黃俊光, 李健斌, 李偉科, 張 恒, 李 磊

(1 清華大學(xué)土木水利學(xué)院，北京 100084；2 廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣州 510620)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn),城市臨江濱海的復(fù)雜建筑工程項(xiàng)目增多。該類工程場區(qū)內(nèi)地下水位高,且受潮汐、汛期洪水影響顯著,地下水浮力是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工需重點(diǎn)考慮的因素,以避免過大水浮力對(duì)結(jié)構(gòu)造成不可逆的破壞[1]。近年來,臨江濱海地下結(jié)構(gòu)上浮事故時(shí)有報(bào)道,如廣東佛山永豐大廈塔樓與裙樓內(nèi)庭地下室頂板最大上拱213mm[2]、?？谑袎?mèng)幻園商住小區(qū)裙樓地下室基礎(chǔ)上浮4500mm[3]等。

合理的結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)是確保建筑工程安全的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)抗浮方法大致分為兩類:一類是增加結(jié)構(gòu)抗力,如設(shè)置抗浮樁(錨桿)[4-5]等,目前此類方法在工程中應(yīng)用廣泛;另一類是主動(dòng)排水減壓[6-7],通過排水降低設(shè)計(jì)水位,減小作用在結(jié)構(gòu)底板上的水荷載,一定程度上減少抗浮樁(錨桿)、減少側(cè)墻數(shù)量以及減小地下室底板的厚度和配筋。隨著對(duì)結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)研究的深入,越來越多的地下結(jié)構(gòu)采用主動(dòng)抗浮方案。曹洪等[8]結(jié)合實(shí)際工程,應(yīng)用排水廊道對(duì)處于坡地地形中地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行排水減壓抗浮,代替了原設(shè)計(jì)所采用的6 100多根擴(kuò)大頭式抗浮錨桿,提出截排減壓抗浮的概念[9],在某世界貿(mào)易中心項(xiàng)目中僅用15口直徑1.0m的減壓井代替原設(shè)計(jì)的1 000多根直徑1.2～1.8m擴(kuò)大頭抗拔樁。朱東風(fēng)等[10]采用在車庫底板中部開三個(gè)排水孔的截排減壓抗浮系統(tǒng)處理了底板大面積上浮事故。劉波等[11]在新加坡環(huán)球影城項(xiàng)目中,通過排水減壓系統(tǒng)和泄壓安全控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)建筑基底地下水位。高憲民、劉暢等[12-13]將盲溝排水降壓法應(yīng)用于深圳市福田綜合交通樞紐南北配套設(shè)施結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計(jì),采用礫(碎)石疏水層+盲溝+集水井的方式實(shí)現(xiàn)排水減壓。韓忠民等[14]介紹了ZM.H“泄壓法”抗浮技術(shù)的原理和具體實(shí)施步驟。駱冠勇等[15]針對(duì)臨江場地地下水位受汛期影響大、短期內(nèi)大幅上升的特點(diǎn),提出了抗浮范疇臨江結(jié)構(gòu)的定義及其“排水廊道+常規(guī)抗浮措施”的主被動(dòng)聯(lián)合抗浮的方法。黃俊光等[16]依托廣州某超深地鐵車站工程,提出一種改進(jìn)的、結(jié)合主被動(dòng)抗浮措施的組合抗浮法。高明宇等[17]分析了某二層地下室抗浮失效的原因,比選多種處理措施,采用排水限壓法控制地下水位。石路也[18]通過實(shí)際工程案例,綜合對(duì)比了主動(dòng)式抗浮方法和傳統(tǒng)被動(dòng)式抗浮方法兩種技術(shù)思路。

臨江濱海工程場地內(nèi)常常存在深厚的強(qiáng)透水砂層[19],砂層的承載性較好,其與臨近水體直接連通,結(jié)構(gòu)所受的水荷載受外江水位變化的影響顯著。此類工程采用抗浮樁(錨桿)等被動(dòng)抗浮措施,樁(錨桿)較長,成本高昂。針對(duì)臨江濱海強(qiáng)透水環(huán)境底層建筑,雖然建筑自身難以滿足抗浮設(shè)計(jì)要求,但其結(jié)構(gòu)荷載相對(duì)較低,一旦解決結(jié)構(gòu)抗浮問題,就具備取消灌注樁基礎(chǔ)的條件。另一方面,完全主動(dòng)抗浮多將水位降至結(jié)構(gòu)底板底,即使在常水位條件下,排水流量也很大,對(duì)排水系統(tǒng)長久性能可靠性的要求較高,排水結(jié)構(gòu)極易因大流量沖蝕出現(xiàn)損壞的情況,系統(tǒng)運(yùn)營成本高,同時(shí)地下水的大量排泄不利于對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù),且結(jié)構(gòu)自身的抗浮能力未得到較好的發(fā)揮。因此,考慮既有施工條件,倘若適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)水位,減少甚至取消用于抗浮、承載的樁基礎(chǔ),直接利用天然地基是否能滿足工程設(shè)計(jì)要求?這樣既能保證工程安全,又能較好地控制成本、縮減工期,同時(shí)也可以提供更加靈活機(jī)動(dòng)的施工組織方案。

