昆明羊腸村6號(hào)地地下室滲流減壓方案

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廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院

（結(jié)構(gòu)研究中心.計(jì)算中心）

2013.09僅供內(nèi)部使用

2013.09

1.1工程概述

羊腸村6號(hào)地項(xiàng)目位于昆明市盤龍區(qū)鉑金大道北側(cè)，主要由8棟地上100米的高層住宅組成，地下設(shè)2-3層地下室，地下室總投影面積約3.4萬(wàn)平方米，其中地下室東北半?yún)^(qū)為負(fù)三層，底板面標(biāo)高為1913.7m，西南半?yún)^(qū)為負(fù)二層，底板面標(biāo)高為1915.2m；東北半?yún)^(qū)地下室樓層標(biāo)高比西南半?yún)^(qū)高2.3米，兩者在中部區(qū)域以一斜坡相連，以解決地下室埋設(shè)于地下問(wèn)題，規(guī)避超限?？偲矫鎴D、地下室局部剖面示意圖及地下室平面圖如下所示：

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1.2地下室基坑內(nèi)外特征地下室呈東北、西南向長(zhǎng)條形?？用嬷苓厴?biāo)高：室外地坪總體地勢(shì)東北高西南低。地下室內(nèi)：東北半?yún)^(qū)1927.1m，西南半?yún)^(qū)1924.8m，高差2.3米以斜坡相連；地下室外：東北、東南側(cè)地坪與地下室內(nèi)平，外延至山坡腳；西北側(cè)道路由東北向西南以1.2%的坡度向下傾斜；西南側(cè)將西北端的道路與東南端的地坪以斜坡相連。

3坑底標(biāo)高：坑底按底板面下降1米考慮，東北半?yún)^(qū)負(fù)三層為1912.7米，西南端小部分向下傾斜；西南半?yún)^(qū)負(fù)二層為1914.2米，高差1.5米。

東北端的最大坑深為14.4米，西南端的最小坑深約為9米。

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現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，地下水控制可采用水位控制，水位控制可采用排水、降水、止水、回灌等方法。本工程地下水控制是相當(dāng)于采用明溝排水的方法，將滲流出基坑底的地下水通過(guò)疏水層、盲溝及集水井收集排走，從而消除地下室底部的水壓，取消結(jié)構(gòu)底板及抗浮構(gòu)件，稱為“滲流減壓”設(shè)計(jì)。

56地下工程中，基坑開(kāi)挖降水后，基坑內(nèi)外形成水頭差，地下水通過(guò)在土體中的滲流，繞過(guò)止水帷幕的底部，補(bǔ)充至基坑內(nèi)部，因此一般需要采取降水措施以維持坑內(nèi)干爽的施工環(huán)境。當(dāng)基坑底部附近下部和外圍的土體具有較小的滲透系數(shù)或止水帷幕可以有效地隔斷中強(qiáng)透水層時(shí)，地下水的滲流將會(huì)十分緩慢，日常的補(bǔ)水量較少，表現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)為降水負(fù)荷很低，基本不需抽水或短時(shí)間抽水則可較長(zhǎng)時(shí)間維持地下水不溢出基坑底部。在上述條件下，通過(guò)滲流減壓設(shè)計(jì)以代替常規(guī)的地下室底板和抗浮樁錨設(shè)計(jì)將成為可能。滲流減壓設(shè)計(jì)的原理為：在地下室底部設(shè)置永久的疏排降水系統(tǒng)，利用全范圍面狀分布的疏水層收集滲水，匯至線網(wǎng)狀分布的排水盲溝，再將盲溝內(nèi)的水集中至點(diǎn)狀均勻分布的若干集水井內(nèi)，集水井內(nèi)設(shè)抽水泵，當(dāng)井內(nèi)水位上漲至一定高度時(shí)，水泵則啟動(dòng)將其及時(shí)抽走。7因地下室外壁板周邊將外界的水力聯(lián)系基本隔斷，故地下室的滲流補(bǔ)水較慢，水泵以較低工作負(fù)荷即可將有限的匯集水量輕松抽走，從而可以永久地將地下水位維持在坑底以下，保證疏水層以上混凝土墊層的干爽及不承受水壓力，因此可以取消抵抗水壓力的地下室底板和抗浮構(gòu)件。

