1、1 广州瀚华建筑设计有限公司 2014.10地下室释放水浮力法排水减压设计 现行相关规范规定，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。地下水控制可采用明沟排水的方法，将渗流出基坑底的地下水通过疏水层、盲沟及集水井收集排走，从而消除地下室底部的水压，取消抗浮构件及降低底板的受力，称为“排水减压”设计。2一、排水减压设计原理一、排水减压设计原理3基坑开挖后一般需要采取止水或降水措施以维持坑内干爽的施工环境。当基坑底部附近下部和外围的土体具有较小的渗透系数或止水帷幕可以有效地隔断中强透水层时，地下水的渗流将会十分缓慢，日常的补水量较少，表现在施工现场为降水负荷很低，基本2、不需抽水或短时间抽水则可较长时间维持地下水不溢出基坑底部。在上述条件下，通过排水减压设计以代替常规的地下室底板和抗浮桩锚设计将成为可能。排水减压的方法为：在地下室底部设置永久的疏排降水系统，利用全范围面状分布的疏水层收集渗水，汇至线网状分布的排水盲沟，再将盲沟内的水集中至点状均匀分布的若干集水井内，集水井内设抽水泵，当井内水位上涨至一定高度时，水泵则启动将其及时抽走。4图2-1 排水减压疏排水布置图l国家和行业标准(1)高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010第12.2.2条规定“高层建筑地下室设计，应综合考虑上部荷载、岩土侧压力及地下水的不利作用影响。地下室应满足整体抗浮要求，可采取排3、水排水、加配重或设置抗拔锚桩（杆）等措施。”5二、设计依据二、设计依据（2）全国民用建筑工程设计技术措施结构（地基与基础）该措施为建设部组织中国建筑标准设计研究院等单位编制，其中第1.0.4条说明了该措施与现行规范的关系“本措施是在总结工程经验基础上对国家或行业现行的有关法规、标准、规范及规程的细化、延伸和补充，提供了计算方法、参数、措施及技术要求供设计人员使用。”故其对高规第12.2.2条中“可采取排水、加配重”的抗浮措施在7.4节“其他抗浮措施”进行了详细的补充和延伸细化。列举如下：6在第7章“基础抗浮设计”的第7.4节“其他抗浮措施”中，第7.4.2条“释放水浮力法释放水浮力法”规定“释4、放水浮力法是在基底下方设置静水压力释放层，使基底下的压力水通过释放层中的透水系统（过滤层，导水层）汇集到集水系统（滤水管网络），并导流至出水系统后进入专用水箱或集水井中排走，从而释放部分水压力。”具体规定如下：1 适用范围 1）基底位于不（弱）透水（渗透系数k10-5cm/s）且土质较坚硬的土层，图7.4.2-1（a）；2）基底位于透水层，但距基底不太深处有一层不（弱）透水土层的情况，一般采用永久止水帷幕从室外地面一直向下延伸到相对隔水层中，使外围的地下水很难渗入到地下室底板周围，图7.4.2-1（b）。78 2 释放水浮力法基本措施如下：1）在地下室底板以下设置透水系统，其功能在于过滤土壤颗5、粒使压力水顺利导进集水系统。透水系统可由水平铺设的土工布过滤层、聚乙烯网格导水层组成，也可采用一层满铺的高质量砂砾石层；2）必要时，可在透水层上方设置聚乙烯保护膜，防止浇灌底板混凝土时，流入透水系统；3）在透水系统中的过滤层与导水层之间设置集水系统，其功能为收集渗入静水压力释放层中的水并导至出水系统。集水系统可由开孔后包扎土工布的多孔聚乙烯管组成的水平集水网络组成；4）出水系统为气密式垂直导水构造，功能为将集水系统中的水排出，减少基底水压。经出水系统排出的水可引流至专门的水箱或集水井中用水泵抽出；5）设置基底水压监测系统，实时了解基底水压，当压力达到预警值时报警。9 3 浮力释放层的设计及构造6、示意如下所示：10 4 释放水浮力应保证相关排水设备的稳定性和控制长期运营成本，应在技术可行、安全可靠、资源节约的前提下选用。11（3）地下工程防水技术规范 GB50108-2008第6章整章为“地下工程排水排水”，其中第6.1.2条规定“有自流排水条件的地下工程，应采用自流排水法。无自流排水条件且防水要求较高的地下工程，可采用渗排水、盲沟排水、盲管排水、塑料排水板排水或机械抽水等排水方法。