基于此,本文依托廣州某臨江強(qiáng)透水環(huán)境建筑工程,提出“載水減浮”的概念,開展借助疏水、泄水等技術(shù)來自主控制水位自溢泄流,消除部分水浮力,充分利用主體結(jié)構(gòu)自重、覆土自重等有利荷載抵抗超出部分水浮力的研究,將“載水減浮”新技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際,利用支護(hù)結(jié)構(gòu)的止水系統(tǒng)控制整個(gè)底板下方保持恒定抗浮水位,同時(shí)結(jié)合正負(fù)壓沖洗、健康監(jiān)控系統(tǒng),確保“載水減浮”新技術(shù)最大程度實(shí)現(xiàn)依靠結(jié)構(gòu)自身抵抗地下水浮力的目標(biāo)。相關(guān)研究成果將為后續(xù)類似臨江濱海強(qiáng)透水環(huán)境建筑工程的抗浮設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

廣州某臨江建筑項(xiàng)目地處荔灣區(qū)環(huán)城高速以南東洛圍碼頭,東至省五礦,西至東洛圍村,南臨珠江,包括4層地上結(jié)構(gòu)和2層地下室,地下室面積約2.14萬m2,深約9.6～11.8m。場區(qū)巖土層如圖1所示?；拥字饕獮榧?xì)砂、礫砂,其承載力特征值分別為115、160kPa。場地地下水主要賦存于砂層中,埋深為1.2～2.1m。項(xiàng)目范圍北側(cè)環(huán)城高速高架橋距離基坑邊為24.4～33m;東側(cè)鄰近1層或2層既有建筑物(需由業(yè)主協(xié)調(diào)拆遷)和磚砌廠房,廠房距基坑邊最小凈距約10.3m;南側(cè)三枝香水道距離基坑邊為20～36m;西側(cè)為空地。此外,北側(cè)放坡出紅線部分需業(yè)主協(xié)商外部權(quán)屬單位同意后方可施工。

圖1 地質(zhì)剖面圖

項(xiàng)目南側(cè)一期完成了部分樁基施工,由于二期北側(cè)停車場地塊若按照原有施工工藝開展后續(xù)工作極有可能導(dǎo)致項(xiàng)目不能按期完工驗(yàn)收。同時(shí),二期北側(cè)停車場地塊范圍內(nèi)砂層厚度較大,結(jié)構(gòu)抗浮成本高。此外,項(xiàng)目為低層建筑,結(jié)構(gòu)荷載低,且砂層承載性較好。在此條件下,將“載水減浮”創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目二期,采用該新技術(shù)的地下室面積約1.2萬m2,擬用天然地基,局部進(jìn)行地基處理,筏板基礎(chǔ)厚700mm。

2 方案設(shè)計(jì)原則及相關(guān)準(zhǔn)備工作

2.1 設(shè)計(jì)原則

1)滿足抗浮穩(wěn)定性的要求;2)地下室底板不應(yīng)發(fā)生強(qiáng)度破壞;3)控制降水引起的地基沉降,不應(yīng)對(duì)鄰近建筑物或重要管線造成使用安全事故;4)截水設(shè)計(jì)應(yīng)控制因滲漏而引起的水土流失;5)抗浮結(jié)構(gòu)使用期限為50年。

2.2 設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)備工作

(1)開展抽水試驗(yàn)測試,通過觀測抽水繞流引起外側(cè)水位的變化及抽水量等,綜合評(píng)價(jià)含水層的水文地質(zhì)特征(滲透系數(shù)、影響半徑、單井涌水量等),檢驗(yàn)現(xiàn)有基坑止水設(shè)計(jì)的截水效果及可靠性,探究各地層中地下水的連通性。

(2)結(jié)合含水層的水文地質(zhì)資料,驗(yàn)算未設(shè)置抗浮措施條件下地層的承載力和結(jié)構(gòu)的抗浮能力;通過數(shù)值模擬分析暴雨工況條件下場地的涌水量及基坑開挖導(dǎo)致施工影響范圍內(nèi)滲流場的變化情況,并以此測算坑底抽水量(涌水量上限),需要指出的是,坑底以下為砂層和巖層,不存在影響結(jié)構(gòu)安全的承壓水層。