其成立的前提是每天補(bǔ)充的水量必須是有限和可控的，因此準(zhǔn)確分析及采取有效措施限制地下水的滲流補(bǔ)給成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；另外，基坑日常降水對(duì)地表沉降影響的分析也是可行性論證的一項(xiàng)重要內(nèi)容，影響程度必須是輕微而有限的，這是方案成立的另一個(gè)前提。3.1場(chǎng)地地質(zhì)條件分析

8土層編號(hào)土層名稱層厚（m）平均厚度（m)重度(kN/m3)變形模量E0(MPa)粘聚力C(kPa)內(nèi)摩擦角Ф（度）滲透系數(shù)（cm/s）新填土0-126-7

65×10-4①雜填土0.4～8.51.3119.265.513.55×10-4②1粉質(zhì)粘土0.5～16.52.0619.516.135.012.52.47×10-6②11粉土0.4～3.61.3320.016.612.920.51.65×10-5②2圓礫0.3～5.11.8622.0305.023.03.3×10-2③2礫砂0.5～7.22.4722.0305.023.0取同上③⑤⑥粉質(zhì)粘土未見(jiàn)底未見(jiàn)底19.822-3639.5-44

11-12.5

2.24-4.81×10-6表3.1

典型土層的工程地質(zhì)及水文特征9基坑底周邊地質(zhì)特點(diǎn)

如圖示，東北、東南邊基本為隔水粘土，但西南和西北邊則存在以下不利地質(zhì)現(xiàn)象：（1）坑底附近存在強(qiáng)透水的圓礫層，最深點(diǎn)離坑底約2.4米，如圖中紅線范圍；（2）坑底以下4-20米不等的深度存在透水的礫砂層，如圖中綠線范圍。

基坑底的地質(zhì)特點(diǎn)

如圖示，坑底存在以下不利：（1）西南半?yún)^(qū)普遍圓礫層表露，如圖中紅圈所示；（2）東北半?yún)^(qū)約一半?yún)^(qū)域存在礫砂層埋深較淺，埋深約0.77-7米，若礫砂層為承壓水，可能產(chǎn)生突涌事故。

突涌在基坑開(kāi)挖時(shí)則可能發(fā)生，需充分論證及采取措施。10實(shí)施滲流減壓需采取的措施（1）坑周的透水層應(yīng)予隔斷，擬采用Ф800的大直徑攪拌樁作止水帷幕，分布范圍及深度如圖中藍(lán)線所示。圓礫層坑內(nèi)外隔斷對(duì)基坑滲水量影響至關(guān)重要，故建議圖中雙藍(lán)線范圍另加道5米左右的攪拌樁。（2）查明礫砂層的承壓水頭，對(duì)可能突涌的區(qū)域，在周邊做好止水后，采用鉆孔打砂井的方法將埋在淺層的礫砂與坑底連同，因止水帷幕已將坑內(nèi)外礫砂層隔斷，故可泄除水壓，并控制補(bǔ)水速度緩慢。

對(duì)于表露的圓礫層，在保證隔斷與坑外水力聯(lián)系的情況下，并不需要特別處理，可視作坑底疏水層的一部分。111213143.2有限元計(jì)算分析

為論證滲流減壓設(shè)計(jì)是否成立，須分析其得以成立的兩個(gè)前提是否可行，一是日?？觾?nèi)總滲流量是否有限和可控，二是日常降水對(duì)地表沉降影響程度是否有限和輕微。

本項(xiàng)目采用有限元軟件進(jìn)行滲流分析，以及考慮應(yīng)力-滲流耦合的降水影響沉降分析。153.2.1計(jì)算模型、邊界條件及施工階段的模擬計(jì)算模型

