疏水减压法在大型地下结构抗浮设计中的应用.pdf
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1、福建材技术应用2023年疏水减压法在大型地下结构抗浮设计中的应用詹滨(中国城市建设研究院有限公司福建分院,福建福州3 5 0 0 2 5)摘要以某大型地下结构为背景,通过3 种抗浮设计方案对比,确定了选用疏水减压法设计,并从多方面详细阐述了地下室疏水减压抗浮设计方法。实践证明,该抗浮设计方法能够节约工程造价和缩短工期,工程跋工投入使用相关监测数据显示,未发现明显的基础沉降和地面裂缝现象,取得良好应用效果。关键词疏水减压;大型地下结构;抗浮设计;疏水水量0引言随着城市经济高速发展,土地资源紧张的状况不断加剧,开发和利用地下空间成为解决城市可持续发展瓶颈问题的良好选择,因此,各个城市不断涌现出大型
2、商场等地下结构。而大型商场普遍具有自重较轻且地下水浮力较大的特点,大型地下结构的抗浮问题成为摆在设计师面前一大的难题。一般情况下,地下水位取值为该地区历史最高水位或设计地面高程,地下水位正常情况下长期处于稳定区间,很少出现历史最高水位,如果按照历史最高水位进行取值显得有点保守,但是也不排除出现极端天气,如长时间持续暴雨或泄洪等事件,导致地下水位骤升的情况,尤其是在地下水丰富和地质情况复杂的大型地下结构,由于抗浮设计方案不合理导致地下室上浮事故屡见新闻报道。因此,设计师必须高度重视,确定合理的大型地下结构的抗浮设计方案,要求方案不仅能够顺利解决复杂地质和水文情况带来的浮力大问题,还能取得较好的经
3、济效益。1工程概况某项目位于福州市仓山区吴山片区,总建筑面积为2 7 4 4 3 8 8 m,主要由2 4 栋建筑物组成,其中商务公寓为地上1 5 2 2 层,共有1 0 栋;商业楼为地上5 层,共有1 3栋;酒店为地上1 4 层,共有1 栋。拟建项目北侧为义序路,南侧为南三环路,西侧为齐安路,东北侧为果园、农作者简介:詹滨(1 97 9一),男,研究生,硕士,工程师,从事建筑结构设计工作。88田和2 3 层的工业厂房,东南侧为天水村。地下室为3层,地下1 2 层使用功能为商场,地下3 层使用功能为设备用房和车库,地下室建筑面积为1 2 0 7 5 0 5 m。2地地质与水文情况2.1地质情况
4、施工场地整体地势平坦,属于河谷阶地地貌,地质情况叙述如下:杂填土,均匀性差,主要成分为黏性土和砂,局部混有块石,呈松散 稍密状态,层厚0.601.40m;粉质黏土,局部混有细砂,属于中等压缩性土,以黏粉粒为主,呈可塑硬塑状态,层厚0.501.80m;含泥中细砂,主要成分为石英砂,混有黏粉粒,黏粉粒含量约为1 3%,呈松散 稍密状态,属于可液化土层,层厚5.8 0 1 1.2 0 m;淤泥夹薄层粉细砂,主要成分为黏粉粒,力学强度低,呈流塑状态,属于高压缩性土,层厚1 6.3 0 2 5.8 0 m;细砂,主要成分为石英砂,呈松散状态,属于可液化土层,层厚为3.506.10m;粉质黏土,局部混有细
5、砂,呈软塑 硬塑状态,细砂含量约为8%,属于中等压缩性土,层厚4.507.20m;淤泥质土,主要成分为黏粉粒,呈流塑状态,压缩性高,层厚3.1 0 4.6 0 m;圆砾,混有黏性土和粗砾砂,圆砾含量7 8%90%,粒径为8 2 3 mm,呈中密状态,层厚4.3 0 6.2 0 m;残积砂质黏性土,主要成分为高岭土,风化较为厉害,手捏即碎,层厚1.803.50m;全风化花岗岩,低压缩性,风化强烈,力学强度较高,层厚3.8 0 6.2 0 m;砂土状强风化花岗岩,力学强度高,低压缩性,岩芯呈砂土状,层厚4.207.40m;碎块状强风化花岗岩,风化程度不均匀,低压缩性,碎裂状构造,层厚8.6 0 1
