孫佰成，趙素麗，朱小波

(1.中冶建工集團(tuán)有限公司，重慶 400084; 2 聯(lián)勤保障部隊(duì)第四工程代建管理辦公室，沈陽(yáng) 110000)

0 引言

濟(jì)南市大部分區(qū)域地下水資源較為豐富[1]且水壓力較大，本地下工程涉及人防、車(chē)庫(kù)和其他地下工程，場(chǎng)地內(nèi)周邊建筑構(gòu)筑物均已施工完成，如逢降雨等豐水期極有可能導(dǎo)致其地下水位繼續(xù)升高和驟然上升的可能，在基坑開(kāi)挖和各基礎(chǔ)工序施工過(guò)程中，其降水和建筑物抗浮施工控制方面均增加了施工難度。

基于對(duì)前述基坑施工前的具體情況進(jìn)行分析，需要充分考慮本工程的抗浮設(shè)計(jì)，避免在施工過(guò)程中造成地下建筑物上浮導(dǎo)致的整體失穩(wěn)和局部破壞的工程事故，因此，在本工程施工前期對(duì)抗浮設(shè)計(jì)及降水方案和降水措施均進(jìn)行了詳細(xì)的安排部署，以確保后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

1 工程概況

本工程地下車(chē)庫(kù)采用楔形底板聚芯模[2]現(xiàn)澆混凝土雙向密肋樓蓋體系，聚芯模尺寸為800 mm×800 mm×450 mm、500 mm×800 mm×450 mm、300 mm×800 mm×450 mm，車(chē)庫(kù)建筑面積10 376.98 m2。

本地下車(chē)庫(kù)采用基礎(chǔ)筏板兼做阻水板+局部下柱墩的基礎(chǔ)形式，地下車(chē)庫(kù)共2層，層高均為3.60 m，基礎(chǔ)筏板厚度為600 mm，下柱墩厚度為500～800 mm不等?？垢褐睾奢d設(shè)計(jì)包括地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)筏板自重及上部壓重、地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻結(jié)構(gòu)板自重及其上部覆土自重、地下結(jié)構(gòu)上部覆土自重和車(chē)庫(kù)頂板的承載力[3]。其壓重示意如圖1所示。

(a)車(chē)庫(kù)頂板加荷

(b)車(chē)庫(kù)底板加荷

(c)車(chē)庫(kù)外挑底板與外側(cè)墻加荷圖1 設(shè)計(jì)壓重示意圖

2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

本工程巖土工程勘察等級(jí)為甲級(jí)，勘察水及地質(zhì)單元位于西郊玉符河，屬于隱伏沖積扇前緣砂、礫石富小區(qū)。

勘察位置因表層地下水第四系孔隙潛水，補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水和地表徑流，地區(qū)30 m深度范圍內(nèi)含水層分為黃土狀粉質(zhì)黏土砂層、卵石層及砂層。結(jié)合區(qū)域巖土工程勘查報(bào)告資料，該水層之間局部地段是溝通的，水力聯(lián)系密切，根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)地層特征及含水層分布情況、埋藏情況，該水層地下水類(lèi)型均屬于承壓水。

本工程勘察期間為非枯水期，從鉆孔內(nèi)測(cè)汲地下水靜止水位埋深4.60～5.50 m，相應(yīng)標(biāo)高為24.490～24.600 m，經(jīng)查閱相關(guān)資料及調(diào)查周邊建筑場(chǎng)地，其豐水期水位標(biāo)高為25.500～26.500 m。

地下車(chē)庫(kù)下挖深度12.00 m左右，場(chǎng)地內(nèi)第四系孔隙潛水水位埋藏較淺且水量較大，抗浮設(shè)計(jì)水位根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告按27.000 m考慮。