(3)基坑開挖過程中,通過流量計(jì)密切關(guān)注基坑開挖過程中的坑底抽水量(涌水量上限),做好數(shù)據(jù)記錄和分析工作,動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì),同時(shí)驗(yàn)證計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)的抗浮設(shè)計(jì)水位位于地下一層底板高度,特別注意開挖到地下一層底板和坑底位置時(shí)的數(shù)據(jù)。

3 載水減浮新技術(shù)具體介紹

綜合考慮抗浮、人防、可修復(fù)等要求,設(shè)計(jì)載水減浮系統(tǒng),該系統(tǒng)由截、堵、疏、泄、排、感、修七部分組成,包含止水帷幕、疏排水結(jié)構(gòu)、連接管、集(排)水井、水位觀測管、排水泵等。截、堵、疏、泄、排、感、修具體含義如下:

1)截:通過在地下結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置止水帷幕以形成截水系統(tǒng),降低涌水量,減少排水對(duì)周邊環(huán)境的影響;2)堵:對(duì)地面、肥槽等進(jìn)行密封堵塞,阻止外部雨水下滲至主體結(jié)構(gòu)抗浮區(qū)域;3)疏:通過在結(jié)構(gòu)底板下滿鋪強(qiáng)透水碎石疏水層及縱橫盲溝疏導(dǎo)底板下地層滲水;4)泄:通過在特定區(qū)域均勻設(shè)置泄水點(diǎn),降低地下水水頭,減小作用在底板上水荷載,實(shí)現(xiàn)對(duì)底板的均勻泄壓;5)排:通過泄水管道穿過底板引出排水盲溝中流通的有壓水,由室內(nèi)管線的布置高度控制整個(gè)系統(tǒng)的抗浮水位,繼而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定減壓,自溢排至室內(nèi)集(排)水井,集水井結(jié)合主體布置,無需占用多余位置,通過井內(nèi)傳感器配合自動(dòng)控制柜啟/停潛水泵,將水抽離地下室,形成疏排水系統(tǒng);6)感:配備智能健康監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測底板下的水壓力分布以辨識(shí)疏排水管道的淤堵情況;7)修:搭配正負(fù)壓反沖洗保養(yǎng)系統(tǒng),確保整體的耐久性和可修復(fù)性。

3.1 主要步驟及要點(diǎn)介紹

(1)基坑開挖前,開展抽水試驗(yàn)測試。

(2)基坑開挖過程中,施工單位實(shí)時(shí)監(jiān)測基坑的日涌水量,并將數(shù)據(jù)上報(bào)業(yè)主和設(shè)計(jì)單位,供設(shè)計(jì)復(fù)核,特別是開挖至地下一層底板和坑底位置時(shí)的數(shù)據(jù);開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后,采用人工再超挖450mm基底土體,開挖誤差不大于20mm;按設(shè)計(jì)圖紙預(yù)留并設(shè)置集水井;開挖完成后鋪設(shè)土建接地網(wǎng)。注意如下兩點(diǎn):1)基坑開挖階段沿坑底設(shè)置臨時(shí)集水井,且每開挖一層土方均應(yīng)設(shè)置臨時(shí)集水井,排水溝及集水井施工要切實(shí)保證不滲漏,必須及時(shí)抽排集水井的水,避免坑底集水軟化土體。此外,集水井尺寸、間距應(yīng)滿足噴混凝土及土方開挖等施工的要求;2)施工中應(yīng)注意基坑降排水,保證基底干燥。

(3)該抗浮方案控制地下水壓力為地下一層底板高度相當(dāng)?shù)乃畨毫?其相比開挖降水水位高,但考慮到載水泄壓是長期的,為減少排水對(duì)周邊環(huán)境的影響,在基坑底部四周增設(shè)一排大直徑旋噴樁止水墻與原有基坑止水墻配合,形成有效的止水帷幕,如圖2所示。

