盲沟排水在地下室抗浮设计中的应用*

郭春艳， 黄永存， 于 峰

(吉林省建苑设计集团有限公司，长春 130000)

1 传统抗浮技术措施

地下室结构一般形成封闭的箱体，由于地下水的存在，在水压力作用下会受到向上的水浮力作用。在地下室抗浮设计中一般需要进行整体抗浮设计和局部结构构件抗浮设计。在地下室结构设计中，抗浮设计是不可忽视的内容，有时抗浮设计会成为地下室结构设计的控制因素，针对不同的抗浮水位应采用不同的结构方案。目前，在地下室结构抗浮设计中，采用的设计方法和措施主要有以下几种。

1.1 抗浮锚杆法

抗浮锚杆因具有造价低廉、施工方便、受力合理等优点而被广泛使用。但抗浮锚杆的设计、施工和检查还没有专业规范，使抗浮锚杆的应用受到限制。抗浮锚杆分预应力锚杆和非预应力锚杆，普通锚杆只有结构底板发生一定位移后才开始发挥作用，适用于水浮力不大且对位移要求不高的地下室，当水浮力较大且对位移及渗漏要求较高的地下室应采用预应力锚杆。锚杆截面较小，孔径一般不大于200mm，锚杆长度却较大，一般在3～10m甚至更长。由于锚杆自身截面和长度的特点及施工工艺的影响，锚杆主筋周围混凝土(或水泥浆料)厚度不均匀，影响锚杆的强度及其耐久性。由于对锚杆的检查手段还不完备，抗浮锚杆存在一些不确定因素。目前，在基岩覆土厚度较大的地区，抗浮锚杆应用较少。

1.2 抗拔桩法

抗拔桩法是利用桩的抗拔承载力抵抗地下室水浮力的抗浮设计方法。抗拔桩利用桩侧阻力起抗拔作用，其抗拔能力与桩型、桩径、桩长及周围地质条件有关，抗拔桩的抗拔承载力应通过现场抗拔静载荷试验确定。在公共与民用建筑中常用的桩有：静压预应力混凝土管桩基础、螺旋钻孔灌注桩基础、预制方桩基础，人工挖孔桩基础、螺杆桩基础(挤土钻孔桩)等。静压预应力混凝土管桩基础使用范围比较广泛，但由于其桩外壁比较光滑，作为抗拔桩时其塑性差；当桩长较长时，接桩部位焊接质量及耐久性不易达到要求；桩与承台之间的连接强度较低，可靠性差。尤其是灌芯混凝土与管桩之间的连接，由于桩身内壁、灌芯混凝土强度及施工因素的影响，不同桩的连接强度是不同的，有时差别较大，连接强度不稳定，连接不可靠。人工挖孔桩直径较大，抗拔承载力相对较高，但人工挖孔桩为非挤土桩，抗拔能力较挤土桩相差较大，而且由于人工挖孔桩施工难度较大，其应用逐渐减少。螺旋钻孔灌注桩抗拔能力较好，对于抗拔要求不高的工程应用较多。螺杆桩是一种新桩型，应用不是很多，但其抗拔承载力及抗压承载力较为突出，在地下室抗浮水位较高的工程中应用，可体现其优越性。

1.3 增加结构自重(或配重)法

地下室结构抗浮能力不足一般是由于结构自身的重量小于地下水对地下室结构的水浮力造成的。最直接的方法就是增加结构自身重量或者是在结构上部布置配重。其方法有很多，如增加地下室底板(或顶板)厚度；加大地下室底板挑出长度(对水平面积较大的地下室，效果不明显)；减小地下室层高，从而降低地下室抗浮水位(或增加地下室顶板覆土厚度)；采用高容重混凝土(铁屑混凝土等重材料)；在地下室底板上增加负重(间接加大底板厚度)等。在增加结构自重的抗浮设计方法中，减小地下室层高是最直接、最有效的设计方法，而且性价比较高。

这些抗浮设计方法主要是以增加结构构件的承载力或者增大结构自身的重量来被动抵抗地下水对地下室结构的水浮力，一般设计难度较大，工程造价较高。

2 盲沟排水抗浮措施

地下室水浮力是由地下水对建筑物产生的浮力。当地下水位高出建筑物底部时，由于水压力作用，会对建筑物底部、侧面产生水压力，地下水对建筑物底部产生的向上的水压力称为地下室水浮力。地下室水浮力的大小与地下水位(抗浮水位)有关。当地下水水浮力达到一定数值时，可能引起建筑物整体上浮或者建筑物地下室局部结构构件的破坏，而且一旦发生破坏，修复比较困难。所以，有效降低地下室抗浮水位是地下室抗浮设计最为有效的方法。盲沟排水是利用地下水的静止水压力主动降低地下室抗浮水位，从而释放部分(或全部)地下室水浮力。

