盲溝排水在地下室抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

郭春艷， 黃永存， 于 峰

(吉林省建苑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，長春 130000)

1 傳統(tǒng)抗浮技術(shù)措施

地下室結(jié)構(gòu)一般形成封閉的箱體，由于地下水的存在，在水壓力作用下會(huì)受到向上的水浮力作用。在地下室抗浮設(shè)計(jì)中一般需要進(jìn)行整體抗浮設(shè)計(jì)和局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗浮設(shè)計(jì)。在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗浮設(shè)計(jì)是不可忽視的內(nèi)容，有時(shí)抗浮設(shè)計(jì)會(huì)成為地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，針對不同的抗浮水位應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)方案。目前，在地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中，采用的設(shè)計(jì)方法和措施主要有以下幾種。

1.1 抗浮錨桿法

抗浮錨桿因具有造價(jià)低廉、施工方便、受力合理等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。但抗浮錨桿的設(shè)計(jì)、施工和檢查還沒有專業(yè)規(guī)范，使抗浮錨桿的應(yīng)用受到限制?？垢″^桿分預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿，普通錨桿只有結(jié)構(gòu)底板發(fā)生一定位移后才開始發(fā)揮作用，適用于水浮力不大且對位移要求不高的地下室，當(dāng)水浮力較大且對位移及滲漏要求較高的地下室應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿截面較小，孔徑一般不大于200mm，錨桿長度卻較大，一般在3～10m甚至更長。由于錨桿自身截面和長度的特點(diǎn)及施工工藝的影響，錨桿主筋周圍混凝土(或水泥漿料)厚度不均勻，影響錨桿的強(qiáng)度及其耐久性。由于對錨桿的檢查手段還不完備，抗浮錨桿存在一些不確定因素。目前，在基巖覆土厚度較大的地區(qū)，抗浮錨桿應(yīng)用較少。

1.2 抗拔樁法

抗拔樁法是利用樁的抗拔承載力抵抗地下室水浮力的抗浮設(shè)計(jì)方法。抗拔樁利用樁側(cè)阻力起抗拔作用，其抗拔能力與樁型、樁徑、樁長及周圍地質(zhì)條件有關(guān)，抗拔樁的抗拔承載力應(yīng)通過現(xiàn)場抗拔靜載荷試驗(yàn)確定。在公共與民用建筑中常用的樁有：靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)、螺旋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、預(yù)制方樁基礎(chǔ)，人工挖孔樁基礎(chǔ)、螺桿樁基礎(chǔ)(擠土鉆孔樁)等。靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)使用范圍比較廣泛，但由于其樁外壁比較光滑，作為抗拔樁時(shí)其塑性差；當(dāng)樁長較長時(shí)，接樁部位焊接質(zhì)量及耐久性不易達(dá)到要求；樁與承臺(tái)之間的連接強(qiáng)度較低，可靠性差。尤其是灌芯混凝土與管樁之間的連接，由于樁身內(nèi)壁、灌芯混凝土強(qiáng)度及施工因素的影響，不同樁的連接強(qiáng)度是不同的，有時(shí)差別較大，連接強(qiáng)度不穩(wěn)定，連接不可靠。人工挖孔樁直徑較大，抗拔承載力相對較高，但人工挖孔樁為非擠土樁，抗拔能力較擠土樁相差較大，而且由于人工挖孔樁施工難度較大，其應(yīng)用逐漸減少。螺旋鉆孔灌注樁抗拔能力較好，對于抗拔要求不高的工程應(yīng)用較多。螺桿樁是一種新樁型，應(yīng)用不是很多，但其抗拔承載力及抗壓承載力較為突出，在地下室抗浮水位較高的工程中應(yīng)用，可體現(xiàn)其優(yōu)越性。

