)事故頻發(fā)，如內(nèi)蒙古神華準(zhǔn)能辦公大樓地下室局部整體抗浮失效[1]、廣州市花都區(qū)某地下車庫整體抗浮失效[2]、長沙市某超大地下室局部抗浮失效[3]，這些事故均表明在既有抗浮措施和抗浮失效成因機(jī)制的分析上存在不足：首先設(shè)計(jì)概念中的抗浮設(shè)防水位并不是基于區(qū)域環(huán)境條件或預(yù)測(cè)峰值地下水位而確定的[4-6]；其次抗浮措施仍以抗拔樁或抗拔錨桿等被動(dòng)措施為主[7]，限于筋材本身的屬性不能大幅提高其抗拔能力，反而常因施工撿底、節(jié)點(diǎn)處理和注漿效果等質(zhì)量問題造成承載力的喪失。另外，抗浮失效事故發(fā)生后，對(duì)原有被動(dòng)抗浮措施的修復(fù)繁瑣且費(fèi)用高[2]?；谏鲜鲋T多事故和問題，眾多學(xué)者采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段，針對(duì)平地地形、坡地地形、臨江地形提出了對(duì)應(yīng)的抗浮設(shè)防水位及水浮力計(jì)算方法[7-10]，并結(jié)合地下結(jié)構(gòu)所在地層的強(qiáng)、弱透水特性及地層組合情況建議了相應(yīng)的邊界水頭計(jì)算公式[10]。同時(shí)，考慮土顆粒微觀結(jié)構(gòu)對(duì)水的影響及孔隙水作用效應(yīng)提出了不同地層組合環(huán)境下水浮力折減規(guī)律[11-13]，形成了旋噴擴(kuò)大頭抗浮錨桿[14]、傘狀錨[15]、GFRP 混凝土抗拔樁[16]等被動(dòng)式抗浮技術(shù)和截排減壓[6-9]、疏排降壓[17]等主動(dòng)式抗浮技術(shù)。

然而，作為典型弱透水層的膨脹土地基，地下水匱乏，以上層滯水為主，無穩(wěn)定地下水位，僅在極端天氣或隔水措施不良時(shí)會(huì)發(fā)生地下水位上漲，如按歷史罕遇最高地下水位開展抗浮設(shè)計(jì)則會(huì)使工程造價(jià)大幅上升，且最為重要的是其抗浮作用也不能得到充分利用。迄今為止，對(duì)于此類地層中地下結(jié)構(gòu)上浮的變形特征、失效成因機(jī)制和完整的處置研究總結(jié)較少。本文以成都膨脹土地區(qū)某商住樓地下室局部抗浮失效工程為例，采用原位調(diào)查、測(cè)試監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬等手段，綜合考慮場(chǎng)地滲流特性、肥槽填料特性、水-結(jié)構(gòu)相互作用特性分析膨脹土地基地下結(jié)構(gòu)抗浮失效成因。然后結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)抗浮措施的優(yōu)劣，基于地下結(jié)構(gòu)水動(dòng)力行為特征提出一種以“排水卸壓”理念為主的地下室主動(dòng)抗浮方法，輔以觀測(cè)及自動(dòng)控制措施對(duì)其工程應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。研究成果是對(duì)抗浮設(shè)計(jì)理念的一次拓展和嘗試，亦是為此類工程提供抗浮處置借鑒。

1 工程概況及場(chǎng)地條件

1.1 工程概況

建筑項(xiàng)目位于成都市成華區(qū)，由1 棟33 層超高層住宅、6 棟1～3 層別墅和2 棟2～5 層商業(yè)建筑組成。地下室整體為2 層，包含獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板和墻下條基?？顾灏搴駷?50 mm，配筋為雙層雙向12@150通長布置?？垢≡O(shè)計(jì)采用地下水位高程-0.51 m，原抗浮措施以封閉肥槽防止地表水及地下水的下滲為主，并在回槽底部設(shè)置排水盲溝來消除地下水產(chǎn)生的浮力，未采取其他抗浮措施。如圖1 所示。

圖1 建筑地下結(jié)構(gòu)斷面圖（單位：m）Fig.1 Section of the underground building structure (unit: m)

