地下构筑物盲沟排水抗浮系统的研究及应用

武丹丹

（贵州正业水利水电勘测设计有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 地下构筑物盲沟排水抗浮系统的提出

由于城市建设迅猛发展，地下车库、水池、商场、储液罐等地下构筑物日益增多，地下构筑物的抗浮问题显得尤为突出，现有的抗浮设计有“主动”型抗浮及“被动”型抗浮。“被动”型采用配重法及抗浮锚杆、抗浮桩等形式，配重法采用上部覆土或增厚底板，受到了空间的限制，抗浮效果不显著，抗浮桩在施工和使用过程中受环境和施工条件影响较大，抗浮锚杆施工难度大，且锚杆耐久性难以保证[1-3]，此外，被动抵抗水浮力容易受环境影响而引起失效。

传统“主动”型抗浮方法主要采用盲沟排水抗浮设计，形式多为塑料管穿孔外包土工布加级配碎石回填[4-5]，但由于塑料管抗压强度较小，长期使用过程中容易受上部荷载影响而产生变形，从而导致过水断面缩小乃至整个排水系统失效。本文提出一种盲沟排水抗浮绿色环保系统，此系统着眼于“主动”，且力求避免对建筑及环境的不利影响，其具有构造简单，施工安全、可靠，可操控性强，经济效益显著等优点，充分体现了绿色建筑的特点，具有很好的推广使用价值。

2 地下构筑物盲沟排水抗浮系统的设计

2.1 系统工艺原理

地下构筑物浮力的大小与地下水位有关，当地下水水浮力达到一定数值时，可能引起构筑物整体上浮或者构筑物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，有效降低构筑物抗浮水位是抗浮设计最为有效的方法。盲沟排水抗浮系统是利用地下水的静止水压力主动降低构筑物抗浮水位，从而释放部分(或全部)水浮力。

盲沟排水抗浮系统分为自流式排水抗浮系统和集中抽排式排水抗浮系统两种方法，前者为完全依靠地下水静止水压力主动排水，后者为依靠地下水静止水压力集水与机械排水方式相结合。自流式排水抗浮系统适用于场地高差较大的坡地构筑物，集中抽排式排水抗浮系统适用于建筑场地比较平整的地下构筑物。

图1 为盲沟排水抗浮系统横向剖面示意图，系统设计采用土工布包裹大粒径碎石的形式，是传统盲沟排水系统的一个创新，大粒径碎石抗压强度高，有效的解决了传统塑料管穿孔工艺复杂及抗压强度小的问题，而且碎石空隙率比较大，保证了地下水渗流畅通。整个系统构造简单，施工方便，造价低廉。图上②处所指位置为土工布搭接处，搭接宽度应不小于0.3m。

图1 盲沟排水抗浮系统横向剖面Fig.1 Transverse section of blind ditch drainage system on anti-floating

图2 为盲沟排水抗浮系统纵向剖面示意图，粗砂反滤层的作用为过滤地下水中的泥沙，阻止泥沙进入盲沟和淤堵土工布，防止碎石戳破土工布；土工布反滤层的作用为过滤地下水中的泥砂，阻止泥砂进入盲沟内，保证盲沟内地下水渗流通道畅通；碎石排水层采用级配不良的大粒径碎石，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；水位检查口可设置在集水井前，方便观察地下水位的变化，显著提高盲沟排水的安全度，并可查看出水口处土工布的淤堵情况，便于土工布的更换。

图2 盲沟排水抗浮系统纵向剖面Fig.2 Longitudinal section of blind ditch drainage system on anti-Floating

2.2 外接泵水系统

自流式排水抗浮系统的动力为静止水压力，地下构筑物周围的地下水通过盲沟的反滤层渗流、汇集至沟内，在静止水压力作用下水沿盲沟排到地下集水井内，集水井与市政雨水管道连通，将集水井内水直接排走。

集中抽排式排水抗浮系统以机械(水泵)提升动力，在地下集水井内设置水泵，将集水井内水排出。图3 为集中抽排式系统自动水位控制装置，当水位达到预设限值时，排水泵启动排出井内的水，直至水位回落至安全值时停止排水，动态的掌握地下水位及结构承受的浮力，最大程度减小对构筑物及环境的不利影响。

图3 集中抽排式系统自动水位控制装置Fig.3 Automatic water level control device of centralized pumping systems