3 抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1 抗浮設(shè)計(jì)分析

在對(duì)處于地下水位較高區(qū)域的地下工程施工中，其地下水抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算及施工過(guò)程中降水施工控制措施至關(guān)重要。尤其是在基礎(chǔ)施工及降水施工過(guò)程中，需嚴(yán)格按照施工步序進(jìn)行，并確保降水施工不間斷，否則極易造成基礎(chǔ)上浮等不可估量的損失。

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告勘測(cè)數(shù)據(jù)，車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)埋置在分布穩(wěn)定且連續(xù)的含水層土中，其抗浮水位位置及車(chē)庫(kù)水浮力及抗浮具體示意圖如圖2～ 3所示。

3.2 抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算條件及驗(yàn)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)JGJ476—2019 《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的設(shè)計(jì)抗浮驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)和車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的要求做為抗浮驗(yàn)算的具體數(shù)據(jù)和驗(yàn)算條件，具體驗(yàn)算數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1～ 4。

圖2 車(chē)庫(kù)抗浮水位示意圖

圖3 車(chē)庫(kù)抗浮示意圖

表1 車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)壓重統(tǒng)計(jì)表

表2 車(chē)庫(kù)計(jì)算容重取值表 單位：kN·m-3

表3 車(chē)庫(kù)計(jì)算標(biāo)高統(tǒng)計(jì)表 單位：m

表4 車(chē)庫(kù)建筑物自重統(tǒng)計(jì)表 單位：kN·m-2

3.3 車(chē)庫(kù)抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算

建筑物基礎(chǔ)受浮力作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，應(yīng)分兩種情況考慮。

3.3.1 建筑物自重及壓重之和大于浮力作用值

1)按照標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)算要求，壓重抗浮法穩(wěn)定性應(yīng)滿(mǎn)足式(1)要求：

G+Gt≥KSS[3]，

(1)

(抗浮驗(yàn)算取每平方米自重及壓重)

式中：G為結(jié)構(gòu)自重及其上作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；Gt為增加的壓重荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；S為驗(yàn)算單元面積上浮力標(biāo)準(zhǔn)值總和(kN)；KS為抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)，按抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)，施工期抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)KS取1.05。

2)浮力作用值S：

S=(H3-H1)×γ水=(27-20.7)×10=63 kN/m2。

3)結(jié)構(gòu)自重G及增加的壓重荷載標(biāo)準(zhǔn)值和Gt：

①車(chē)庫(kù)頂板覆土附重(最薄處)：

G車(chē)庫(kù)頂板覆土=γ土×d0=16×1.5=24 kN/m2；

②車(chē)庫(kù)底板覆土附重(最薄處)：

G車(chē)庫(kù)底板覆土=γ土×d2=18×0.6=10.80 kN/m2；

③車(chē)庫(kù)底板自重：

G車(chē)庫(kù)底板自重=γc×d1=25×0.6=15 kN/m2；

④車(chē)庫(kù)梁、板、柱結(jié)構(gòu)自重：

G梁、板、柱結(jié)構(gòu)自重=18.5 kN/m2；

⑤楔形底板聚芯模自重：

G楔形底板聚芯模自重=0.4 kN/m2；

⑥楔形底板聚芯模+車(chē)庫(kù)梁、板、柱重：

G梁、板、柱結(jié)構(gòu)自重+G楔形底板聚芯模自重=22.5 kN/m2>18.5 kN/m2。

驗(yàn)算取較小的車(chē)庫(kù)梁、板、柱重，楔形底板聚芯模自重及肥槽回填土均做為儲(chǔ)備富余壓重考慮，未計(jì)入抗浮驗(yàn)算。

Gt=∑(G車(chē)庫(kù)頂板覆土+G車(chē)庫(kù)底板覆土)=24+10.8=34.8 kN/m2；

G=∑(G車(chē)庫(kù)底板自重+G車(chē)庫(kù)底板覆土)；

S=63 kN/m2；

KS=1.05；

G+Gt≥KSS；

G+Gt/S=68.3/63=1.084；

G+Gt/S=1.084>KS=1.05。

綜前所述并結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際數(shù)據(jù)值的驗(yàn)算，本工程抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算滿(mǎn)足要求。