1.3 增加結(jié)構(gòu)自重(或配重)法

地下室結(jié)構(gòu)抗浮能力不足一般是由于結(jié)構(gòu)自身的重量小于地下水對地下室結(jié)構(gòu)的水浮力造成的。最直接的方法就是增加結(jié)構(gòu)自身重量或者是在結(jié)構(gòu)上部布置配重。其方法有很多，如增加地下室底板(或頂板)厚度；加大地下室底板挑出長度(對水平面積較大的地下室，效果不明顯)；減小地下室層高，從而降低地下室抗浮水位(或增加地下室頂板覆土厚度)；采用高容重混凝土(鐵屑混凝土等重材料)；在地下室底板上增加負(fù)重(間接加大底板厚度)等。在增加結(jié)構(gòu)自重的抗浮設(shè)計(jì)方法中，減小地下室層高是最直接、最有效的設(shè)計(jì)方法，而且性價(jià)比較高。

這些抗浮設(shè)計(jì)方法主要是以增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力或者增大結(jié)構(gòu)自身的重量來被動(dòng)抵抗地下水對地下室結(jié)構(gòu)的水浮力，一般設(shè)計(jì)難度較大，工程造價(jià)較高。

2 盲溝排水抗浮措施

地下室水浮力是由地下水對建筑物產(chǎn)生的浮力。當(dāng)?shù)叵滤桓叱鼋ㄖ锏撞繒r(shí)，由于水壓力作用，會(huì)對建筑物底部、側(cè)面產(chǎn)生水壓力，地下水對建筑物底部產(chǎn)生的向上的水壓力稱為地下室水浮力。地下室水浮力的大小與地下水位(抗浮水位)有關(guān)。當(dāng)?shù)叵滤×_(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可能引起建筑物整體上浮或者建筑物地下室局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，而且一旦發(fā)生破壞，修復(fù)比較困難。所以，有效降低地下室抗浮水位是地下室抗浮設(shè)計(jì)最為有效的方法。盲溝排水是利用地下水的靜止水壓力主動(dòng)降低地下室抗浮水位，從而釋放部分(或全部)地下室水浮力。

盲溝排水分方式為完全依靠地下水靜止水壓力主動(dòng)排水方式和依靠地下水靜止水壓力集水與機(jī)械排水方式相結(jié)合的主動(dòng)為主、被動(dòng)為輔的排水方式兩種排水方式。完全主動(dòng)排水方式適用于場地高差較大，地下室某一方向?yàn)槁冻龅孛娴慕ㄖ?局部敞口地下室)；主動(dòng)與被動(dòng)相結(jié)合的排水方式適用于建筑場地比較平整的全地下室建筑。

2.1 盲溝排水構(gòu)造做法

1)盲溝的具體做法(見圖1、2、3)

(1)素土夯實(shí)。

(2)砌筑毛石墻(或鋼筋混凝土墻)：地下檢修通道的支持結(jié)構(gòu)。

(3)中砂反濾層：反濾層是濾水層、滲水層的總稱。中砂反濾層為第一道反濾層，其主要作用是濾水層，起到過濾地下水中的泥沙，阻止泥沙進(jìn)入盲溝內(nèi)，保證盲溝內(nèi)地下水滲流通道暢通。

(4)卵石反濾層:第二道反濾層，其主要作用是滲水層，其空隙率比較大，使盲溝內(nèi)地下水滲流阻力小，滲流暢通，速度快。

(5)水泥/砂/碎石層：盲溝底部的隔水層，阻隔盲溝底部地下水及其泥砂進(jìn)入盲溝內(nèi)，保證盲溝內(nèi)地下水滲流暢通。

(6)碎石夯實(shí)層：盲溝的基層，在盲溝底部形成一個(gè)相對堅(jiān)實(shí)地基持力層，防止盲溝不均勻沉降。

(7)塑料盲溝管：塑料盲溝管是空隙率高，耐久性能好的材料，在盲溝內(nèi)形成一個(gè)連通的地下室徑流管道。滲流入盲溝內(nèi)的地下水通過盲溝管流入集水井內(nèi)。

(8)砌筑毛石墻預(yù)留洞口：砌筑毛石墻預(yù)留洞口內(nèi)填充卵石，是地下水在檢修通道內(nèi)外間的滲流通道。

圖1 盲溝排水縱向剖面示意圖

圖2 排水管廊剖面圖：(a-a)

圖3 排水盲溝剖面圖：(b-b)