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

研究區(qū)位于成都平原區(qū)三級(jí)階地，地層從上至下依次為：第四系全新統(tǒng)人工填土層（）、第四系中下更新統(tǒng)黏土層和含黏土卵石（）、白堊系中統(tǒng)灌口組全風(fēng)化紅層泥巖層（K2g）。建筑物地下室底板位于基底以下第三層中（即含黏土卵石層、），主要為緩傾裂隙較發(fā)育的可塑—硬塑黏土（典型的成都膨脹土），局部含粒徑5～10 cm 卵石，黏土自由膨脹率范圍40%～78%，巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 研究區(qū)巖土體物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of rock and soil mass

研究區(qū)地下水的主要補(bǔ)給源以北干渠為主。場(chǎng)地孔隙水主要分布于含黏土卵石層中，水位埋深11.5～12.5 m，具有一定的承壓性。根據(jù)鄰近工程試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，填土內(nèi)存儲(chǔ)有大量上層滯水，并補(bǔ)給基坑。下伏的膨脹土層、紅層泥巖地下水匱乏，對(duì)基坑的補(bǔ)給能力弱，分布于含黏土卵石層中的孔隙型潛水對(duì)本工程影響較小。

2 事故成因分析

2.1 事故破壞情況分析

2019年7月底因雨季降水導(dǎo)致地下水位升高，室內(nèi)積水，后于8月初發(fā)現(xiàn)地下室負(fù)一、負(fù)二層抗水板后澆帶、墻腳、梁跨中以及柱腳位置出現(xiàn)裂縫。其中，梁受損區(qū)域主要位于純地下室與主樓交接處，梁端部與柱或剪力墻交界處明顯受損破壞，大部分裂縫呈“U”型裂開，寬度0.1～0.2 mm，部分為梁底或梁側(cè)沿橫截面方向輕微裂開，寬度小于0.1 mm。另外，二次結(jié)構(gòu)填充墻開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，普遍為貫通斜裂縫。典型破壞現(xiàn)象示意圖如圖2 所示。

圖2 典型破壞現(xiàn)象示意圖Fig.2 Schematic diagram of the typical failure phenomena

基于險(xiǎn)情的發(fā)生狀態(tài)，在分析地下水賦存及徑流存在可能性的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法查明地下室滲漏水來源，以明確膨脹土地基地下結(jié)構(gòu)使用期抗浮失效成因。

2.2 肥槽排泄能力評(píng)價(jià)

在肥槽區(qū)域選擇2 處人工開挖探坑揭露肥槽回填情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)回填材料主要為混凝土塊、磚頭等建渣和現(xiàn)場(chǎng)原土，肥槽頂部1～2 m 范圍內(nèi)為混凝土、黏性土混合物，向下建渣、磚塊等硬雜質(zhì)含量逐漸增加，為30%～50%。場(chǎng)地架空層區(qū)域肥槽未進(jìn)行全部回填。探坑未發(fā)現(xiàn)混凝土及素填土夯實(shí)封填，亦未發(fā)現(xiàn)負(fù)一層盲溝。肥槽填料分層示意如圖3 所示。

圖3 建筑地下室肥槽回填情況Fig.3 Backfilling of side wall of the building basement

2.2.1 肥槽滲透特性分析

對(duì)建筑外圍均布的4 口集水井進(jìn)行了8 次抽水試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)地下室不同區(qū)域4 個(gè)泄水孔地下水流量，以評(píng)價(jià)肥槽排泄能力。集水井內(nèi)部尺寸為1.8 m×2.2 m，井底標(biāo)高約與基底齊平，井頂部標(biāo)高均略高于室外地面，井深約8 m。集水井水位埋深分別為5.68 m（Ⅰ）、3.09 m（Ⅱ）、5.6 m（Ⅲ）和4.1 m（Ⅳ）。

試驗(yàn)時(shí)，每次抽排4 口集水井24 h，停抽后采用2 L 量筒量取泄水孔3 min 的出水量，量測(cè)3 次取平均值；重復(fù)上述步驟8 次。于此同時(shí)，在場(chǎng)地肥槽不同位置進(jìn)行8 點(diǎn)單環(huán)滲透試驗(yàn)（圖4），試驗(yàn)采用直徑30 cm、高50 cm 的PVC 嵌入肥槽5 cm，瞬間注滿水后下滲每2 min 計(jì)讀水位1 次。泄水孔涌水量-抽排次數(shù)曲線見圖5，現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Field penetration test results