3.3.2 建筑物自重及壓重之和G+Gt小于浮力作用值S

當(dāng)浮力較大時(shí)，建筑物自重及壓重之和小于浮力作用值時(shí)，即抗浮穩(wěn)定性不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件等措施來(lái)解決。

在整體滿(mǎn)足抗浮穩(wěn)定性要求而局部不滿(mǎn)足時(shí)，可采用增加結(jié)構(gòu)剛度的施工措施[4]。也可采取與基礎(chǔ)、壓重、抗浮錨固構(gòu)件形成聯(lián)合抗浮結(jié)構(gòu)體系[3]，如采用鉆孔灌注樁做為抗拔樁等抗拔措施來(lái)滿(mǎn)足其抗浮要求，具體抗浮示意如圖4所示。

4 基礎(chǔ)地下水控制設(shè)計(jì)

在車(chē)庫(kù)深基坑工程開(kāi)挖施工期間，因建筑物自重和各壓重均未達(dá)到設(shè)計(jì)值，其地下水浮力作用值遠(yuǎn)大于施工期間的建筑物自重及壓重之和，在施工中不采取有效降水措施，就形如整個(gè)建筑構(gòu)筑物浸泡在液體里一樣受到向上的較大浮力作用，如降水施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，使基坑地下水位超過(guò)基礎(chǔ)底面水位，則極易造成已施工完成和正在施工的基礎(chǔ)和構(gòu)筑物上浮，造成整體失穩(wěn)和局部強(qiáng)度被破壞，必須通過(guò)具體施工措施使地下潛水位或承壓水位降低到設(shè)計(jì)要求的安全水位，以確保正常安全施工[5]。

圖4 車(chē)庫(kù)增設(shè)抗拔樁抗浮示意圖

地下水控制的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)滿(mǎn)足支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求[5]，同時(shí)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地下水位高低、滲水量大小和結(jié)合類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)綜合分析、確定，由此可見(jiàn)，地下工程降水施工是基礎(chǔ)施工過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要在基礎(chǔ)施工前進(jìn)行。本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況和地質(zhì)勘察報(bào)告采用水泥土攪拌樁止水帷幕阻水，結(jié)合基坑內(nèi)降水井降水+坑外回灌的地下水控制方案，努力實(shí)現(xiàn)疏干基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)上部土體中的重力水體，遏制、降低地層深部微承壓水的水頭，以較小的抽水量達(dá)到控制地下水位低于基坑底面下0.5 m、不高于標(biāo)高19.25 m的目標(biāo)，保證基礎(chǔ)土方開(kāi)挖施工及各相關(guān)支護(hù)工程施工等相關(guān)工序能夠順利進(jìn)行。

通過(guò)對(duì)勘察報(bào)告及周邊工程經(jīng)驗(yàn)的調(diào)研，在進(jìn)行地下水控制設(shè)計(jì)時(shí)，地下水位值取歷年的高水位值26.50 m。

4.1 降水方案

降水方案的選擇和降水措施的制訂是基坑開(kāi)挖前必須考慮的項(xiàng)目[6]。根據(jù)室內(nèi)滲透試驗(yàn)及結(jié)合勘察報(bào)告情況，基坑各層土的垂直滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表5。

