廖文彬

(廈門中福元建筑設(shè)計(jì)研究院 福建廈門 361009)

引 言

隨著城市用地緊張，在坡地上建筑越來越多，尊重自然原始地貌，減少挖填、依山而建的的綠色建筑理念已成為建筑師共識(shí)，因此，在坡地上建筑地下室隨室外地面形成一側(cè)全埋逐漸過渡到另一側(cè)敞開的工程越來越多(圖1)，這種非全埋式地下室利用主體結(jié)構(gòu)做擋墻，不再單獨(dú)設(shè)置擋墻，節(jié)約場(chǎng)地，利于管理使用，也減少了場(chǎng)地開挖，與大自然更融合。

圖1 坡地建筑非全埋式地下室

坡地場(chǎng)地地下水水位順山勢(shì)從高往底呈梯度變化，一般勘察報(bào)告提供的抗浮水位為建筑四周地面下0.5m～1.0m，因此坡地建筑地下室底板水浮力也呈梯度變化，在坡地高處的抗浮水位高于坡度低處，抗浮水位高造成抗拔樁或抗拔錨桿多、底板配筋大，基礎(chǔ)和地下室造價(jià)增加，如果利用場(chǎng)地高差，讓坡地高處的地下水在重力下自然從低處流走，降低抗浮設(shè)計(jì)水位，將會(huì)明顯節(jié)約造價(jià)，也是一個(gè)很好的綠色技術(shù)設(shè)計(jì)。

由于節(jié)約造價(jià)明顯，現(xiàn)在越來越多的工程利用場(chǎng)地高差，采用設(shè)置排水疏導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行降低抗浮水位設(shè)計(jì)，但由于排水疏導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及巖土、給排水、市政等專業(yè)內(nèi)容，目前沒有相關(guān)規(guī)程，也沒有成熟的圖集可用，由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)完成的排水疏導(dǎo)降低抗浮水位設(shè)計(jì)常常考慮不全面，存在不足，留下安全隱患，應(yīng)引起重視，因設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致建造時(shí)雖然節(jié)省造價(jià)但在使用時(shí)由于存在問題導(dǎo)致加固改造的勞民傷財(cái)案例很多，全國各地目前每年都發(fā)生不少地下室上浮導(dǎo)致地下室梁板開裂的案例。

1 排水疏導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2所示利用場(chǎng)地高差的排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì):采取在高出建筑周邊最低地面的地下室外側(cè)土層設(shè)置盲溝，并將盲溝水接入室外地面下的市政排水系統(tǒng)，整個(gè)地下室抗浮設(shè)計(jì)水位取建筑周邊最低地面下0.5m～1.0m或者市政排水系統(tǒng)標(biāo)高，該設(shè)計(jì)將高出抗浮設(shè)計(jì)水位的水頭利用盲溝排水疏導(dǎo)流走，這種設(shè)計(jì)在小地下室(如別墅)可以，但在地下室較大時(shí)，地下水會(huì)繞過盲溝排水溝產(chǎn)生底板揚(yáng)壓，對(duì)底板并未減少上浮水壓力，產(chǎn)生安全隱患(圖2)。從該例可以看出，利用場(chǎng)地高差的排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì)，并不是在地下室高側(cè)周邊設(shè)置盲溝這么簡(jiǎn)單，排水疏導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)需要考慮建筑使用壽命期內(nèi)安全使用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它包括地下室周邊及底板的疏排水系統(tǒng)、與市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)的連接、日常檢查與管理維護(hù)、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急抽排水措施等內(nèi)容，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、巖土、給排水、電氣、市政等多專業(yè)配合協(xié)調(diào)。

圖2 較大地下室繞流產(chǎn)生的底板揚(yáng)壓

1.1 地下室周邊及底板的疏排水系統(tǒng)

地下室周邊及底板的疏排水系統(tǒng)包括抗浮水位選取、排水量計(jì)算、排水管設(shè)計(jì)、盲溝設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

疏排水設(shè)計(jì)降低高處的地下水水位，地下水的降低會(huì)對(duì)排水影響區(qū)域內(nèi)的建筑物、道路、管線等產(chǎn)生不利影響，因此必須進(jìn)行降水對(duì)周邊環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估，在排水不會(huì)影響的區(qū)域才可以應(yīng)用。

降低抗浮設(shè)計(jì)水位就是降低作用在地下室底板上的浮托力(揚(yáng)壓力)，如前面所敘，地下室底板存在地下水繞過盲溝排水溝產(chǎn)生的底板揚(yáng)壓，使底板承受超過設(shè)計(jì)的不均勻楊壓力，要消除該不均勻楊壓，達(dá)到設(shè)計(jì)希望的降低的地下室底板浮托力，通常采用的方法是在地下室底板設(shè)置盲溝或排水板并與地下室外墻盲溝或暗溝相通(圖3)，形成一個(gè)地下水連通系統(tǒng)，那么地下室的底板所受水壓力就可以按照常規(guī)的流體靜力學(xué)確定。

