淺談地下室疏排水的設(shè)計與應(yīng)用

文｜廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 李才波

前言

在基坑施工中，基坑開挖降水后，基坑內(nèi)外形成水頭差，地下水通過在土體滲流，繞過止水帷幕的底部，流入基坑內(nèi)部。當(dāng)坑底附近土體隔水較好或止水帷幕可以有效隔斷透水層時，地下水的滲流將十分緩慢，坑內(nèi)日滲水量少，抽水負(fù)荷低，短時間抽水即可維持水位低于坑底或目標(biāo)標(biāo)高。在低滲水量條件下，采用“排水法”代替常規(guī)的抗拔樁或錨桿成為可能。以下就地下室疏排水的設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 疏排水的設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

地下室疏排水設(shè)計是在地下室底板以下設(shè)置永久的疏排水系統(tǒng)，系統(tǒng)的排水速度和能力可設(shè)計為最不利滲水工況的數(shù)倍甚至數(shù)十倍以上，將滲入系統(tǒng)中的少量地下水迅速排離，則可輕松達(dá)到控制水位的目標(biāo)。

圖1 零壓機(jī)械排水示意圖

（1）封堵系統(tǒng)。設(shè)置封堵措施，封堵兩條水路：其一，是從下面來的地下潛水；其二，是從上面來的經(jīng)流回填區(qū)的大氣降水或潛水。

（2）疏排水系統(tǒng)。將經(jīng)封堵系統(tǒng)攔截后仍無法阻止的少量滲水（漏網(wǎng)之魚），迅速排離。

1.2 設(shè)計種類

根據(jù)滲流水的終端排離方式及最終控制的目標(biāo)水位，疏排水設(shè)計可分為三類：

（1）機(jī)械排水，底板零壓：室內(nèi)井點集水，機(jī)械排離，底板無水壓；（如圖1所示）

（2）自然排水，底板零壓：室內(nèi)無集水，自然排離，底板無水壓；（如圖2所示）

（3）自然排水，底板限壓：室內(nèi)無集水，自然排離，底板不超過限定水壓。（如圖3所示）

1.3 適用條件

（1）滲水少，基坑單位面積最大日滲水量≤0.03m/m2/d。滿足該條件可忽略降水對周邊水文環(huán)境的影響。

（2）沉降小，基坑周邊地表沉降滿足基坑設(shè)計沉降限值要求，且觀測結(jié)果趨于穩(wěn)定。

（3）基底位于透水層，但距基底不太深處有一層不（弱）透水土層，采用永久止水帷幕延伸到相對隔水層中，使外圍的地下水難以滲入地下室底板范圍。

（4）所有基坑支護(hù)系統(tǒng)能有效止水，使基坑日常降水的抽水負(fù)荷低于上述滲水量限值的地下室。

（5）部分不推薦使用的范圍：①巖石裂隙水豐富，長期抽水負(fù)荷大；②巖溶水豐富，長期抽水負(fù)荷大；③地下室位于全透水的深厚砂層且未采用地下連續(xù)墻支護(hù)的建筑物，止水帷幕一旦退化將導(dǎo)致滲水量可能失控的后果；④位于地鐵影響范圍，受地保辦嚴(yán)格監(jiān)控的建筑物。

2 地下室疏排水的應(yīng)用措施

2.1 實際滲水量大于計算值。

（1）采取措施：①排水預(yù)留充足安全系數(shù)，目前實際設(shè)計的排水能力能達(dá)到最大日滲水量的十倍以上；②切實做好封堵系統(tǒng)的設(shè)計與施工。

（2）具體案例觀察：從部分完成工程的實測數(shù)據(jù)觀察，滲水量實測值約僅為計算值的一半左右，判斷是由于實際水頭未達(dá)到設(shè)計設(shè)定的最不利水頭的原因引起，加上考慮疏排水系統(tǒng)預(yù)留的充足安全系數(shù)，故判斷風(fēng)險極小。

2.2 水泵故障導(dǎo)致地下水溢出底板。

（1）采取措施：①疏排水系統(tǒng)預(yù)留充足的儲水能力；②采用多個滲流水集水井且設(shè)置備用水泵。

（2）具體案例觀察：目前設(shè)計的疏排水系統(tǒng)儲水能力在水泵停止工作后在最大滲水量工況下基本能維持滲流水十幾～三十天不溢出底板；一般地下室滲流水集水井?dāng)?shù)量在十?dāng)?shù)二十個以上，且每個井內(nèi)另設(shè)一臺備用泵。故判斷風(fēng)險極小。