圖4 原位試驗(yàn)布設(shè)點(diǎn)Fig.4 Location of in-situ test

圖5 泄水孔涌水量-抽排次數(shù)曲線Fig.5 Discharge of water inflow hole vs pumping times

由圖5 可見，抽水試驗(yàn)后，場(chǎng)地北、南、東三側(cè)地下室泄壓孔（②、③、④）涌水量勻加速下降，在抽排期間無降雨補(bǔ)給的情況下，從最大的5.9 m3/d 下降到0.03 m3/d；但西側(cè)①泄水孔涌水量幾近不變，在0.5～0.3 m3/d 波動(dòng)。這與場(chǎng)地肥槽各區(qū)域滲透系數(shù)差異較大直接相關(guān)（表2），說明地下室底板涌水主要為基坑肥槽下滲的地下水，涌水量取決于基坑肥槽的積水量。

2.2.2 降雨對(duì)肥槽入滲影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年總降雨量為763 mm，項(xiàng)目抗浮措施失效前（6月至7月）的總降雨量為326.9 mm。考慮到工程開挖紅線位置外設(shè)置有圍擋，且回填后的肥槽相對(duì)開挖線以外地勢(shì)相對(duì)較低，匯水面積取開挖紅線圍成的面積，即S匯=12 690 m2。因肥槽位置地勢(shì)相對(duì)較低，且肥槽表面未設(shè)置有止水處理措施，因此取降雨入滲率λ=1。以此計(jì)算得到2019年降雨入滲量為Q=λPS匯=4 136.94 m4。

按照等流量原則，不考慮集水井抽水排泄，可按式（1）計(jì)算肥槽水位的上升高度ΔH：

式中：Q—降雨入滲量/（m3·d-1）；

S—肥槽水平面面積/m2；

S匯水—匯水面積/m2；

n—孔隙率；

λ—降雨入滲率；

P—設(shè)計(jì)暴雨量/m。

當(dāng)負(fù)二層地下室肥槽區(qū)域全部淹沒時(shí)降雨量P為0.133 m（負(fù)二層肥槽儲(chǔ)水量1 690 m3與場(chǎng)地匯水面積12 690 m2比值），由于2 層地下室肥槽面積不同，計(jì)算降雨量與水位高度時(shí)需要分段考慮，以負(fù)二層地下室肥槽被全部淹沒時(shí)的降雨量0.133 m 為計(jì)算分界點(diǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得出負(fù)二層區(qū)域肥槽面積約為S-2F=1 300 m2，負(fù)一層區(qū)域肥槽面積約為S-1F=1 500 m2，肥槽填土空隙率Vc=0.4，通過計(jì)算得出肥槽匯水高度ΔH可表示為：

以此計(jì)算得肥槽匯水高度ΔH=7.35 m，換算為地下水位絕對(duì)標(biāo)高為516.25 m，與7月底抗浮失效時(shí)集水井水位（約516 m）相當(dāng)。由此表明，降雨量基本是地下水滲漏的補(bǔ)給量，是地下水滲漏的水源或水源之一。

2.3 地下室滲漏水水源其他補(bǔ)給源

結(jié)合場(chǎng)地水文地質(zhì)和氣候條件，以抗浮失效時(shí)建筑集水井水位（516 m）為判斷依據(jù)，進(jìn)一步對(duì)穩(wěn)定地下水、上層滯水、遠(yuǎn)端地表水可能產(chǎn)生的流量進(jìn)行驗(yàn)算，以確定可能存在的補(bǔ)給水源。

①場(chǎng)地地下水潛水穩(wěn)定水位埋深標(biāo)高505.20～506.05 m，低于基礎(chǔ)底部且位于膨脹土層內(nèi)，很難作為水源補(bǔ)給地下室滲漏水。該判斷符合膨脹土地區(qū)的基本特征，因?yàn)榕蛎浲翆訉儆跐B透性極弱的地層，一般作為相對(duì)隔水層或隔水層，其內(nèi)很難形成穩(wěn)定的統(tǒng)一地下水位，且大部分土體處于非飽和狀態(tài)，很難補(bǔ)給地下室滲透水。

②遠(yuǎn)端地表水以場(chǎng)地附近北干渠為主，其他堰塘隨著人為活動(dòng)的改造已經(jīng)消失，渠面采用混凝土處理且與場(chǎng)地間距約30 m，基本為原貌，兩者之間區(qū)域填土較薄，水源通過渠底、堤身裂隙及伸縮縫等補(bǔ)給基坑的能力較弱，補(bǔ)給量微小。