但应防止由于排水造成水土流失危及地面建筑物及但应防止由于排水造成水土流失危及地面建筑物及农田水利设施。农田水利设施。通向江、河、湖、海的排水口高程，低于洪(潮)水位时，应采取防倒灌措施。”，从各款规范条文可7、知，目前隧道工程采用排水设计较为普遍，民用建筑地下工程应可参考其原理依照全国技术措施的相关规定进行排水设计。12l地方标准广东省标准建筑地基基础设计规范DBJ15-31-2003 第5.3.1条规定“地下水控制可采用水位控制地下水控制可采用水位控制和对地下水不良地质作用的防治”，第5.3.2条规定“地下水水位地下水水位控制可采用排水、降水、止水、回灌等方法控制可采用排水、降水、止水、回灌等方法。并可根据工程特点，按地下水水位控制的目的要求进行选择。”，并规定降水时应采取措施，“避免对周边环境造成不避免对周边环境造成不良影响良影响”。1314上海市建筑产品推荐性应用标准CMC静水压力释放层技术规8、程 DBJ/CT077-2010第2.1.1条对CMC静水压力释放层技术静水压力释放层技术的定义：一种用于基础底部消除过大地下水浮力造成结构危害的处理方法。该技术是在基底下方设置静水压力释放层，使基底下的压力水通过静水压力释放层中的透水系统，汇集到集水系统，经由集水系统自然溢流进入出水系统，通过出水系统将渗流水导至专用水箱或集水井中排出，使静水压力及时得到控制的工艺方法。15第4.1条规定CMC静水压力释放层技术适用条件：1、基础位于全部为粘土或粉土的沉积土层时，设计选用必须符合以下规定：（1）围护结构为止水帷幕设计时，止水帷幕设计应符合基坑工程技术规程（DG/TJ08-61）及相关规定，基础9、下方必须有厚度大于2.0m且渗透系数k 小于等于10-5 cm/s的土层。（2）围护结构非止水帷幕设计时，地表至基础下方2m必须全部为渗透系数k 小于等于10-5 cm/s的土层。（3）渗流水量Q必须小于等于0.03 m3/m2/d（认为对周边水文环境影响可以忽略）。（4）非止水帷幕严禁采用拔除式围护结构。2、基础位于砂土与粘土或粉土互层的沉积土层时，设计选用必须符合以下规定：（1）基础的四周围护结构必须设置止水帷幕。（2）基础底部至围护结构底部必须有厚度大于2.0m，渗透系数k 小于等于10-5 cm/s的土层。（3）渗流水量Q必须小于等于0.03 m3/m2/d。16CMC静水压力释放层技10、术系统设计包括以下部件：1 透水系统。2 集水系统。3 出水系统。4 静水压力释放层专用水箱。5 固定渗流压Pw监测系统。图4.2.1-2 板式基础静水压力释放层图1固定渗流压Pw监测系统；2静水压力释放层专用水箱；3基础底板；4素混凝土垫层；5透水系统；6集水系统；7出水系统；8开挖面l在编的相关标准广东省标准广东省标准地下室抗浮设计规范地下室抗浮设计规范，其中第八章排水减压由华南理工大学土木与交通学院的曹洪教授、潘泓教授负责主笔编写，该章节对地下室排水减压的具体设计方法、构造措施和监测要求等均会有详细的规定。17 3.1 工程概述 湛江新坐标商住小区项目工程位于湛江市赤坎区海田路东侧湛江尧11、丰包装印刷有限公司旧址，主要包括21栋32层的高层建筑，设3-4层地下室，地下室总投影面积约9万平米。地下室呈不规则多边形，南面半区为负三层，底板面标高为-2.4m（室外地坪标高为2.57.0m）,北面半区为负四层，底板面标高为-6.9m（室外地坪标高为10.012.0m）。场地位置卫星示意图、建筑总平面图、地下室平面图如下所示：18三、基于三、基于MIDAS的分析方法的分析方法19图1-1 场地位置卫星图示意本案本案20图1-2 建筑总平面21图1-3地下三层建筑平面图22图1-4 地下四层建筑平面图233.2有限元计算分析有限元计算分析 为论证渗流减压设计是否成立，须分析其得以成立的两个前12、提是否可行，一是日常坑内总渗流量是否有限和可控，二是日常降水对地表沉降影响程度是否有限和轻微。本项目采用Midas/GTS有限元软件进行渗流分析，以及考虑应力-渗流耦合的降水影响沉降分析。