圖2 坑底增設(shè)攪拌樁止水墻

(4)鋪設(shè)級(jí)配碎石疏水層和排水盲溝

鋪設(shè)連續(xù)的碎石疏水層前,先沿坑底地基土表面整體連續(xù)鋪設(shè)過濾地下水的針刺型土工布(500g/m2,透水性≥0.25L/s),防止泥土堵塞碎石墊層。疏水層采用粒徑5～25mm碎石,要求壓實(shí)或夯實(shí)處理,夯填度為0.9或由試驗(yàn)確定,碎石要清潔完整,避免摻泥,含泥量不超過2%,疏水層范圍延伸至基坑邊止水帷幕位置,除標(biāo)明外,疏水層厚度為300mm。碎石疏水層主要負(fù)責(zé)疏導(dǎo)底板下滲出的地下水,為保證疏水墊層與強(qiáng)透水層連通,地下水要能暢通滲入疏水層,如疏水層位于覆蓋層中,應(yīng)挖穿覆蓋層,回填強(qiáng)透水材料。疏排水系統(tǒng)設(shè)置土工織物作為濾層的目的是保證土體中水流可以進(jìn)入排水盲管,同時(shí)隔離大部分土顆粒在濾層外,防止大量土體顆粒進(jìn)入排水系統(tǒng)造成排水系統(tǒng)堵塞癱瘓,喪失排水能力。需要注意的是:土工布拼接和縫制采用包縫法,縫制采用足夠強(qiáng)度的錦綸線,縫制接頭處的強(qiáng)度不得小于原布強(qiáng)度的70%;土工布運(yùn)輸、堆放鋪設(shè)過程中應(yīng)注意保護(hù),不得出現(xiàn)破損、老化現(xiàn)象。

碎石疏水層鋪設(shè)過程中,按平面設(shè)計(jì)圖(圖3)細(xì)部定位敷設(shè)排水盲溝作為排水通道,在盲溝中埋設(shè)盲管,通過導(dǎo)管將盲管中的地下水引至集(排)水井中。集水井、縱橫盲溝和泄水孔等的尺寸、間距按有關(guān)施工規(guī)范或規(guī)程處理,結(jié)構(gòu)各技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。需要注意的是:碎石疏水層壓實(shí)過程中不得對(duì)集水管造成損壞;局部受集水井、承臺(tái)或柱墩等限制的盲溝可根據(jù)現(xiàn)場條件采用左右偏移方式避開調(diào)整。

圖3 底板下疏水管網(wǎng)及泄水開孔點(diǎn)位布置平面圖

排水盲溝分主盲溝和次盲溝兩種類型,主盲溝為上底2325mm、下底1200mm、高900mm的梯形結(jié)構(gòu),頂部高程處于底板底下300mm,從外到內(nèi)依次是反濾層、無砂混凝土層、經(jīng)篩選的級(jí)配碎石及排水盲管。主盲溝大樣圖如圖4所示。主盲溝中各要素的介紹如下:

圖4 排水主盲溝大樣圖

1)按滲濾要求設(shè)置厚約150mm的粒料反濾層,按一定比例分層填筑細(xì)顆粒粒料(中砂、粗砂、礫石),按要求設(shè)計(jì)其級(jí)配組成,礫石、粗砂、中砂逐層的粒徑比例由內(nèi)至外大致按2∶1遞減,分別為6～10mm、3～6mm、1～3mm,且任一層的顆粒都不允許穿過相鄰較粗顆粒一層的孔隙,同一層的顆粒也不能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng),砂石料顆粒粒徑小于0.15mm的含量不得超過5%。由底部向上按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層要求逐層鋪設(shè),層次清楚,互不混雜,不得從高處順坡傾倒。

2)預(yù)制無砂混凝土層厚150mm,配合比約為0.4∶1∶5.6(水∶水泥∶碎石),孔隙率為20%～35%,透水系數(shù)達(dá)2～6cm/s,滲透性遠(yuǎn)大于周邊土體,混凝土強(qiáng)度等級(jí)約C10,碎石粒徑為5～20mm。無砂混凝土透水?dāng)嗝鏉B透系數(shù)大,周邊不容易形成集中滲流,從構(gòu)造上減小淤堵的幾率,具有良好的防淤性能,又具有一定的強(qiáng)度,可承受適當(dāng)?shù)暮奢d,可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件,同時(shí)取材容易,施工簡單。

3)排水盲管周圍回填經(jīng)篩選的單級(jí)配碎石,回填斷面尺寸為600mm×600mm,碎石粒徑為5～20mm,大于透水管開孔孔徑,碎石清潔完整,不得含有泥砂,要求壓實(shí)或夯實(shí)處理,夯填度為0.9。

4)為防止長期使用后盲溝內(nèi)的排水盲管滲水孔被水流中攜帶泥土堵塞,透水管安裝前在管外包1～2層滲水土工布。排水主盲管采用高密度聚乙烯(HDPE)材質(zhì)一次料,壁厚不小于5mm,在凹陷處開長條形槽,滲水孔宜按梅花形排列,間距可根據(jù)凹陷距離適當(dāng)調(diào)整,開槽面積不少于50mm2,管徑按設(shè)計(jì)滲流量選定150mm,透水量可達(dá)500cm3/s,確保滲水能被迅速且大量排走;次盲管采用聚丙烯(PP)材質(zhì)一次料,管徑選100mm。如圖5所示。盲管縱坡為1%～2%,管道連接采用三通、四通接頭。