③場(chǎng)地表層為填土層，存在一定的上層滯水，以考慮最不利工況來計(jì)算最大補(bǔ)給能力。假定上層滯水在填土層內(nèi)全范圍分布，并向基坑內(nèi)補(bǔ)給，補(bǔ)給斷面面積為基坑周長×水位上填土層厚度=400 m×0.5 m=200 m2。補(bǔ)給水力梯度=(坑內(nèi)水頭-坑外水頭)/間距=(2-0) m/1.2 m=1.67。根據(jù)達(dá)西定律，取填土層滲透系數(shù)0.2 m/d（表1），計(jì)算得到單位時(shí)間上層滯水對(duì)基坑內(nèi)的最大補(bǔ)給量為600 m3。如果用于補(bǔ)給肥槽，據(jù)式（1）計(jì)算，將導(dǎo)致肥槽水位上升0.3～0.4 m。由此表明，上層滯水對(duì)地下室滲透水有一定的補(bǔ)給量，但補(bǔ)給能力有限。

2.4 事故成因機(jī)理分析

通過對(duì)地下水不同補(bǔ)給來源的簡化分析，得到降雨、穩(wěn)定地下水、遠(yuǎn)端地表水、填土層上層滯水補(bǔ)給量分別為12 690 m3、微弱、微弱、600 m3，降雨影響肥槽水位7.35 m，計(jì)算結(jié)果可作為定性分析的依據(jù)。結(jié)果表明，降雨（已儲(chǔ)存在肥槽中）是最主要的補(bǔ)給來源，上層滯水有一定的補(bǔ)給，膨脹土層、遠(yuǎn)端地表水的補(bǔ)給微弱。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 肥槽積水補(bǔ)給來源水量計(jì)算匯總表Table 3 Calculation summary of water supply source of fertilizer tank

由此可見，本例中膨脹土地區(qū)地下結(jié)構(gòu)抗浮失效主要是因?yàn)榻涤陞R集后通過肥槽入滲而導(dǎo)致。失效原因簡圖見圖6。因肥槽回填質(zhì)量差（含未回填現(xiàn)象），導(dǎo)致肥槽的滲透性強(qiáng)且儲(chǔ)水量大，加上施工期內(nèi)肥槽表面未及時(shí)進(jìn)行封閉處理，導(dǎo)致降雨大量入滲，協(xié)同填土層中的上層滯水進(jìn)一步加大了肥槽的積水量。雨水進(jìn)入肥槽后，由于膨脹土層的滲透性低（相對(duì)隔水層），不能自然排泄，而設(shè)計(jì)的肥槽內(nèi)地下盲溝+集水井抽排系統(tǒng)失效且未及時(shí)抽排，導(dǎo)致肥槽內(nèi)的水位逐漸提高，水壓力逐漸增大。高壓水加快了地下水沿著結(jié)構(gòu)體與地基土之間的縫隙、膨脹土微裂隙逐漸進(jìn)入抗水板底部，一方面對(duì)抗水板產(chǎn)生水壓力，另一方面逐漸向非飽和膨脹土地基入滲。隨著入滲深度及入滲量的逐漸增大，膨脹土地基產(chǎn)生越來越大的膨脹力，作用于地下室底板。共同作用下的水壓力及膨脹力大于抗水板設(shè)計(jì)強(qiáng)度，從而導(dǎo)致抗水板隆起開裂。

圖6 地下室上浮失效原因簡圖（單位：m）Fig.6 Failure reason diagram of basement floating (uint: m)

3 地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為特征

3.1 模型的建立

采用三維有限差分軟件（FLAC3D）[18]模擬計(jì)算地下水浮力及膨脹土膨脹力作用下地下建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，分析工程結(jié)構(gòu)物的受力狀態(tài)，以提供更好的抗浮事故處置措施。所建模型如圖7 所示，模型尺寸120 m×60 m×105 m，模型底部為黏性土層與基巖的分界面，其上為填土層。本模型重點(diǎn)分析基底反力作用下地下室底板的整體力學(xué)行為，對(duì)抗水板的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行加密處理，上部建筑采用映射法對(duì)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行放大，以提升計(jì)算速率。本模型的單元均采用六面體形式，模型共有單元7 萬余個(gè)，節(jié)點(diǎn)8 萬余個(gè)。

圖7 計(jì)算模型Fig.7 Computational model

模型均采用實(shí)體單元，本構(gòu)關(guān)系為彈塑性，模型的4 個(gè)側(cè)面及底部設(shè)置法向約束邊界，巖土體物理力學(xué)參數(shù)參見表1，肥槽及結(jié)構(gòu)參數(shù)參見表4。