圖3 地下室周邊及底板的疏排水常用做法

抗浮水位的選取主要考慮因素為周邊環(huán)境排水能力，應(yīng)考慮周邊較大范圍內(nèi)的地形地貌、場(chǎng)地道路標(biāo)高、市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)等，排水量的計(jì)算應(yīng)考慮與建筑設(shè)計(jì)使用合理年限相匹配，一般建筑為50年。中國每年都有城市被淹的報(bào)道，事實(shí)表明中國城市市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)能力偏低，不能滿足極端氣侯下大暴雨考驗(yàn)。實(shí)際上，城市市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)是按照主次干網(wǎng)設(shè)計(jì)，大量的建筑位于小區(qū)道路或次干道邊，這些道路的市政雨水管大部分僅只能應(yīng)對(duì)2～3年一遇的暴雨，極端氣侯下大暴雨下路面常常被淹，基于以上分析，除非是依據(jù)十分充分的具有抗至少50年一遇暴雨能力的排洪溝等，否則降低后的抗浮水位只能取建筑周邊低處室外地面標(biāo)高，不能取市政排水口的標(biāo)高作為降低后的抗浮水位。

設(shè)計(jì)對(duì)地下室基坑的回填土密實(shí)度按規(guī)范要求大于0.94，但實(shí)際工程中由于回填空間狹小，施工操作困難，基本達(dá)不到規(guī)范要求，許多甚至十分松散，成為地面水下滲的通道，其滲透系數(shù)一般遠(yuǎn)大于基坑邊原狀土，因此排水量計(jì)算取原狀土滲透系數(shù)按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》公式進(jìn)行計(jì)算，用于排水管和盲溝設(shè)計(jì)是明顯偏小的，設(shè)計(jì)應(yīng)按暴雨下地表水通過回填土下滲水量計(jì)算，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基坑側(cè)向排水量。按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》公式計(jì)算的排水量為原狀土的滲水量，可以用于降水對(duì)周邊環(huán)境影響分析。

盲溝設(shè)計(jì)一般采用卵礫石，盲溝必需用土工布包裹防止砂土顆粒流入淤塞，據(jù)巖土專家介紹，土工布在土里使用壽命50年以上沒問題，為保證局部抗浮要求，底板盲溝宜每個(gè)開間設(shè)置且盲溝互通，也可以整個(gè)底板鋪設(shè)200mm厚卵石層(外裹土工布)。

1.2 與市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)的連接

設(shè)計(jì)應(yīng)查清市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)的位置、標(biāo)高、直徑大小等情況，地下室疏排水系統(tǒng)接入市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)的連接應(yīng)設(shè)置防止市政雨水倒灌措施，如鴨嘴閥門等。

1.3 日常檢查與管理維護(hù)

利用場(chǎng)地高差的排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì)，降低了抗浮設(shè)計(jì)水位，減少了地下室結(jié)構(gòu)的向上水浮力，涉及到結(jié)構(gòu)安全問題，因此排水疏導(dǎo)系統(tǒng)必須考慮建筑使用壽命期內(nèi)能夠正常使用，如果發(fā)生淤積堵塞，不能降低抗浮設(shè)計(jì)水位，那么地下室在大于設(shè)計(jì)的浮托力下，必然發(fā)生地下室上浮、開裂、傾斜，地下室進(jìn)水浸泡，其造成的損失和影響是巨大的，近年來不時(shí)發(fā)生的極端氣侯大暴雨下城市被淹，就是很好的警示，因此排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮使用后的日常檢查與管理維護(hù)，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)置檢查豎井，豎井應(yīng)設(shè)鐵爬梯供維修檢修用，設(shè)計(jì)中應(yīng)提出日常檢查與管理維護(hù)要求。

1.4 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)(水壓力傳感器、流量計(jì)、監(jiān)控報(bào)警等)

由于排水疏導(dǎo)系統(tǒng)在地下室底板下和外墻土體中，無法目測(cè)檢查，因此必須借助預(yù)埋的水壓力傳感器、流量計(jì)等設(shè)備，接入有日常值班的消控中心進(jìn)行監(jiān)控，預(yù)設(shè)定抗浮設(shè)計(jì)水位預(yù)警值，超過預(yù)警值自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲。

1.5 應(yīng)急抽排水措施

由于涉及結(jié)構(gòu)安全問題，而建筑使用壽命期長，極端氣侯大暴雨頻繁，排水疏導(dǎo)系統(tǒng)在地下土中無法臨時(shí)搶修，因此排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急抽排水措施如應(yīng)急減壓管系統(tǒng)、應(yīng)急抽水泵等，確保結(jié)構(gòu)的安全。