表5 滲透系數(shù)kv 單位：10-6 cm·s-1

從附近建筑場(chǎng)地的抽水試驗(yàn)情況分析，場(chǎng)區(qū)地下水較為豐富，第四系含水層滲透系數(shù)為16.54～28.48 m/d，涌水量>43.2～840 m3/d，影響半徑17～319 m。場(chǎng)區(qū)30 m深度范圍內(nèi)(2)層黃土狀粉質(zhì)黏土層、(5)含砂卵石層富水性較強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)綜合滲透系數(shù)為K=18.34 m/d，降深5 m時(shí)影響半徑R=215 m，降深8 m時(shí)影響半徑R=343 m。由于受局部砂層及下部土層影響，地層滲透性有隨深度增加的趨勢(shì)，施工過(guò)程中布井時(shí)可適當(dāng)減少井深。根據(jù)實(shí)際測(cè)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采取井點(diǎn)法降水施工方案，降水井深度揭穿(5)含砂卵石層。

4.2 降水措施

4.2.1 止水帷幕

本地下車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)采用水泥土攪拌樁形成止水帷幕，帷幕軸線(xiàn)設(shè)置在距基坑上口邊坡線(xiàn)≥2.0 m處進(jìn)行環(huán)形封閉，同時(shí)利用粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土為相對(duì)隔水層的特點(diǎn)進(jìn)行阻水。設(shè)計(jì)攪拌樁樁頂標(biāo)高南側(cè)靠近排水渠處的雙排樁為樁頂標(biāo)高27.70 m、樁底標(biāo)高13.70 m，有效樁長(zhǎng)14.0 m，帷幕長(zhǎng)度約145.0 m；其他均為單排樁處的樁頂標(biāo)高為27.50 m，樁底標(biāo)高14.50 m，有效樁長(zhǎng)12.50 m，帷幕長(zhǎng)度約695.00 m。

設(shè)計(jì)水泥土攪拌樁的單樁直徑d=0.60 m，樁間距0.40 m，樁間咬合尺寸為200 mm。車(chē)庫(kù)止水帷幕大樣圖詳如圖5。

(a)雙排水泥土攪拌樁止水帷幕

(b)單排水泥土攪拌樁止水帷幕圖5 車(chē)庫(kù)止水帷幕大樣圖

4.2.2 降水管井

為降低基坑內(nèi)地下水位，方便基坑開(kāi)挖及基礎(chǔ)各工序施工，根據(jù)估算設(shè)置阻水帷幕條件下的基坑涌水量Q約為2 700 m3/d，在基坑上口距邊坡線(xiàn)1.0 m處按間距15.0 m左右呈封閉狀布置降水井。共設(shè)計(jì)布置降水井58眼，成井深度為14.0 m。

降水管井既可作為基坑開(kāi)挖過(guò)程中降低地下水位的有效措施，又可用于檢驗(yàn)止水帷幕的止水效果。在基坑開(kāi)挖前，選取部分降水井進(jìn)行群井或單井抽水試驗(yàn)，并與勘查階段水文地質(zhì)試驗(yàn)得到的地層滲透系數(shù)做比較，滲透系數(shù)滿(mǎn)足要求后，證明其止水帷幕的質(zhì)量及其降水施工方案、措施合理并滿(mǎn)足要求[6]。

為確保施工安全，設(shè)置一定數(shù)量的疏干井，以利于降低基坑范圍內(nèi)水頭，保證基坑基底滿(mǎn)足施工要求。在基坑內(nèi)部按間隔30.0 m布置疏干井，共34眼，設(shè)計(jì)成井深度一般為14.0～15.0 m。合計(jì)降水、疏干井91眼。成井直徑700 mm，濾管直徑400 mm，下部5 m濾管外纏細(xì)目砂網(wǎng)，濾料采用5～10 mm碎石與中粗砂混合料。具體地下水控制平面布置圖及降水管井施工大樣圖如圖6～7所示。

(截取平面部分示意)圖6 地下水控制平面布置圖

圖7 車(chē)庫(kù)降水(疏干)井結(jié)構(gòu)示意圖

4.3 坑底排水溝與集水坑

在車(chē)庫(kù)基坑挖掘過(guò)程中，應(yīng)隨基坑開(kāi)挖深度，不斷加深排水溝和集水井的深度[5]，本地下工程采取在基坑底面距離坡角300 mm處開(kāi)挖深度≥300 mm、寬度=300 mm的環(huán)繞形排水溝，排水溝內(nèi)每50 m處設(shè)置一個(gè)500 mm×500 mm×500 mm的集水坑，可有效遏制地下水的上升，迅速排除大氣降水。具體排水溝與集水坑大樣圖如圖8所示。