表4 結(jié)構(gòu)體物理力學(xué)參數(shù)Table 4 Physical and mechanical parameters of structure

3.2 外荷載施加

（1）地下水浮力

地下水浮力的計(jì)算分為以下2 步：

①前已述及，降雨入滲產(chǎn)生肥槽匯水高度ΔH=7.35 m，換算為水位標(biāo)高為516.25 m；上層滯水對(duì)肥槽的最大補(bǔ)給量約為600 m3，肥槽水位可提升0.3～0.4 m。故總水位按7.75 m 計(jì)。

②由于膨脹土的隔水作用，場(chǎng)地內(nèi)地下水浮力為典型的盆式模型，可不考慮地下水徑流衰減的影響。以此可確定地下水的浮力為地下室抗水板底部受到的靜水壓力之和，即P=γwΔH=76.03 kPa。

（2）膨脹土膨脹力

根據(jù)規(guī)范GB 50112—2013[19]的建議方法，在地下室開孔，采用洛陽鏟鉆土取芯，酒精法測(cè)試土體含水率，測(cè)試間距20 cm，測(cè)試土體深度3 m。得到地基黏性土不同深度的含水率，如圖8 所示。經(jīng)計(jì)算得到超高層建筑下部抗水板的膨脹力荷載為28 kPa，多層建筑為24 kPa，其余地段處為18 kPa。

圖8 基底不同深度膨脹土含水率Fig.8 Water content of expansive soil at different depths of the base

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

（1）基底反力作用下的整體力學(xué)行為分析

模型豎直方向（z方向）的初始應(yīng)力如圖9（a）所示。從圖中可以看出，初始應(yīng)力從上自下逐漸增大，由于地形平坦，應(yīng)力等值線也基本水平。在抗水板底部施加的膨脹應(yīng)力和地下水上浮力作用下，33 層超高層處的抗水板隆起變形最小，北側(cè)4-1 號(hào)樓及4-2 號(hào)樓之間的隆起變形最大，見圖9（b），最大值為5.7 cm?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，本區(qū)裂縫發(fā)育。

圖9 基底反力作用下的整體力學(xué)計(jì)算結(jié)果Fig.9 Mechanical calculation results under the base reaction

（2）基底反力作用下的局部力學(xué)行為分析

整體力學(xué)行為不能表達(dá)細(xì)部位置的力學(xué)行為及力學(xué)狀態(tài)，進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的裂隙分布特征，選取4 個(gè)細(xì)部位置進(jìn)行詳細(xì)分析：①如圖10（a）所示，33 層超高層剪力墻邊緣模型（含剪力墻2 個(gè)，柱2個(gè)）；②如圖10（b）所示，多層柱邊緣模型（2 個(gè)柱、1 個(gè)剪力墻及對(duì)側(cè)2 個(gè)柱）；③如圖10（c）所示，最大柱間跨度8 m 模型；④如圖10（d）所示，負(fù)一層和負(fù)二層地下室邊界模型。建立模型對(duì)應(yīng)的工程位置、計(jì)算結(jié)果如圖10 所示。局部力學(xué)計(jì)算結(jié)果均表明剪力墻和柱的跨中位置變形最大，如圖10（a）～（d）變形分別為5.7，4，3，3.3 cm，柱腳處的變形次之，剪力墻腳的變形最小?？缰形恢玫拇笪灰瓶赡軐?dǎo)致抗水板受拉，產(chǎn)生拉裂縫。同時(shí)可見，模型底部z方向應(yīng)力約為0.1 MPa，剪力墻墻腳及柱腳附近的應(yīng)力集中。由于剪力墻上部荷載更大，應(yīng)力集中程度最高，為柱腳應(yīng)力的2～3 倍。

圖10 基底反力作用下的局部力學(xué)計(jì)算結(jié)果Fig.10 Local mechanical calculation results under the base reaction

4 排水卸壓設(shè)計(jì)方案及效果分析

4.1 排水卸壓設(shè)計(jì)方案

本工程采用排水卸壓主動(dòng)抗浮措施，理由是：①抗浮失效是由于肥槽施工質(zhì)量控制不佳致使雨季降雨入滲，受季節(jié)和天氣影響顯著，當(dāng)?shù)叵滤怀^常水位以上時(shí)排水卸壓即可；②底板下分布有較厚的黏性土層，是天然的隔水屏障，這對(duì)截水有利；③既有建筑集排水井/溝互聯(lián)暢通；④設(shè)計(jì)理念是在底板開設(shè)卸壓孔使地下水流動(dòng)，通過主動(dòng)式泄排適量地下水來減小或消除水浮力。