本項(xiàng)目最終完成的基坑深度為9-14.4米，計(jì)算建模時(shí)，作為分析對(duì)象的土體其平面范圍取從基坑外輪廓外擴(kuò)約3倍基坑深度取30米，深度亦取坑底下約3倍基坑深度，從坑面最高標(biāo)高1927.1米算起各處統(tǒng)一往下取40米，為簡(jiǎn)化計(jì)算而又不致結(jié)果偏小，坑外分6個(gè)區(qū)、坑內(nèi)分3個(gè)區(qū)建立土層模型，在每個(gè)分區(qū)內(nèi)假定每層土的厚度在不同的平面位置是不變的，各土層厚度值根據(jù)實(shí)際的附近鉆孔柱狀圖進(jìn)行進(jìn)行平均統(tǒng)計(jì)，取對(duì)滲流分析較不利的數(shù)值，以得到偏于安全的計(jì)算結(jié)果。各區(qū)以分階形式近似模擬土面高差的變化。

地下室外壁板按隔水的混凝土模擬，因主要是作滲流分析及滲流對(duì)土層沉降的影響分析，故未按實(shí)際模擬基坑支護(hù)的情況，僅近似地在地下室各層樓板的位置對(duì)壁板施加平動(dòng)約束，因此計(jì)算結(jié)果是沒(méi)有側(cè)向位移的。降水引起的沉降可取考慮滲流與不考慮滲流時(shí)坑邊豎向變形的差值即可。16計(jì)算模型效果圖如下：軸測(cè)圖17俯視圖18水頭邊界

按最不利情形考慮模型水頭邊界：沿土體上表面及外圍側(cè)面所有節(jié)點(diǎn)施加水位為室外地坪（甚至高出幾十公分）的位置水頭，相當(dāng)于連續(xù)地下水穩(wěn)定水位保持在地面甚至淹至地面以上，以及土體四周及底部處于江河以內(nèi)（保持恒定不變的水壓）的較不利情形。而坑內(nèi)由于日常要保持水位在坑底以下，因此坑內(nèi)的水位為坑底標(biāo)高。水頭邊界如圖所示。19水頭邊界20施工階段模擬

第一步計(jì)算開(kāi)挖前的初始滲流場(chǎng)；

第二步計(jì)算開(kāi)挖前的初始應(yīng)力場(chǎng)，位移開(kāi)始清零；

第三步降水至地表以下坑底處；

第四步開(kāi)挖至基坑底。

通過(guò)以上施工階段計(jì)算，可算得考慮滲流影響時(shí)的地表變形，由于基坑支護(hù)的情況并非如實(shí)輸入，故該變形并非實(shí)際的變形；然后排除地下水滲流的影響，重新計(jì)算一次，則可算出未考慮滲流影響時(shí)的地表變形，同樣道理這也并非實(shí)際變形，但是，前后兩次計(jì)算所得的變形差值就是降水引起的地表沉降，這個(gè)降水影響沉降是可以反映實(shí)際的，排除了基坑支護(hù)情況的影響。

213.2.2分析結(jié)果滲流分析結(jié)果坑底流量率分布

22坑底流量統(tǒng)計(jì)日滲水量為142m3。

23考慮止水約有5米破損時(shí)坑底流量統(tǒng)計(jì)日滲水量為142m3，考慮止水約有5米破損時(shí)，約為224m324考慮滲流影響的地表變形最大在10-20mm以內(nèi)。253.2計(jì)算分析結(jié)論

以上分析表明，坑底滲水量有限而可控，降水對(duì)地表沉降的影響輕微而有限，因此本工程地下室進(jìn)行滲流減壓設(shè)計(jì)是可行的。263.3施工現(xiàn)場(chǎng)觀察及變形監(jiān)測(cè)

當(dāng)支護(hù)及止水施工完成，基坑開(kāi)挖至坑底后，現(xiàn)場(chǎng)可以真實(shí)地觀察坑底滲水現(xiàn)狀，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察可以有效驗(yàn)證計(jì)算分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確可信，同時(shí)可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)坑內(nèi)滲漏點(diǎn)及推斷止水缺陷點(diǎn)的大概位置，及時(shí)完善止水措施，保證以后投入使用時(shí)的日常水量控制。施工期若經(jīng)歷豐水期，則可以反映日后運(yùn)行的極端情形。