圖5 開孔HDPE波紋管集水管/pp拉塑管

5)按設(shè)計(jì)埋設(shè)φ150鋼塑導(dǎo)管(不開孔),將盲管中的地下水集中引至集水井,如圖6所示。

圖6 導(dǎo)管與集水井連接圖

需要注意的是:作業(yè)時(shí),施工單位應(yīng)嚴(yán)格遵守圖紙要求。排水盲溝建設(shè)完成后,需確保其結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)保持一致,側(cè)面與底面平整,盲管縱坡平順,無排水障礙;鋼塑導(dǎo)管與集水井連接的部分必須固定牢靠,緊密地固定在底板內(nèi),避免發(fā)生導(dǎo)管與底板脫離,設(shè)置止水環(huán),導(dǎo)管安裝就位后,采用不透水材料堵塞管孔與導(dǎo)管出口段之間的間隙,長度宜不小于600mm。泄壓管道與集水井出口防水處理如圖7所示。

圖7 泄壓管道與集水井出口防水處理圖

次盲溝為600mm寬弧形狀結(jié)構(gòu),頂部高程處于底板底下300mm;從外到內(nèi)依次是150mm厚反濾層、300mm寬弧形經(jīng)篩選的級(jí)配碎石及φ100排水盲管,各層做法同主盲溝,次盲溝大樣圖如圖8所示。

圖8 排水次盲溝大樣圖

(5)碎石疏水層上鋪設(shè)連續(xù)的中粗砂層,厚150mm;中粗砂與素混凝土(C20)墊層接觸面間鋪設(shè)2層聚乙烯保護(hù)膜(厚0.5mm,密度≥0.94g/cm3,斷裂伸長率≥600)+連續(xù)土工布,防止混凝土澆筑時(shí)水泥漿滲入碎石疏水層中;以上步驟完成后,施工底板墊層,施工前清除中粗砂層上雜物,墊層混凝土澆筑過程中應(yīng)注意對(duì)聚乙烯保護(hù)膜的保護(hù),嚴(yán)禁用大力搗、鏟,不得破壞聚乙烯保護(hù)膜。

(6)墊層上面鋪設(shè)厚700mm的C35混凝土結(jié)構(gòu)底板及厚150mm的建筑面層,底板與邊樁連接處進(jìn)行鑿毛處理,如圖9所示。按設(shè)計(jì)圖在預(yù)留位置澆筑集水井,水泵置于井內(nèi),各集水井通過面層明溝連接,實(shí)現(xiàn)特殊情況下井間抽水設(shè)備的共享、相互支持。用于排泄?jié)B流水的集水井與給水排水集水井共用,結(jié)合設(shè)備專業(yè)圖紙施工,除標(biāo)明外,集水井(包括人防井)尺寸為1200mm×1200mm,相對(duì)于底板面深度為1800mm。集水井兼為檢修井,井內(nèi)設(shè)檢查梯,井口設(shè)井蓋,適當(dāng)增設(shè)護(hù)欄等安全設(shè)施。井內(nèi)空間大,如出現(xiàn)管道淤堵,可進(jìn)人維修清理,保證其長期有效。

圖9 鑿毛處理大樣圖

需要注意的是:底板泄壓穿孔點(diǎn)分四類,分別為H類7個(gè)、A類10個(gè)、B類3個(gè)、C類2個(gè),具體位置按圖3確定。H類、A類均僅平時(shí)使用,通過設(shè)置閘閥實(shí)現(xiàn)人防要求,區(qū)別在于H類孔點(diǎn)經(jīng)φ30有壓鋼管從地下二層頂板將水引到最近的集水井。B類、C類平時(shí)戰(zhàn)時(shí)兼用,均設(shè)置專門的人防隔間,區(qū)別在于B類通過側(cè)墻開孔穿出導(dǎo)入室外集水井,而C類通過穿透地下一層底板接入集水井。穿孔點(diǎn)位如圖10所示。

圖10 管道地下二層頂板穿孔點(diǎn)位圖

(7)施工地下二層、地下一層結(jié)構(gòu)時(shí),肥槽內(nèi)回填黏土,地下一層頂板以下1200mm位置填筑200mm厚C20素混凝土,其上繼續(xù)回填1000mm厚夯實(shí)的隔水黏土;施工供戰(zhàn)時(shí)使用的人防隔間,人防隔間尺寸為1800mm×1800mm,墻厚200mm,墻體與地下二層和地下一層底板連接,人防門尺寸為600mm×800mm,如圖11所示。