超高層建筑剪力墻墻腳、多層建筑剪力墻墻腳、負(fù)二層地下室邊墻墻腳和普通立柱柱腳這些位置易產(chǎn)生剪切裂縫；抗水板跨中變形最大，抗水板的7 號(hào)樓（33 層超高層）邊緣剪力墻附近、2 號(hào)樓之間、8 號(hào)樓與9 號(hào)樓之間的裂縫驗(yàn)算寬度相對(duì)較大，最易開裂。這些部位是排水卸壓方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確的目標(biāo)。

4.2 卸壓措施構(gòu)造及設(shè)計(jì)參數(shù)確定

利用排水管將地下水與集水井進(jìn)行聯(lián)通，對(duì)于既有加固項(xiàng)目，卸壓點(diǎn)應(yīng)鄰近集水坑布置，綜合考慮地下室結(jié)構(gòu)，不影響地下室原有功能使用，卸壓措施構(gòu)造如圖11 所示。另外，卸壓孔內(nèi)應(yīng)設(shè)置反濾材料，反濾層滲透性大于被保護(hù)土體，能通暢地排出地下水。

圖11 排水卸壓措施構(gòu)造大樣圖Fig.11 Structural detail

據(jù)規(guī)范JGJ120-2012[20]確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

①卸壓點(diǎn)數(shù)量N：

②場(chǎng)地總?cè)霛B量Q′考慮肥槽暴雨時(shí)入滲水量：

③卸壓點(diǎn)布置間距r可由卸壓點(diǎn)附近的承壓水水頭分布曲線結(jié)合底板所能承受的最大安全水頭確定：

上述各式參數(shù)釋義及取值如表5 所示。

表5 排水卸壓措施基本設(shè)計(jì)參數(shù)Table 5 Basic design parameters of the drainage and pressure relief measures

考慮到抗水板底水位超過1.5 m 后（本項(xiàng)目而言為地面±0 m 以下5.9 m）原抗浮措施失效，需采用主動(dòng)抗浮措施，依此計(jì)算得到：場(chǎng)地總水量Q′=907.2 m3/d，卸壓點(diǎn)數(shù)量N≥13，卸壓點(diǎn)布置間距r=30 m。

4.3 實(shí)施效果分析

根據(jù)分析結(jié)果，卸壓點(diǎn)布設(shè)如圖5 所示。施工分為排水卸壓孔成孔、引流管道安裝、智控箱安裝及調(diào)試。

自2019年12月施工完畢，當(dāng)水壓力超過5.9 m 時(shí)（地面±0 m 以下），啟動(dòng)排水卸壓，控制板底水壓力。該系統(tǒng)一直穩(wěn)定運(yùn)行，期間對(duì)卸壓孔（1#、2#、4#、6#、9#）底板壓力水頭保持觀測(cè)（圖12）。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示各點(diǎn)位水頭低于設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位，主動(dòng)抗浮措施處置效果顯著。

圖12 測(cè)壓管水頭高度監(jiān)測(cè)曲線Fig.12 Observation curve of the hydranlic heads of piezometric tubes

5 結(jié)論

（1）膨脹土地區(qū)地下室上浮主要是降雨隨肥槽入滲后未能及時(shí)排泄，導(dǎo)致水壓力直接作用于抗水板；同時(shí)地下水向非飽和膨脹土地基入滲后產(chǎn)生膨脹力。共同作用下的地下水壓力及膨脹力大于抗水板設(shè)計(jì)強(qiáng)度，導(dǎo)致抗水板隆起開裂。

（2）在水浮力及膨脹力的作用下，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折端和墻柱腳處易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，上部荷載越大，應(yīng)力集中程度越高；跨中位置的變形較大，特別是跨中為后澆帶時(shí)，變形則更明顯。

（3）考慮壓重和抗浮錨桿等被動(dòng)抗浮措施會(huì)損壞既有建筑結(jié)構(gòu)頂?shù)装澹眉扔信潘疁虾图?，提出通過底板卸壓孔主動(dòng)式泄排適量地下水來減小或消除水浮力的地下室抗浮方法，無需再增設(shè)管道設(shè)施且可智能管控，抗浮加固效果明顯。