Midas/GTS为韩国开发的岩土与隧道结构有限元分析软件，它代表了当前岩土工程软件发展的最新技术，在岩土工程界得到了广泛的应用。243.2.1 计算模型、边界条件及施工阶段的模拟l计算模型本项目基坑深度为8.2-19.7米，计算建模时，作为分析对象的土体其平面范围取从基坑外轮廓外扩约5倍基坑深度取80米，深度取坑底下约3倍基坑深度，从坑面最高标高12.0米算起各处统一往下取60米。25计算模型效果图如下：轴13、测图26俯视图27l水头边界 按最不利情形考虑模型水头边界：沿土体上表面、外围侧面及底面的所有节点施加水位为室外地坪的位置水头，相当于连续地下水稳定水位保持在地面，以及土体四周及底部处于江河以内（保持恒定不变的水压）的较不利情形。而坑内由于日常要保持水位在坑底以下，因此坑内的水位为坑底标高。水头边界如图所示。28水头边界293.2.2 3.2.2 分析结果分析结果l渗流分析结果1 正常使用状态日常渗流量坑底流量率分布30坑底流量统计正常使用丰水期日渗水量为297m3（单位面积渗水量0.0033 m3/m2/d，约仅为上海规范限值的1/10，相当于每台水泵每天工作26分钟的抽水量）31 可见日常14、渗水量非常有限，对周围水文环境的影响可以忽略，即使极端情况发生其对环境影响也是满足上海规范要求的。同时疏排水系统设计的抽水及储水能力应付极端的渗水工况是绰绰有余的，不需要再采取额外的应急措施。当极端情形发生，降水后进行止水帷幕的加固修复即可恢复正常使用状态。32l 考虑渗流影响的地表变形考虑渗流影响的地表沉降33位置测点到坑边距离（m）0 8 16 24 32 404550位置一-1.1-14.9-16-14.6-12.4-8.9-5.4-3.6位置二-0.67-13.2-13.3-10.8-7.4-5.6-3.5-2.3位置三-0.21-25.7-15.6-1.67.8 4.8 1.9 1.15、8位置四-6.0-4.6-4.4-4.3-3.4-2.6-1.3-0.3位置五-0.8-17.1-20.2-18.8-10.2-3.2-1.2-0.734上述结果可知，降水引起的最大沉降位于坑边约为8-24mm，平均15mm，随着离开坑边距离的增大沉降迅速减小，距坑边约8米时，平均沉降约15.1mm；距坑边约24米时，平均沉降约10mm；距坑边约32米时，平均沉降约8.35mm；45米以外则沉降减至小于3mm，基本可忽略其影响。而且目前基坑处于施工降水阶段，估计会持续约半年，可以判断期间因降水引起的沉降有较大部分已经完成，后续沉降对周边环境的影响应该是轻微和有限的。353.2.3 3.2.3 16、计算分析结论计算分析结论 以上分析表明，坑底渗水量有限而可控，降水对地表沉降的影响轻微而有限，因此本工程地下室进行排水减压设计是可行的。363.3、技术经济效益分析 排水减压方案取消了抗拔桩、底板柔性防水层，底板厚度由原600-900mm变薄至200-300mm，但增加了碎石疏水层、疏水盲沟和少量钢筋混凝土地梁，并增加了日常抽水的电量消耗。3.3.13.3.1 技术效益技术效益 由于取消了抗拔桩及底板柔性防水层等施工难度相对较大、工艺相对复杂的工程项目，相比增加的碎石疏水层和少量的地梁，施工工期应会有明显的缩短。373.33.3.2.2 经济效益经济效益 表3.3.1 减少的工程量和造价估算减17、少的项目计算面积或根数工程量综合单价(含人工）（元）造价（万元）备注厚底板混凝土（m3）约60000m2469004501809混凝土已扣除承台、基础厚底板钢筋（t）约60000m2439050001881底板配筋包含承台范围厚人防底板混凝土（m3）约11000 m27370450332厚人防底板钢筋（t）约11000 m26945000347柔性防水层（m2）90000m29000030270非人防区抗拔桩（m）8503根2125752104464人防区抗拔桩（m）244根5368210113总价（万元）921638表3.3.2增加的工程量和造价估算增加的项目计算面积、长度或根数工程量综合单18、价(含人工）（元）造价（万元）备注薄底板混凝土（m3）约60000m216200450729薄底板钢筋（t）约60000m27635000381.5薄人防底板混凝土（m3）约11000 