圖11 人防隔間圖

(8)抽排水管道的走線布置

按圖12布置抽排水管道的走線,地下水經(jīng)自溢排向集水井,泄壓段有壓鋼管φ100,為減少“虹吸”效應(yīng)的影響,泄壓管道上方開口并加蓋遮擋,如圖13所示;排水段無壓鋼管φ100;抽水泵排水鋼管φ80,將室內(nèi)集水井中的水抽至室外集水井。

圖12 導(dǎo)水抽排水管道布置圖

圖13 出水壓力管上端開口大樣圖

集水井處的底板設(shè)口敞開,蓋以鐵格柵井蓋。底板上的集水井與室外集水井有約12m的高差,采用潛水泵持續(xù)排水,均設(shè)置單向排水閥,防止倒灌?？紤]戰(zhàn)時(shí)最不利情況(時(shí)變化系數(shù)取2.0,最大涌水量按照10倍正常涌水量設(shè)計(jì))設(shè)置抽水泵,并配合自動(dòng)控制柜啟/停,戰(zhàn)時(shí)5個(gè)集水排水點(diǎn),其中平戰(zhàn)時(shí)集水井設(shè)置2臺(tái)2用抽水泵,規(guī)格18/20/3.0(流量18m3/h,揚(yáng)程20m,功率3kW);僅平時(shí)集水井設(shè)置2臺(tái)抽水泵,1用1備,規(guī)格18/20/3.0(流量18m3/h,揚(yáng)程20m,功率3kW);僅平時(shí)集水井與隔油機(jī)房共用時(shí),設(shè)置2臺(tái)2用抽水泵,規(guī)格36/20/5.5(流量36m3/h,揚(yáng)程20m,功率3kW);僅平時(shí)集水井與污水提升間共用時(shí),設(shè)置2臺(tái)2用抽水泵,規(guī)格18/20/3.0(流量18m3/h,揚(yáng)程20m,功率3kW)。排水效率約為35%,計(jì)算得到每天耗電量約450kW·h。若水泵與備用發(fā)電機(jī)均不工作的極端情況出現(xiàn),地下水自溢至地下室內(nèi)并浸沒車庫底層,保證底板上下受力平衡,按正常使用流量計(jì)算,車庫內(nèi)水位每天僅能升高15cm,在可控范圍內(nèi)。

相關(guān)設(shè)備專業(yè)對(duì)集水井內(nèi)的滲流水作抽排水設(shè)計(jì),要求如下:1)每個(gè)集水井內(nèi)設(shè)置根據(jù)水位控制啟/停的自動(dòng)抽水泵,部分設(shè)有1臺(tái)備用泵,日常工作泵故障時(shí)備用泵可立即接替工作;2)若甲方有利用滲流水的考慮(如澆花、洗地等),應(yīng)予以配合考慮;由于車庫有消防用水的需求,可將排泄水接入車庫消防水箱,實(shí)現(xiàn)水資源充分利用,后期若從控制運(yùn)營成本考慮,可將排出的地下水用作生活用水,達(dá)到效益最大化;3)建議滲流水抽水泵單獨(dú)設(shè)專用電表,以隨時(shí)監(jiān)控抽水泵的工作狀態(tài)。

(9)為實(shí)時(shí)掌握底板下的水壓力情況,在由建筑專業(yè)判斷不影響使用的部位設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的水壓力傳感監(jiān)測點(diǎn)。如條件允許,可在有壓泄水管(或底板)上設(shè)置透明的φ20水位觀測管,水位觀測管一般緊貼柱或墻。地下水位長期觀測系統(tǒng)監(jiān)控泄水減壓效果,出現(xiàn)問題可及時(shí)發(fā)現(xiàn),通過集水井內(nèi)的應(yīng)急閥門可緊急泄水。

(10)整個(gè)系統(tǒng)完工后,應(yīng)通過統(tǒng)計(jì)抽水泵的抽水量來驗(yàn)證日常滲水量?；踊靥詈蟮囊粋€(gè)月內(nèi),選擇水量較大(如雨天)的日子,連續(xù)3日記錄每日實(shí)際抽水量;豐水期選擇大暴雨的日子,連續(xù)3日記錄每日實(shí)際抽水量;枯水期記錄1個(gè)日常實(shí)際抽水量。