每组泵的吸水管不应少于2 根，以防吸水管被堵塞而引起泵水失效。在寒冷地区，应采取防冻措施[6]。

2.3 盲沟布置方案

盲沟的布置方案多种多样，根据构筑物的面积大小，场地的自然水位高低，地区的平均降水量，土壤的排水能力来综合确定。

如图4 所示的三种布置方式，第一种布置方式由一条主盲沟和多条单向支盲沟组成带状结构，适用于构筑物面积不大，场地排水要求不高的情况。带状结构的盲沟可埋设在构筑物底部，也可埋设在构筑物四周，形成矩形构造；第二种布置方式由一条主盲沟和多条双向支盲沟组成带状结构，适用于构筑物面积稍大，场地排水要求一般的情况。根据实际场地的需要，也可设多条主盲沟，在主盲沟的两端加设集水井，形成格栅状构造；第三种布置方式不区分主盲沟和支盲沟，由多条盲沟交错形成网状结构，适用于构筑物面积大，场地排水要求高的情况。根据实际场地的需要，盲沟可设计成垂直相交，也可设计成斜向相交，为了提高排水能力，可在盲沟外围增设集水井。

图4 三种盲沟布置方式Fig.4 Three kinds of blind ditch arrangement

3 系统施工工艺流程及土工布的铺设

3.1 施工工艺流程

现场测量放线→沟槽开挖→沟槽验收→槽底铺放粗砂→安放土工布→回填碎石（大粒径）→隐蔽验收→土工布翻盖包裹碎石→铺放粗砂至槽顶→验收→土方回填

3.2 土工布反滤层的铺设

采用土工织物作反滤层时，应先在底部及两侧沟壁铺好就位，并预留顶部覆盖所需的土工织物，所有纵向或横向的搭接缝应交替错开，搭接宽度不应小于0.3m；土工布应与土层表面紧密贴合，这点尤其重要，土层表面应尽量平整，对于有凹凸不平的地方需用砂料找平。如果由于某些原因导致两者脱离或有脱离的趋势，那么渗水就会在两者之间的空隙停留，所带土粒会在该空隙内积聚，并侵蚀土层表面，或在土工布表面形成“土饼”，使土工布透水能力降低甚至丧失，这样，滤层距失效甚至破坏了；碎石铺至沟顶即可覆盖土工布，将预留置的土工布沿碎石表面水平覆盖搭接，搭接宽度不应小于0.3m。

另外，土工布的连接也可采用缝合法，缝合宽度不应小于0.1m，结合处的抗拉强度应达到土工布的60%以上，在整个铺设过程中必须保证土工布不受损坏，必须谨慎快速对铺好的土工布进行及时覆盖，对于已破损的土工布应视情况及时修补，更换。

4 应用实例

某工程总建筑面积约12万m2，满铺地下室占地面积约2万，场地地形为坡地，场地外南高北低，西高东低，南侧为两层地下室，地下二层为全埋式人防地下室，北侧为一层地下室。地勘提供的抗浮设计水位为室外地面以下2m，抗浮设计水位取绝对标高46.00m，在此项工程即将竣工之时，由于连降暴雨，造成地下室部分顶、底板上浮，裙房地下室结构柱产生环向裂隙，地下室外墙产生受力裂缝。

本项目若采用常规抗浮设计，根据设计经验，在混凝土用量不变的情况下，普通地下室抗浮设计水位每增高1m，对应钢筋用量每m2将增加40～50kg【7】，经初步估算：原地下室底板需从400mm加高到500mm，侧壁需从350mm加厚到450mm，且需增加一层钢筋网片，按面积折算每m2增加钢筋约90kg左右，混凝土厚度折合单位地下室建筑面积约120mm厚，将增加混凝土量2400m3，钢筋1800t，初步计算直接费用约1200万左右，而且施工周期长，难度大，将会滞延竣工时间约3个月。

若采用新型盲沟排水抗浮绿色系统，综合土体开挖费用及砂石、土工布费用，初步计算约150万，其直接处理费是常规方法的1/8，最大程度的降低了工程项目的处理费，且只要施工顺序协调妥当，完全不影响施工进度。

综合对比分析，对于地下构筑物，在适当条件下，可采用盲沟排水抗浮系统来避免地下部分浸泡在地下水中，这种做法不仅具有明显的经济优势，而且能防止地下结构渗漏、地下结构钢筋锈蚀，提高地下结构的耐久性。

5 结语

与传统地下构筑物抗浮方法相比，新型盲沟排水抗浮系统具有以下特点：

1）可主动解决地下构筑物在施工过程和正常使用中不同工况下的抗浮要求；

2）可有效降低地下构筑物抗浮水位，明显降低构筑物建造成本，充分体现绿色建筑的特点；

3）与传统盲沟排水系统相比，工序简单，施工方便，可靠性强，成本低，能有效保证过水断面的大小；

4）适应性强，适用于不同深度，不同类型地下构筑物，有广泛的应用前景。

地下构筑物盲沟排水抗浮系统可适用于不同深度、不同类型地下构筑物的抗浮设计，比如建筑地下室、地铁车站、下沉式广场、高层建筑裙房等，尤其适用于不便使用增加结构自重及桩锚抗浮的情况。