(9)預(yù)留檢查井：由此可進(jìn)入檢修通道內(nèi)，可隨時(shí)觀察地下水位的變化，直觀、簡單、可靠，顯著提高盲溝排水的安全度。

(10)檢修通道頂蓋板。

2)盲溝平面布置如圖4、5示意圖所示，分為全地下室和局部敞口地下室兩種布置方式。盲溝的標(biāo)高按具體工程的水位標(biāo)高確定。盲溝布置時(shí)，應(yīng)有必要的排水坡度，以滿足排水要求。盲溝也可與被動(dòng)抗浮措施結(jié)合設(shè)計(jì)。

2.2 盲溝排水的工作原理

圖4 全地下室盲溝平面布置示意圖

圖5 局部敞口地下室盲溝平面布置示意圖

盲溝排水的動(dòng)力為靜止水壓力和機(jī)械 (水泵)提升動(dòng)力。地下室周圍的地下水通過盲溝的反濾層滲流、匯集至盲溝管內(nèi)，在靜止水壓力作用下水沿盲溝管排到地下集水井(坑)內(nèi)。地下集水井(坑)可與市政雨水管道連通，將集水井(坑)內(nèi)水直接排走，也可以在地下集水井(坑)內(nèi)設(shè)置水泵，將集水井(坑)內(nèi)水排出。具體做法根據(jù)具體工程的降水深度和市政管網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2.3 盲溝排水的優(yōu)點(diǎn)

1)依靠地下水的靜止水壓力，集水、排水，安全可靠、環(huán)保節(jié)能。

2)采用的塑料盲溝管，技術(shù)先進(jìn)，耐久性超過建筑使用壽命。

3)盲溝排水有效降低建筑物地下室抗浮水位，明顯降低建筑物建造成本，充分體現(xiàn)綠色建筑的特點(diǎn)。

4)盲溝排水措施，構(gòu)造簡單，施工方便，可操作性強(qiáng)。設(shè)有檢查井，可隨時(shí)觀察地下水位，為控制地下水位提供可靠依據(jù)，有效提高建筑物的安全性。

5)盲溝排水措施適應(yīng)性強(qiáng)，適用于不同深度，不同類型的地下建筑工程，有廣泛的應(yīng)用前景。

2.4 盲溝排水的先進(jìn)性和實(shí)用性

盲溝排水抗浮措施具有顯著的先進(jìn)性和實(shí)用性。作為高新技術(shù)企業(yè)的一項(xiàng)主要研發(fā)項(xiàng)目，盲溝排水抗浮措施已申報(bào)并被授予國家實(shí)用新型專利，實(shí)用新型名稱為《降低建筑物地下室水浮力的排水裝置》，專利號為ZL 2012 2 0187599.0。

3 結(jié)語

隨著建筑技術(shù)不斷發(fā)展，地下建筑已成為許多建筑中不可缺少的部分，而且向大面積、多層地下室的方向發(fā)展。地下室抗浮設(shè)計(jì)關(guān)系到結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)的安全問題，隨著自然環(huán)境條件(主要指降雨)變化的越發(fā)突然和顯著，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗浮問題越來越突出，抗浮設(shè)計(jì)已成為地下室設(shè)計(jì)中的重要部分?？垢≡O(shè)計(jì)已成為地下室設(shè)計(jì)的主要研究課題。我們在地下建筑設(shè)計(jì)中必須對地下水浮力給予充分的重視。盲溝排水抗浮構(gòu)造措施是一種構(gòu)造簡單，施工方便的抗浮設(shè)計(jì)方案。盲溝排水抗浮構(gòu)造做法已在一些建筑設(shè)計(jì)中使用，排水效果良好。盲溝排水抗浮構(gòu)造措施安全、可靠，可操控性強(qiáng)。在綠色建筑不斷發(fā)展的今天，作為一種節(jié)能環(huán)保的建筑構(gòu)造措施，將成為地下室抗浮設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分。

[1]劉光明.地下室抗浮設(shè)計(jì)措施[J].山西建筑，2010，36(25):96-97.

[2]劉光明.地下室抗浮方案的分析研究[J].山西建筑，2011，37(11): 71-72.