3.2 相關(guān)配套措施

(1)因場地地質(zhì)條件復(fù)雜多變,在天然地基承載不足的局部區(qū)域,采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理,高壓噴射注漿采用單重管法及雙嘴噴頭,高壓水泥漿液壓力宜大于20MPa,單重管提升速度可取6～12cm/min,旋轉(zhuǎn)速度8～12rpm;高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理后,單樁承載力特征值為300kN,復(fù)合地基承載力特征值fspk不小于280kPa。

(2)考慮到局部抗浮不足,局部范圍設(shè)置抗拔錨桿,永久巖中的錨桿的抗拔力特征值為400kN;錨桿入微風(fēng)化巖深度不小于2.5m(等效換算原則為錨桿入巖深度1m微風(fēng)化巖等效2m中風(fēng)化巖或4m強(qiáng)風(fēng)化巖);預(yù)估抗拔錨桿平均長度約為25m,實(shí)際長度根據(jù)實(shí)際巖層起伏,以入巖深度控制。部分區(qū)域地基基底下穩(wěn)定巖層埋深較淺,可依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況做如下調(diào)整:當(dāng)錨桿鉆孔有效進(jìn)入中、微風(fēng)化巖層時(shí),錨桿入巖長度不小于3m。

(3)反沖洗系統(tǒng)如圖14所示。其中電力氣泵用于吸取天然氣體,并輸送至氣壓罐中形成高壓氣體;水泵用于抽取集水池中收集的排出水或天然水,并輸送至蓄水罐中形成高壓水;高壓水和高壓氣可在蓄水罐中充分混合形成高壓溶氣水;各主要構(gòu)件通過不銹鋼導(dǎo)管相連,并由止水閥或止氣閥控制開啟與封閉。整個(gè)裝置通過金屬波紋軟管與排水鋼管相連,并采用法蘭接頭連接,以便于拆卸和移動(dòng)。該裝置利用高壓水、高壓氣和高壓溶氣水產(chǎn)生的切削力擊碎盲溝(管)外表面“濾餅層”,沖洗盲溝(管)內(nèi)沉積泥沙,疏通內(nèi)外滲水通道,達(dá)到排堵清淤的目的。此外,各排水鋼管之間采取并聯(lián)方式,每一根排水鋼管既可以充當(dāng)沖洗管,同時(shí)也可以用來排出相鄰盲溝(管)內(nèi)混合泥水和細(xì)沙顆粒,實(shí)現(xiàn)盲溝(管)的雙向沖洗。

圖14 反沖洗系統(tǒng)圖

3.3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

結(jié)合工期、造價(jià)、利潤等不同經(jīng)濟(jì)指標(biāo),表1列出了載水減浮系統(tǒng)較常規(guī)抗浮方案額外增加的工程成本,經(jīng)測算,不考慮工期減少所節(jié)省的資金成本,預(yù)計(jì)為項(xiàng)目二期節(jié)省投資約800萬元,減少工期1個(gè)月,系統(tǒng)運(yùn)營期的維護(hù)費(fèi)用可考慮從排水二次利用節(jié)省的用水成本中抵扣。

表1 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.4 相關(guān)論據(jù)說明

止水帷幕具有明顯的截滲功能,但在施工過程中一般僅作為臨時(shí)設(shè)施使用,當(dāng)作抗浮永久結(jié)構(gòu)使用時(shí)存在耐久性問題。從防滲角度探討止水帷幕的耐久性,實(shí)際就是論證其截滲能力是否可以長期保持或改善。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),止水帷幕在施工過程中易出現(xiàn)不同程度的缺陷,樁、墻體接縫處存在縫隙,不能完全隔水。墻體縫隙滲漏疊加墻體底部繞流合并成結(jié)構(gòu)底的總流量。由于墻底一般位于弱滲透層中,底部滲流量基本不變。在“自愈”條件下,墻體的縫隙流量逐漸衰減,這就為止水帷幕的長期使用提供了理論基礎(chǔ)[20]。

透水管結(jié)構(gòu)本身具有較強(qiáng)的環(huán)向抗壓剛度,且排水孔的孔徑一般較小,周邊填充層也具備一定的自穩(wěn)性,故透水管不存在壓扁的問題。

3.5 需妥善處理的問題

需要注意的是,載水減浮新技術(shù)以下幾個(gè)方面的問題需妥善處理:1)關(guān)于基坑、基礎(chǔ)的圖紙審查需要設(shè)計(jì)方協(xié)調(diào);2)載水減浮系統(tǒng)后期管理方面的要點(diǎn)需要設(shè)計(jì)方提供給運(yùn)營管理方;3)地下室防爆措施需要滿足人防設(shè)計(jì)要求,與人防相關(guān)單位溝通;4)一期與二期隔斷的位置確定及隔水帶的布置設(shè)計(jì)需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)對(duì)接商量,且該部分設(shè)計(jì)產(chǎn)生的費(fèi)用也應(yīng)納入該技術(shù)方案的總成本中;5)確保各項(xiàng)工作均提前落實(shí)到位,不影響項(xiàng)目的正常推進(jìn)。