2.3 降水造成地表沉降過大。

（1）采取措施：①采用精細(xì)有限元模型計算評估；②施工及使用階段密切監(jiān)測地表變形，必要時在地下室周邊表層增加抽水回灌系統(tǒng)。

圖2 零壓自然排水示意圖

圖3 限壓自然排水示意圖

（2）具體案例觀察：實際上，基坑開挖階段對地表沉降影響最大的主要是卸土，抽水是其次的，基坑回填以后的日常降水對地表影響要小于施工階段，故當(dāng)基坑沉降觀測穩(wěn)定后，地表沉降將不會繼續(xù)發(fā)展。故風(fēng)險極小。

2.4 長期滲流下過濾膜或疏水層淤塞，致底板承壓隆起。

（1）采取措施：①過濾膜按規(guī)范采用防堵塞功能的土工布，不定型纖維組織形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有應(yīng)變性和運(yùn)動性；②疏水層的排水能力預(yù)留十倍以上的安全度，即使進(jìn)入一定土顆粒滲透性有所降低也能滿足要求；③底板構(gòu)造設(shè)計可承受一定水壓；④考慮可清洗排水溝設(shè)計；⑤底板本身非受力構(gòu)件，必要時在多年后拆除底板，重新翻新疏排水系統(tǒng)，也不影響主體結(jié)構(gòu)安全。

（2）具體案例風(fēng)險評估：①封堵后水滲流速度很慢而不具備有意義的土顆粒搬運(yùn)能力，故造成過濾膜和疏水層淤塞的可能性甚小?，F(xiàn)場觀察的坑底滲水均緩慢而清澈，察覺不到搬運(yùn)土顆?，F(xiàn)象；②疏水層的淤塞問題，可以類比自然界中的圓礫、卵石等碎石土層，這些碎石土經(jīng)千萬年以上時間的地下水滲流搬運(yùn)作用，夾有大量的砂、粘土等成分，但其透水能力依然非常強(qiáng)大，故即使疏水層被帶入一定的土顆粒，也只是滲透能力略有降低，大幅降低甚至淤塞的可能性不大。

3 滲水量統(tǒng)計、地表沉降監(jiān)測及后期運(yùn)營要求

（1）滲水量統(tǒng)計。系統(tǒng)完工后，應(yīng)統(tǒng)計抽水量以驗證日常滲水量:分別記錄統(tǒng)計豐水期、枯水期和平常期的日抽水量，判斷滲水量是否在容許范圍。

（2）對周邊地表的沉降觀測。在基坑回填后，持續(xù)監(jiān)測地下室周邊地表的豎向沉降變化，直至變形穩(wěn)定，判斷對周邊環(huán)境的影響是否在允許范圍。

（3）滲流水抽水泵單獨(dú)設(shè)專用電表，以便物業(yè)做好記錄和監(jiān)控；設(shè)立定期檢修抽水泵制度；設(shè)置水壓監(jiān)測報警裝置。

4 造價節(jié)省成效

（1）水壓降低或為零后，工程造價成本大范圍節(jié)省，主要體現(xiàn)在三方面：①減少或取消抗浮構(gòu)件；②底板厚度及配筋減?。虎哿闼畨合碌装蹇刹辉O(shè)防水層；④在常規(guī)抗浮下，地下室底板水頭越大，抗拔樁或錨桿的長度越長，則節(jié)省的造價越高。

（2）采用疏導(dǎo)法后，增加了后期抽水維護(hù)成本，大致測算如下：在實際設(shè)計項目中，按最不利工況的日滲水量、電費(fèi)1元/度計算，在設(shè)計使用年限50年的抽水總電費(fèi)多在10-30 萬元左右，相對節(jié)省的造價基本可以忽略；且若能對滲水進(jìn)行利用，由于水費(fèi)高于電費(fèi)，實際還能節(jié)省費(fèi)用。

5 總結(jié)

總之，“地下室疏排水”或“釋放水浮力法”是一種明排的方法，是將滲出基底的地下水通過疏排水系統(tǒng)收集排走，從而完全或部分消除底板水壓，取消或減少抗浮構(gòu)件及降低底板負(fù)荷，進(jìn)而起到“排水減壓”的作用，值得推廣應(yīng)用。