6、 0.5 0 m;中风福建材技术应用第7 期(总第2 6 7 期)化花岗岩,不可压缩性,岩质坚硬,中细粒花岗结构,层厚3.1 0 7.4 0 m。2.2水文情况施工场地西北、东南和西南处各有1 个池塘,面积为2 0 0 0 5 0 0 0 m,水深为1 2 m。距场地南侧1 0 0 1 5 0 m有条马洲河,河面宽度为3 5 7 6 m。查阅相关资料可知,马洲河近5 年的水位高程最大值为5.8 m,场地内灌溉水渠较多,地表水较为发育。据不完全统计,该地区雨季为5 一6 月,月最大降雨量6 1 3.1 mm,月最高降雨日为1 8 d。该工程的上层滞水主要埋藏于杂填土和粉质黏土等土层中,孔隙承压水
7、则赋存于含泥中细砂、细砂和圆砾等土层中,风化裂隙水则埋藏于花岗岩各种裂隙中。勘察期间,场地内地下水埋深为0.7 0 2.8 0 m,对应的高程为2.8 9 5.2 5 m,地下水具有微腐蚀性。马州河水位高程最大量测值为3.5 m,场地内市政道路路面高程实测值为7.0 7.2 m,盖山路(场地南侧)路面高程实测值为6.7 m,地坪高程设计值为7.35m,因此该工程抗浮水位高程设计值为6.0 0 m。3#抗浮设计方案确定3.1压重法压重法就是以建筑物自重来抵御地下水的浮力,在底板上增加覆土厚度或加大回填层自重,从而加大结构自重;将混凝土变成重度混凝土,利用材料特性来增加自重;将底板外挑,使得底板上
8、的覆盖土体重量较大;增加底板厚度、剪力墙或砖墙墙体厚度、上部结构规格尺寸或增设屋顶等方式来增加结构自重。压重法抗浮设计相对简单,只要压重大于浮力即可,受地质情况影响较小,主要适用于抗浮要求不高的项目。该工程为大型地下结构,地下室为3 层,面积较大,地下水浮力与结构自重相差较大,采用压重法将造成工程造价极高,经济性较差,另外,对使用功能有所影响,因此不采纳压重法。3.2锚固抗浮法锚固抗浮法主要采用抗浮桩和抗浮锚杆进行被动式抗浮,抗浮桩主要是靠桩周摩阻力和桩身自重为建筑结构提供抗拔力,常见桩型有灌注桩和PHC管桩。为了提高抗拔力,通常要求灌注桩嵌人岩体一定长度。灌注桩工程造价相对较高,施工周期较长
9、。PHC管桩对地质条件要求较高,虽然施工速度快,但是造价依然很高。抗浮锚杆主要以其与岩层的摩阻力为基础提供抗拔力,施工工艺简单,但是注浆体在浮力较大情况下容易出现断裂现象。该工程地下水具有微腐蚀性,锚杆可能会受到一定腐蚀,抗腐蚀措施一般而言造价较高,因此不采纳锚固抗浮法。3.3疏水减压法疏水减压法充分利用土层透水率较低的特性,在地下室底板下采用砂、石和土工织物等材料设置透水层,从而将地下水通过透水层中的滤水管以自然溢流形式,经布置好的集水管网系统排入集水井中,并在集水井中设置抽水泵和溢流管,一旦水位触及到临界值,则自动将地下水抽到地面的消防水池或市政管网,从而使得地下水水位高程低于临界值,属于
10、主动抗浮法 2 。通过疏水措施保证地下水水位高程得到合理控制,从而减小或消除地下水对基础底板的浮力,以期达到抗浮的目标。出于技术先进、施工简便、经济合理和安全可靠等因素考量,根据该工程基坑深度、基底的低渗透性土层、水文条件和周边环境等情况,最终确定该工程抗浮设计方案为疏水减压法。4地下室疏水减压抗浮设计方法4.1设计原则疏水减压抗浮设计原则为:保证地下室底板不因浮力过大而导致受弯开裂破坏;基底土层的渗透性能满足疏水减压法的适用条件,且抗浮设计方案符合地下室抗浮稳定性要求;地下水水位高程变化不得引起较大的地基沉降,不得对周边建筑或地下管线造成较大影响,不得出现安全事故。4.2疏水减压法适用条件鉴
11、于疏水减压法对地质条件要求比较严格,其适用条件如下 3 :基底土层的渗流水量q0.03m(m d);基础承载力符合设计要求;基坑采用放坡开挖法,要求处于地下室底板上下2 m范围内的岩土层渗透系数k10-cm/s,并要求对岩土层的水平与垂直渗透系数的影响进行评估,地下室土方回填时,要求基坑最下方2m位置须回填渗透系数k10cm/s的土料;采用挡土排桩基坑支护方式,要求处于地下室底板上下2 m范围内的岩土层渗透系数k10cm/s;采用止水惟幕和挡土排桩结合支护方式或地连墙支护方式,要求地下室底板至挡土结构底部处的岩土层渗透系数k10-4cm/s且土层厚度 2.0 m,假如岩土层渗透系89福建材技术
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