3.6 系統(tǒng)運(yùn)行預(yù)期效果

載水減浮系統(tǒng)取消了原設(shè)計(jì)所采用的大直徑抗拔樁,底板配筋也減少,成本降低,工期縮短,經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有較好的推廣價(jià)值;利用地下水壓和結(jié)構(gòu)自身的抗浮能力,設(shè)定減壓目標(biāo),實(shí)現(xiàn)管道自溢排水的同時(shí)能確保足夠的安全儲(chǔ)備;抽水泵長期在設(shè)定的高低水位之間往復(fù)運(yùn)行,各集水井通過面層明溝連通,可以發(fā)揮各集水井協(xié)同機(jī)制;集水井中流出水均由水泵抽至室外蓄水池,此部分水可作為景觀灌溉或生活用水使用。

3.7 運(yùn)維對(duì)系統(tǒng)的要求

通過載水減浮系統(tǒng)中傳感器和控制電路可長期掌控集水井內(nèi)的水位變化,當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定閾值時(shí),排水泵啟動(dòng),將井內(nèi)水排出,直到水位降至安全值。通過載水減浮系統(tǒng),可動(dòng)態(tài)控制地下水位和結(jié)構(gòu)浮力,最大限度地減少對(duì)建筑物和環(huán)境的不利影響。

泵水系統(tǒng)應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)環(huán)境噪聲和振動(dòng)有一定要求的地上建筑,必要時(shí)采取隔聲降噪措施。泵水系統(tǒng)應(yīng)配備獨(dú)立水泵,備用泵按1用1備設(shè)置。每組泵的吸水管不少于2根,防止吸水管被堵塞造成泵水故障。泵水系統(tǒng)還應(yīng)具有以下啟動(dòng)泵的控制模式:自動(dòng)控制、監(jiān)控室手動(dòng)遠(yuǎn)程控制以及泵的現(xiàn)場緊急操作。泵、閥門和電路控制系統(tǒng)可以快速維修和更換。設(shè)立定期檢查抽水泵工作狀態(tài)的制度,發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)維修或更換。通過透明水管形式設(shè)置的水壓監(jiān)測點(diǎn),可監(jiān)控到水壓異常變高的情況,當(dāng)水位高出底板面甚至水位從水管溢出時(shí),則為水位過高報(bào)警,應(yīng)立即排查故障,必要時(shí)采用臨時(shí)泵降低水位。為防止反濾層砂礫和土工布堵塞,應(yīng)建立定期高壓射流回沖清淤機(jī)制。

在將工程正式移交物業(yè)管理公司時(shí),應(yīng)將與日常管理相關(guān)的內(nèi)容向其作出正式交底,確保系統(tǒng)檢測、定期檢查維護(hù)的長期運(yùn)作。

4 結(jié)論及建議

(1)載水減浮新技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)底板下滿鋪連續(xù)強(qiáng)透水碎石疏水層,借助縱橫盲溝疏導(dǎo)底板下地層滲水、管孔泄水等手段,能自主控制水位自溢泄流,均勻泄壓,消除部分水浮力,充分利用主體結(jié)構(gòu)自重、覆土自重等有利荷載,抵抗超出部分水浮力。搭建集地下水疏導(dǎo)、排泄、觀測等多功能于一體的載水減浮系統(tǒng),其重點(diǎn)在于保證排水系統(tǒng)長期運(yùn)行的可靠性和控制降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。

(2)采用部分減壓的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)自重可抵抗部分的浮力荷載,基礎(chǔ)形式使用筏基時(shí),當(dāng)水浮力小于結(jié)構(gòu)荷載時(shí),其厚度和配筋取決于后者;此外,從環(huán)境影響的角度,將地下水位降至地下一層地下室底板位置附近,可實(shí)現(xiàn)少排水的效果;本載水減浮方案預(yù)計(jì)為項(xiàng)目節(jié)省投資約800萬元,減少工期1個(gè)月。

(3)載水減浮新技術(shù)尤其適用于自身難以滿足抗浮設(shè)計(jì)要求的臨江濱海低層建筑。若項(xiàng)目場地滿足載水減浮法實(shí)施的先期條件,該技術(shù)相比傳統(tǒng)抗浮樁(錨桿)措施,擁有成本低、工期短、施工便利等顯著優(yōu)勢。