圖8 坑底排水溝與集水坑

4.4 回灌井

為節(jié)約地下水，按濟(jì)南市有關(guān)文件基坑降水必須進(jìn)行地下水回灌的要求，同時(shí)要在回灌中保證基坑外淺層地下水不會(huì)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，在基坑四周阻水帷幕外圍適當(dāng)位置按間距20.0 m左右布置回灌井孔32個(gè)?；毓嗑?0.00 m，結(jié)構(gòu)同降水管井，成孔直徑700 mm、井管直徑400 mm，洗井后濾管外填充干凈的中粗砂及碎石子。

回灌水源為基坑內(nèi)所抽地下水，在進(jìn)行適當(dāng)沉淀后，通過(guò)專(zhuān)用管線(xiàn)輸送到各回灌井點(diǎn)。具體施工大樣圖如圖9所示。

圖9 車(chē)庫(kù)回灌井結(jié)構(gòu)示意圖

4.5 降水井觀測(cè)孔

降水井觀測(cè)井臺(tái)應(yīng)高出地面0.50 m成更多，并在井口安裝蓋板和在周?chē)O(shè)置防護(hù)欄[3]。在止水帷幕外側(cè)布置9個(gè)潛水觀測(cè)孔，設(shè)計(jì)觀測(cè)孔孔深12.0 m，孔徑130 mm，內(nèi)置Φ110 mmPVC濾管。承壓水水位觀測(cè)孔3個(gè)，設(shè)計(jì)孔深20.0 m，孔徑130 mm，內(nèi)置Φ110 mmPVC管作為濾管。具體施工大樣圖如圖10所示。

5 降水管井封堵、封閉

在車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)、主體和相應(yīng)的基礎(chǔ)底板和車(chē)庫(kù)頂板覆土及車(chē)庫(kù)擋墻外側(cè)肥槽回填施工完成后(即建筑物自重及壓重之和完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求后)，地下車(chē)庫(kù)的降水也隨之結(jié)束。需可對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各開(kāi)挖降水井點(diǎn)進(jìn)行封閉處理，具體施工措施：在澆筑車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)筏板的降水管井四周預(yù)埋Φ16雙排豎向鋼筋，將基礎(chǔ)筏板(阻水板)下方的卷材防水層上翻至頂部并做好保護(hù)措施，待地下水降水結(jié)束后，對(duì)其降水管井進(jìn)行封堵并在上翻卷材防水層形成完全封閉后再最后對(duì)封閉后的降水管井上方的混凝土澆筑實(shí)施封閉處理。具體做法詳如圖11所示。

圖10 車(chē)庫(kù)降水井觀測(cè)孔大樣圖

(a)降水井封閉平面圖

6 結(jié)語(yǔ)

在本工程基坑正式開(kāi)挖施工前，對(duì)涉及人防工程、車(chē)庫(kù)等的地下工程進(jìn)行了細(xì)致的抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算，對(duì)基坑施工過(guò)程中采取的降水施工方案和降水措施進(jìn)行了試驗(yàn)、分析。

按照制訂的施工步序組織施工，對(duì)施工結(jié)束后的降水管井的封堵、封閉采取了有效的施工技術(shù)措施，順利完成了車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)、主體、底板、頂板、擋墻、附土及后序相關(guān)工序的施工，達(dá)到了安全文明施工及環(huán)保節(jié)能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，取得了良好的質(zhì)量控制效果，在涉及類(lèi)似地下工程抗浮驗(yàn)算和降水控制施工技術(shù)措施方面具有一定的參考作用。