排水减压抗浮技术在肇庆市地下水池中的应用实践
排水减压抗浮技术在肇庆市地下水池中的应用实践
上官冀鸿
（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海，200092）
摘要：排水减压抗浮措施作为较新的抗浮方式，目前工程应用虽有增加，但相对于传统桩基、锚杆、配重等抗浮措施，应用范围还是较小，未得到广泛重视，主要因为设计人员对排水减压抗浮措施的可靠性和耐久性存疑，本文通过实际工程分析了排水减压的设计方法并进行抗浮方式的选择，针对排水减压抗浮技术提出一点粗浅意见。
关键词：地下水池；抗浮；排水减压
一、概述
肇庆市地区地下水位一般较高，对于埋地建构筑物如带地下室的房屋、埋深较大的水池等必须进行抗浮设计，抗浮问题会对建筑结构工艺等专业在设计中产生极大的影响，如调整埋深、增加隔墙、增加板厚配筋等。目前地下结构抗浮主要采用的是配重法、抗拔桩、抗拔锚杆等方式，近年来，在广东地区通过排水减压来达到抗浮目的的措施逐渐增多，在地下结构抗浮实践中已有较多成功案例[1-2]。
二、常用抗浮措施
1.配重法
配重法有多种形式，首先应用较多的是在底板上增设回填层，填入土、砂石、混凝土等材料，利用回填材料增加工程结构自重；其次是通过在底板下增设混凝土层与底板拉结，利用混凝土较高的重度来抵消水浮力；最后是在上部结构增加自重，在有条件的工程中增设屋顶或池顶覆土，也能达到抗浮作用。配重法设计施工较为简单，几乎不受地质条件等影响，但需在抗浮要求不高或者接近达到抗浮要求时使用，若抗浮差的很大，需要大量配重则得不偿失。
2.增大底板外挑法
底板外挑法算是配重法的延伸，通过增大外挑宽度，在外挑区域上堆载回填材料作为配重。但增大底板外挑意味着开挖宽度、范围需加大，土方及土地使用面积也将因此加大，不适用于场地规模受限的工程，这种方式适合在面积较小的工程中，周长与面积的比值越大，外挑增加的配重比就越大。
3.抗拔桩及抗拔锚杆
抗拔桩利用桩身自重及桩周与土的摩擦力提供抗浮力，桩单桩承载力大，但受土质条件、施工条件影响较大，造价较高。抗拔锚杆主要通过锚固体与岩土层的结合力提供抗浮，造价相对低，施工方便，受力合理，但需要在岩层或较硬土层中使用。
三、排水减压法
排水减压法是指在建构筑物底部和周边设置排水盲沟等措施，通过排出建构筑物周边及下方地下水来减小浮托力达到抗浮目标。这种方式有以下适用条件：1.基岩地区及渗透系数较小的粘土地区，2.排水盲沟顶标高在抗浮临界水位标高以下，且场区周围有可靠、永久的排水口，3.地下建构筑物不能过大，过大会增加水阻，导致排水滤管堵塞。
四、案例分析
1.工程概况
高要城市污水处理厂一期提标改造工程，位于肇庆市高要城市污水处理厂，工程中包含一座调节池，如图1所示，调节池上侧和左侧为现有构筑物，下侧临近道路及红线，右侧为新建构筑物。调节池外尺寸为18.1m×14.6m，底板底埋深4.6m，池顶露出地面0.3m。根据地勘报告，抗浮水位取室外地面标高。
图1 调节池平面布置
调节池几乎全埋地，内部是个空腔，在池内无水工况下结构不满足抗浮要求，因此需采用相关抗浮措施。
2.抗浮方式分析比对
设计时最初考虑的是采用抗拔桩，根据地勘显示，基础底标高位于粘土层，再往下3.5m是淤泥质粉质粘土层，因此锚杆不适用，同时淤泥层很厚，预制桩不稳定，根据设计分析及地勘建议，采用灌注桩抗拔；综合考虑灌注桩抗压抗拔承载力及布置间距后，得出灌注桩数量为31根，长度为35米，按广东灌注桩一般造价1200元/米计算，合计130.2万。
经过与业主商议，认为灌注桩造价太高，同时桩基工程量较小，专门安排灌注桩设备进场性价比很低，因此需要重新分析选择其它抗浮方式。在设计过程中进行了配重法、底板外挑法的试算，得出配重法需要在底板下下挂2.5m混凝土，如此则混凝土的量很大，而且超挖2.5m导致距离软弱土层很近，持力层厚度只剩1m，同时超挖后深度较大形成深基坑，最终否决了配重法；底板外挑法需要底板外挑3.6m，这几乎增加了一半的基坑面积，开挖回填量太大，场地周边就是既有水池，也不允许底板有这么大的外挑。最后经过分析，这个厂区北面地势高出4m，采用自然放坡，而南边低出5m，采用挡土墙。厂区位置属于一个山坡，具有良好的自然排水条件，可接入雨水管道向南面自重排水，因此最终决定采用排水减压法进行调节池的抗浮。
3.排水减压法抗浮设计
排水减压法设计需要计算空池工况下允许的最高地下水位，在水位高涨或暴雨情况下及时排出地下水，根据暴雨量核算滤管、滤管孔的大小。
按相关规范，取肇庆市暴雨重现期P为2年，降雨历时t为175分钟；调节池与既有水池及道路之间均有排水沟，因此取排水沟包围区域作为汇水面积S，S取400平方米；周边为沥青道路，径流系数Ψ为0.9。根据肇庆市暴雨强度计算公式
，得出：q=72.55升/（秒·公顷），雨水流量Q=1.31升/秒=4.70立方米/小时。按长管自由出流计算，水头高度取0.5m，滤管直径取200mm，得出排水量Q1=12.26立方米/小时＞Q，满足雨水流量要求。
实际设计施工中，在池体周围设置了两座盲沟排水井，沿池体外围由下至上分别铺设土工布、中砂、细石、排水滤管、细石、中砂、土工布、原土，上下层土工布需接合。盲沟排水井在抗浮允许的最高标高处铺设横向排水沟，接入室外雨水井，在施工完成后往盲沟注水，覆盖盲沟；在排水井内抽水，检验盲沟是否有效。
调节池的抗浮措施在完工后到目前为止运行良好，排水井内水位有起伏，滤管未堵塞。排水减压法很好的达到了抗浮目标。
五、结论
1.地下建构筑物的抗浮措施与结构具体情况及周边环境等多种因素有关，设计中需要综合比对采取合理抗浮方案，在保证安全的前提下，节省造价，缩短工期。
2.排水减压法设计方法及理论并不成熟，反滤层的淤堵比较难把握，包括机械淤堵、生物淤堵及化学淤堵。机械淤堵是指土中细颗粒沉积在土工布内，逐渐降低滤水通道的排水效率。生物淤堵是指水土中滋生的细菌、霉菌、水藻等生物堵塞土工布的滤孔。化学淤堵是指地下水中可溶盐结晶或与空气中二氧化碳反应生产难溶盐，盐渍沉积堵塞土工布。目前，土工布的生物及化学淤堵较难量化计算[3]。
参考文献
[1]徐朕,赖颖,梅国雄,等.游泳池排水减压抗浮法及其数值模拟研究[J].岩土工程学报,2013,35(1):451-455.
[2]李明书,李进军,刘维扬,等.CMC静水压力释放技术原理及设计方法[J].岩土工程学报,2013.35(2):932-935.
[3]庞小超,顾问天,肖文海,刘国楠.排水减压抗浮技术在深圳地区的实践[A].建筑结构,2015.45:777-780