現(xiàn)場(chǎng)注意著重考察日常的抽水負(fù)荷、可以目測(cè)的滲水狀況、基坑周邊環(huán)境受影響的程度（包括道路、構(gòu)筑物、建筑物的變形開(kāi)裂情形），注意觀察基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)際上基坑開(kāi)挖及施工期間，其降水與日后抽水大致類似，只是日常運(yùn)作時(shí)屬明溝排水，且排除表面大氣降水的部分，相當(dāng)無(wú)直接大氣降水時(shí)施工抽水的延續(xù)，施工期間的連續(xù)抽水對(duì)周邊地表的影響其實(shí)已經(jīng)發(fā)生，故判斷日后的繼續(xù)抽水在此基礎(chǔ)上應(yīng)不會(huì)有太大的增加。

273.4技術(shù)可行性研究結(jié)論

由上述地質(zhì)分析、有限元理論分析的結(jié)果可知，本工程地下室進(jìn)行滲流減壓設(shè)計(jì)的前提條件可以成立，在技術(shù)上是可行的，可通過(guò)施工期期間的觀察進(jìn)一步印證其可行性，同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的滲漏薄弱部位可以及時(shí)修補(bǔ)完善，確保止水措施有效到位。

284、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

滲流減壓方案取消了地下室底板、抗拔樁、100mm厚的底板素混凝土墊層及底板柔性防水層，但增加了碎石疏水層、疏水盲溝、200mm的素混凝土墊層和鋼筋混凝土地梁，并增加了日常抽水的電量消耗。4.1技術(shù)效益

由于取消了地下室底板、抗拔樁及底板柔性防水層等施工難度相對(duì)較大、工藝相對(duì)復(fù)雜的工程項(xiàng)目，相比增加的碎石疏水層和少量的地梁，施工工期應(yīng)會(huì)有明顯的縮短，且在室內(nèi)施工不受影響前提下，理論上疏水層及混凝土墊層可以安排在完工前的任意時(shí)間施工。

294.2經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)初步估算，取消的地下室底板混凝土量約為12650立方，取消約1967根平均樁長(zhǎng)20米的抗拔樁，按底板鋼筋混凝土綜合造價(jià)(34000平方米）800元/m3，含引孔抗拔樁的綜合造價(jià)260元/m，則約可減少造價(jià)2720萬(wàn)，此處尚未包含取消的柔性防水造價(jià)。

增加的疏水層碎石、盲溝碎石、盲溝磚模、素混凝土墊層、鋼筋混凝土地梁等按以往工程經(jīng)驗(yàn)估算120元/m2，則增加的費(fèi)用約為408萬(wàn)；在設(shè)計(jì)使用年限50年內(nèi)的水泵電費(fèi)約為30萬(wàn)元?；又苓呏顾∧坏馁M(fèi)用估算約為400萬(wàn)。故知，總共約可節(jié)省1882萬(wàn)元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

305、相關(guān)的技術(shù)要求5.1保證設(shè)計(jì)效果的施工要求

滲流減壓設(shè)計(jì)成立的前提是每天補(bǔ)充的水量必須是有限和可控的，因此限制地下水的補(bǔ)給成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。常規(guī)的項(xiàng)目，當(dāng)?shù)叵率沂┕ね瓿蛇M(jìn)行基坑回填時(shí)，往往不重視基坑的回填質(zhì)量，填料取材隨意且基本不經(jīng)夯實(shí)或壓實(shí)處理，故地下室周邊一圈的回填土是松散和具有較高透水性的。對(duì)于設(shè)置滲流減壓系統(tǒng)的地下室這將會(huì)造成非常不利的影響，地下水特別是大氣降水將會(huì)沿著該條疏松的水通道直接灌入地下室中，將大幅增加地下室的補(bǔ)水量，可能導(dǎo)致抽水量失控。所以，為有效控制地下室的補(bǔ)水量，保證滲流減壓系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，對(duì)地下室的施工有如下要求：1、嚴(yán)格控制基坑回填的材料包括地表的新填土，嚴(yán)禁采用疏水性好的建筑垃圾、碎石、砂等粗顆粒材料，應(yīng)采用隔水性好的粘性土。2、嚴(yán)格做好回填土的分層夯實(shí)工序，確保回填土成為密實(shí)的隔水整體。

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另外，地下室取消底板后，整體鋪設(shè)的500mm的碎石疏水層，為避免正常使用時(shí)出現(xiàn)不均勻沉降，需要切實(shí)做好碎石疏水層的夯實(shí)或壓實(shí)工作。5.2周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)要求

在使用期對(duì)土層