基于自动疏水系统的地下结构主动抗浮研究与应用*

李军心

(1.中建四局建设发展有限公司，福建 厦门 361000； 2.西安交通大学人居环境与建筑工程学院，陕西 西安 710049)

0 引言

随着中国经济持续快速发展与城市化进程迅猛推进，单纯依靠高层建筑向上拓展空间已不能满足城市发展对土地的需求。钱七虎[1]指出有序、合理、综合、高效地开发利用城市地下空间资源，是解决以上述矛盾为主的“城市综合症”最有效。

但是随着地下空间向下向深不断开发，地下水位差引起的建筑基底抗浮问题日趋突出。南方沿海城市高地下水位区域尤为突显，同时我国地下空间开发时间较短，理论研究与设计方法均存在一定不足，容易在工程建设中出现严重问题，如海口市梦幻园商住小区裙楼，因受大暴雨袭击导致地下水位抬高的浮力影响，致使兴建中的2层地下室箱体浮出地面高达 4.5m[2]；佛山永丰大厦塔楼与裙楼内庭地下室地面上拱 213mm[3]；此外，我国台湾地区也发生过多起建筑地下结构抗浮失效的工程事故，其地下结构整体上浮或底板隆起，引起底板和梁柱节点等处开裂破坏，造成了严重后果[4]。

以往的工程实践中，传统的地下结构抗浮设计主要是“加”法，通过不断增加结构抵抗力来抵消基底浮力，也称被动式抗浮方法，如配重法、抗浮锚杆法、抗浮桩法等；但是随着地下结构开发更深更大，该方法将导致工程经济和时间成本的大幅增加。

近年来，地下结构抗浮设计开始尝试 “减”法，通过疏水系统排泄地下水来减少基底浮力，也称主动式抗浮方法，该方法节省抗浮结构措施，可大幅减少工程经济和时间成本。覃亚伟[5]以深圳某大型地下停车库建设为研究背景，通过从工期、全寿命周期费用等七个方面系统全面研究地下结构泄排水减压抗浮方法；干泉等[6]通过采用 FLAC3D 软件对五角西岸住宅项目的地下室进行抗浮分析，探讨了泄水减压法在地下室抗浮设计中的原理，研究了泄水减压技术在实际工程中的适用范围和主要特点；曹洪等[7-8]研究地下结构截排减压抗浮概念及应用，并介绍一种利用排水廊道进行坡地地下结构抗浮的方法；郭海等[9]，代广伟等[10]，结合不同项目分别介绍了地下室结构底板疏水层施工技术。

1 工程概况

华尔顿1275(和昌中心)项目位于福建省厦门市环岛干道西侧、国际会展中心西北侧，总建筑面积约32.34万m2，其中地上建筑面积约17.88万m2，上部由3栋46m小高层住宅1，2，3号(14层)，6栋106～146m超高层住宅4，5号(32层)，6，9号(38层)，7，8号(45层)组成。项目效果如图1所示。

图1 项目效果

本项目地下室建筑面积约14.46万m2，项目地势西高东低，东西高差约为12.7m，西区最深处由5层地下室组成，且本工程位于海边，地下水丰富且水位较高，地下室底板抗浮问题尤为突出，如图2所示。

图2 项目地势示意

2 设计方案

2.1 总体方案

本项目地下室底板原设计采用抗浮锚杆。为了达到抗浮要求，需要施工大量锚杆，其作业周期长、成本高、施工期间噪声大、持续时间长，对周边环境存在较大影响。为减少对周边居民生活影响，经过论证，选用一种板底滤水层降压新技术，该技术通过滤水层过滤地下水，再经过诱导板诱导水进入S形排水板中，利用地下水压力将地下水排至疏水涵洞中；通过计算得出市政管道开口高度，由于水压力，水自动由输水涵洞排至市政管道，从而降低地下水浮力，达到主动抗浮目的，从而免去大量锚杆施工，同时加快施工进度，节省工程造价。

2.2 疏水板设计

疏水板由下往上材料依次为土工布、碎石层、诱导板、双层S形塑料排水板、薄膜、垫层、地板，如图3所示。

图3 疏水板断面

2.3 集水涵洞设计

集水涵洞主要由0.8m×1.8m集水涵洞、 0.8m×1.2m排水竖井、防倒流鸭嘴阀、市政集水井等组成，如图4所示。

图4 集水涵洞示意

3 自动疏水系统施工工艺

3.1 关键工序

根据自动疏水系统特点制定关键工序如下：①验槽后，使用土工布覆盖基层，并在土工布上铺设100mm厚砂石作为滤水层；②用土工布包裹诱导板，并放置在砂石上，在诱导板上放置土工布包裹的S形排水板，水通过S形排水板排出，在上面覆盖薄膜，薄膜与薄膜之间须连接密实，并浇筑垫层；③疏水系统连接至疏水涵洞，接口密封严密；④通过水压力和建筑自身抗浮能力计算出市政管道开口高度并开口，安装反流阀门(防止市政水倒流)。

3.2 详细工艺

1)场地平整 根据图纸标高，采用人工进行场地平整。

2)土工布铺设 采用土工布(需达到200g/m2)进行满铺，土工布交界处采用胶带进行粘结，避免出现漏洞。

3)诱导板安装 采用土工布将诱导板包裹，不得有漏洞；包裹完成后，根据图纸间距(辐射范围为诱导板左右2m)进行铺设。

4)双层S形塑料排水板安装 将双层S形塑料排水板叠合放置，并采用土工布包裹密实，放置于诱导板上；当遇过梁时采用镀锌方钢做桥架，避免梁受力影响排水板性能。

5)薄膜铺设 采用薄膜进行全面覆盖，交界处采用胶带粘结，避免混凝土渗至诱导板和双层S形塑料排水板，将其堵塞，从而导致疏水性能降低。

6)垫层浇筑 根据图纸进行垫层浇筑，垫层浇筑过程需注意成品保护，避免对疏水系统的破坏。

7)集水涵洞施工及阀门安装 在施工地下室外墙的同时，在地势低且靠近市政管道一侧，设置集水涵洞，并将所有地下疏水板连接至集水涵洞中，确保水汇集至此；对市政管道进行开口，并在开口处设置反流阀门，确保市政水不会反流至涵洞中。

4 结语

1)华尔顿1275(和昌中心)项目已竣工1年多，并交付业主使用，未发现因抗浮不足造成的各种问题；且物业在集水涵洞中抽取水用于小区绿化浇灌，绿色环保。

2)自动疏水系统施工仅需1周时间，与原设计抗浮锚杆工艺比较，自动疏水系统安装简单快捷，施工工期短，且减少噪声对周边环境影响。

3)以华尔顿项目为例进行计算，原设计项目锚杆施工费用约2 800万元，自动疏水系统施工费用约400万元，节约造价约2 400万元。