2 工程案例

廈門某工程，地上由多棟高層住宅樓組成，西北側(cè)地下室五層，東南側(cè)地下室二層。場(chǎng)地原始地貌為殘丘坡地，場(chǎng)地地勢(shì)起伏較大，總體地勢(shì)呈東南低、西北高。西北側(cè)路面標(biāo)高(黃海高程)18.5～16.2 m，東南側(cè)路面標(biāo)高(黃海高程)為6.50m，西北側(cè)與東南側(cè)的高差約12m，地下室底板標(biāo)高為黃海高程－4.400～－5.100m。根據(jù)勘察報(bào)告，地下室抗浮設(shè)防水位標(biāo)高按場(chǎng)地周邊道路設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1.0m考慮。設(shè)計(jì)采用排水疏導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行降低抗浮水位設(shè)計(jì)，底板下排水疏導(dǎo)系統(tǒng)由縱橫交叉布置的排水板(包裹土工布)組成，地下室四周設(shè)置暗溝，并與底板下排水疏導(dǎo)系統(tǒng)相連通，暗溝頂設(shè)置豎井并通過橫向連接管(黃海高程4.00m)與市政管網(wǎng)連接(該管底高程為黃海高程1.600m，管徑為800mm)，與市政管網(wǎng)連接處設(shè)置鴨嘴閥門，防止市政雨水倒灌。排水疏導(dǎo)系統(tǒng)按抗浮水位降至黃海高程4.00m處設(shè)計(jì)，實(shí)際設(shè)計(jì)抗浮水位取6.00m(2m的水頭差值作為安全儲(chǔ)備)。設(shè)計(jì)在底板下布設(shè)孔隙水壓力傳感器，并在排水系統(tǒng)末端設(shè)置流量計(jì)，以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)營情況，同時(shí)布設(shè)應(yīng)急減壓管，通過橫管及豎管給合接至主干道排水系統(tǒng)處。

3 平地建筑采用主動(dòng)排水降低抗浮水位設(shè)計(jì)探討

地下室位于隔水層位置的平地建筑，考慮地下水補(bǔ)給量少，利用地下室底板的集水坑與底板下地下水連通，在集水坑設(shè)置抽水泵，將集水坑的地下水排出地下室，使地下室底板下的水位保持在底板以下，從而達(dá)到降低抗浮水位的目的。與利用高差的排水疏導(dǎo)方法相比，主動(dòng)排水降低抗浮水位設(shè)計(jì)雖然增加了日常水泵運(yùn)營及管理費(fèi)用，但在地下水補(bǔ)給量少的情況下，比設(shè)置抗拔樁或抗拔錨桿的常規(guī)設(shè)計(jì)仍然節(jié)省造價(jià)，因此不少工程也采取該方法。

值得探討的是，主動(dòng)排水降低抗浮水位設(shè)計(jì)的安全性完全依靠水泵的抽排水能力，取決于水泵的正常工作率，而水泵的正常工作率在于業(yè)主的物業(yè)管理能力，還要考慮日后物業(yè)產(chǎn)權(quán)易手、管理能力變動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在經(jīng)常暴雨成災(zāi)的南方地區(qū)，該方法應(yīng)該十分慎重。著名的香港匯豐銀行大廈，4層地下室，地下室四周采用1m厚伸入基巖的地下連續(xù)墻(墻腳注漿止水)作為止水帷幕，在正常使用階段滲入止水帷幕以內(nèi)的水量不大，最初曾考慮采取主動(dòng)排水措施，經(jīng)與業(yè)主溝通，認(rèn)為在正常使用階段，在物業(yè)管理方面遇到的問題較大，最后采用永久性巖石抗浮錨桿。

4 結(jié)語

坡地建筑利用場(chǎng)地高差進(jìn)行排水疏導(dǎo)設(shè)計(jì)，降低了抗浮設(shè)計(jì)水位，能夠節(jié)約材料和造價(jià)，是一種很好的綠色技術(shù)設(shè)計(jì)。排水疏導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建筑使用壽命期內(nèi)安全使用的各方面內(nèi)容設(shè)計(jì):

(1)地下室周邊及底板的疏排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括抗浮水位選取、排水量計(jì)算、排水管設(shè)計(jì)、盲溝設(shè)計(jì)等內(nèi)容。抗浮水位的選取由周邊環(huán)境排水能力決定，應(yīng)考慮周邊較大范圍內(nèi)的地形地貌、場(chǎng)地道路標(biāo)高、市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)等;排水量計(jì)算應(yīng)按暴雨下地表水通過回填土下滲水量計(jì)算。

(2)與市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)的連接應(yīng)設(shè)置防止市政雨水倒灌措施。

(3)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置檢查豎井等供檢修用的設(shè)施，并提出日常檢查與管理維護(hù)要求。

(4)由于排水疏導(dǎo)系統(tǒng)在地下土中，無法目測(cè)檢查，因此需設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

(5)由于排水疏導(dǎo)系統(tǒng)在地下土中無法臨時(shí)搶修，因此設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急抽排水措施。

(6)考慮目前的物業(yè)管理能力，在雨水多的南方地區(qū)，平地建筑不建議采用主動(dòng)排水降低抗浮水位措施。

[1]葉書程 淺談坡地建筑的抗浮設(shè)計(jì)[J].廣東土木與建筑，2012(7).

[2]汪四新，屈娜某坡地建筑地下室抗浮問題綠色技術(shù)處理方法[J].建筑技術(shù)，2012，43(10).