盲沟排水分方式为完全依靠地下水静止水压力主动排水方式和依靠地下水静止水压力集水与机械排水方式相结合的主动为主、被动为辅的排水方式两种排水方式。完全主动排水方式适用于场地高差较大，地下室某一方向为露出地面的建筑(局部敞口地下室)；主动与被动相结合的排水方式适用于建筑场地比较平整的全地下室建筑。

2.1 盲沟排水构造做法

1)盲沟的具体做法(见图1、2、3)

(1)素土夯实。

(2)砌筑毛石墙(或钢筋混凝土墙)：地下检修通道的支持结构。

(3)中砂反滤层：反滤层是滤水层、渗水层的总称。中砂反滤层为第一道反滤层，其主要作用是滤水层，起到过滤地下水中的泥沙，阻止泥沙进入盲沟内，保证盲沟内地下水渗流通道畅通。

(4)卵石反滤层:第二道反滤层，其主要作用是渗水层，其空隙率比较大，使盲沟内地下水渗流阻力小，渗流畅通，速度快。

(5)水泥/砂/碎石层：盲沟底部的隔水层，阻隔盲沟底部地下水及其泥砂进入盲沟内，保证盲沟内地下水渗流畅通。

(6)碎石夯实层：盲沟的基层，在盲沟底部形成一个相对坚实地基持力层，防止盲沟不均匀沉降。

(7)塑料盲沟管：塑料盲沟管是空隙率高，耐久性能好的材料，在盲沟内形成一个连通的地下室径流管道。渗流入盲沟内的地下水通过盲沟管流入集水井内。

(8)砌筑毛石墙预留洞口：砌筑毛石墙预留洞口内填充卵石，是地下水在检修通道内外间的渗流通道。

图1 盲沟排水纵向剖面示意图

图2 排水管廊剖面图：(a-a)

图3 排水盲沟剖面图：(b-b)

(9)预留检查井：由此可进入检修通道内，可随时观察地下水位的变化，直观、简单、可靠，显著提高盲沟排水的安全度。

(10)检修通道顶盖板。

2)盲沟平面布置如图4、5示意图所示，分为全地下室和局部敞口地下室两种布置方式。盲沟的标高按具体工程的水位标高确定。盲沟布置时，应有必要的排水坡度，以满足排水要求。盲沟也可与被动抗浮措施结合设计。

2.2 盲沟排水的工作原理

图4 全地下室盲沟平面布置示意图

图5 局部敞口地下室盲沟平面布置示意图

盲沟排水的动力为静止水压力和机械 (水泵)提升动力。地下室周围的地下水通过盲沟的反滤层渗流、汇集至盲沟管内，在静止水压力作用下水沿盲沟管排到地下集水井(坑)内。地下集水井(坑)可与市政雨水管道连通，将集水井(坑)内水直接排走，也可以在地下集水井(坑)内设置水泵，将集水井(坑)内水排出。具体做法根据具体工程的降水深度和市政管网的实际情况进行选择。

2.3 盲沟排水的优点

1)依靠地下水的静止水压力，集水、排水，安全可靠、环保节能。

2)采用的塑料盲沟管，技术先进，耐久性超过建筑使用寿命。

3)盲沟排水有效降低建筑物地下室抗浮水位，明显降低建筑物建造成本，充分体现绿色建筑的特点。

4)盲沟排水措施，构造简单，施工方便，可操作性强。设有检查井，可随时观察地下水位，为控制地下水位提供可靠依据，有效提高建筑物的安全性。

5)盲沟排水措施适应性强，适用于不同深度，不同类型的地下建筑工程，有广泛的应用前景。

2.4 盲沟排水的先进性和实用性

盲沟排水抗浮措施具有显著的先进性和实用性。作为高新技术企业的一项主要研发项目，盲沟排水抗浮措施已申报并被授予国家实用新型专利，实用新型名称为《降低建筑物地下室水浮力的排水装置》，专利号为ZL 2012 2 0187599.0。

3 结语

随着建筑技术不断发展，地下建筑已成为许多建筑中不可缺少的部分，而且向大面积、多层地下室的方向发展。地下室抗浮设计关系到结构使用年限内的安全问题，随着自然环境条件(主要指降雨)变化的越发突然和显著，地下室结构设计中的抗浮问题越来越突出，抗浮设计已成为地下室设计中的重要部分。抗浮设计已成为地下室设计的主要研究课题。我们在地下建筑设计中必须对地下水浮力给予充分的重视。盲沟排水抗浮构造措施是一种构造简单，施工方便的抗浮设计方案。盲沟排水抗浮构造做法已在一些建筑设计中使用，排水效果良好。盲沟排水抗浮构造措施安全、可靠，可操控性强。在绿色建筑不断发展的今天，作为一种节能环保的建筑构造措施，将成为地下室抗浮设计中不可缺少的一部分。

[1]刘光明.地下室抗浮设计措施[J].山西建筑，2010，36(25):96-97.

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