m23300450149薄人防底板钢筋（t）约11000 m23115000156疏排水系统（m2）71000m2710009063950年抽水用电（度）3011251.0030.1D-J段止水搅拌桩（m）867m17340120208.1A-D段止水搅拌桩（m）44521360120256.3止水帷幕旋喷桩（m）55209035073.2总价（万元）2622.2节省造价约6594万（1）丽涛花园六期商住楼 119、）工程概况 项目位于广东省茂名市电白县水东镇，总建筑面积约37.4万平方米，由1栋（1#楼）6层住宅、2栋29层（13#14#楼）及11栋31层住宅组成。设3层地下室，地下室底板面标高为-9.00米，地下室占地面积约为2.7万平方米。建筑总平面、地下三层平面图及地下室局部剖面图详见下图。39四、已实施工程案例四、已实施工程案例40建筑总平面图41地下三层建筑平面图42地下室局部剖面示意图43地下室排水减压疏排水系统布置图44碎石疏水层铺设2）现场施工及完成照片45混凝土垫层46土工布分隔47集水井48完成后的地下三层（完工半年，地面保持干爽）493）完工后的抽水情况 地下室疏排水系统完工至今约20、有半年。现地下三层尚有2栋塔楼的位置未完成封顶，即尚未完全隔绝大气降雨从基坑上方直接补水的因素，另还包括部分施工用水，总的抽水情况现场统计结果为:现每天启动6台30m3/小时水泵抽水，每台水泵每天约工作68分钟，即每天的抽水总量约为205立方。现场反映，即使下雨天水量也未见明显增大。该项目渗流分析的日渗水量为178m3/日，若扣除施工用水，现场实际抽水量与分析结果接近或低于计算分析的结果。可见实际抽水情况与分析结果基本吻合。50（2）曹洪教授团队所设计排水减压项目简介曹洪教授简介：华南理工大学土木与交通学院岩土工程研究所所长博士 教授 博士生导师中国力学学会岩土力学专业委员会委员中国岩石力学与21、工程学会理事广东省岩土力学与工程学会副理事长兼秘书长曹教授多年来一直专注于渗流方面的研究，其团队成功设计并实施了多个排水减压项目，部分列举如下：1）20122012年，广州南方电网生产科研综合基地年，广州南方电网生产科研综合基地(南区南区)项目项目 地下室抗浮渗流分析及抗浮方案设计地下室抗浮渗流分析及抗浮方案设计2）2012年，肇庆四会市高新开发区大旺项目抗浮渗流分析年，肇庆四会市高新开发区大旺项目抗浮渗流分析3）2011年，广州大一山庄年，广州大一山庄“白云种鸡地块白云种鸡地块”项目自编项目自编G-3会会所地下室减压抗浮方案及效果论证分析所地下室减压抗浮方案及效果论证分析4 4）2009年，22、广州峻和商住小区工程地下水渗流及地下室抗年，广州峻和商住小区工程地下水渗流及地下室抗浮分析浮分析515）2007年，广州保利世界贸易中心地下水渗流及地下室抗年，广州保利世界贸易中心地下水渗流及地下室抗浮分析浮分析此项目临近江边，强透水层厚，与江水连通等。原方案采用抗拔桩方案，仅抗拔桩造价即为6000多万。本课题组通过渗流分析，提出相应排水减压方案，取消所有的抗拔桩，取得良好经济效益。6）2004年，广东省潮州供水枢纽工程东、西溪厂房基坑排年，广东省潮州供水枢纽工程东、西溪厂房基坑排水减压方案水减压方案7）2004年，新光大桥主桥墩钢板桩围堰设计年，新光大桥主桥墩钢板桩围堰设计52（3）香港同类做法项目介绍香港同类做法项目介绍 地下室排水减压系统在香港的应用已较为成熟和普遍。1）香港某项目（之一）香港某项目（之一）排水减压系统平面图（总）53香港某项目（之一）排水减压系统平面图（放大）54香港某项目（之一）排水减压系统 大样图552）香港某项目（之二）香港某项目（之二）排水减压系统平面图56香港某项目（之二）排水减压系统大样图57 早在90年代建造的上海金茂大厦的底板就采用了类似的释放水浮力法。（4）上海同类做法项目介绍上海同类做法项目介绍58 早在90年代建造的上海金茂大厦的底板就采用了类似的释放水浮力法。（4）上海同类做法项目介绍上海同类做法项目介绍59