武汉地铁集团有限公司 湖北省武汉市 430070
摘要：本文以地铁2号线街道口站中航还建楼项目为例，介绍了其工程地质条件，结合传统抗浮设计和泄水减压抗浮设计对其进行了设计研究，研究发现采用泄水减压法适合基岩裂隙水不发育、地下水含量少的地区，采用新型创新抗浮设计时，大大节约了工程造价和项目工期，对比于传统抗浮的方式方法，具有明显的优势。
关键词：抗浮设计；泄水减压；地下空间
1引言
传统抗浮技术实际上就是一种配重方法，该方法在具体应用中指的是在地下室结构中，通过回填的方式，使结构的整体重量能够得到进一步提升，但是从实际情况下，在地下室施工过程中，对配重法进行应用具有较大局限，无法在不同的施工环境中应用，通常采用抗浮桩设计和抗浮锚杆设计，抗浮桩设计和抗浮锚杆设计在实际运用过程中，往往工期长，造价高，对项目整体影响往往较大。相对于传统抗浮设计泄水减压法是通过与室内外相结合的排水系统，有效地将地下水位降低至目标水位以下，可主动解决建筑物在施工过程中和正常使用过程中不同工况下的抗浮要求，减小水浮力对结构的影响，而且其工期短，造价低，对地下空间的抗浮设计具有很强的实际工程意义。
本文以中航还建楼为研究对象，进行了传统抗浮设计和泄水减压抗浮设计的相关对比性分析研究，结果表明，泄水减压法适合类似中航还建楼这种基岩裂隙水不发育、地下水含量少的项目，这种抗浮方案大幅的缩短基坑施工工期，并且减少施工成本。
2项目概况
地铁2号线街道口站中航还建楼项目位于武汉市武珞路街道口（武珞路与珞狮路的交汇口），北临武珞路，东临珞狮路。该工程内容包括地下三层（局部四层），地上两栋（塔楼35层、高149m，裙楼8层，高36m），地上建筑面积70152平方米，地下室建筑面积26978平方米。为攘括办公、商业、酒店等综合体项目。
中航还建楼项目地貌上属长江三级阶地，场地地层主要由人工杂填土（Qml）、第四系上更新统冲积粉质黏土（Q3al）、冲洪积含碎石粘土（Q3al+pl）等土层及志留系坟头组粉砂质泥岩（S2）等构成。
地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于表层杂填土层中，受大气降水及地表水体渗透补给，其水位、水量随季节变化，在丰水季节及地表水体渗透补给充分时有一定水量，无统一水位。稳定水位埋深为0.50~2.38m，相当于标高25.57~30.88m。基岩裂隙水主要赋存于下部岩石层的风化裂隙中。基岩裂隙水主要赋存于下部岩石层的风化裂隙中，补给源主要由远源大气降水的侧向迳流补给，水量较少，上覆黏性土层为其隔水顶板。
3传统抗浮方法设计
3.1结构配重
地下结构顶板配重一般适合于纯地下部分，通过在结构顶板上覆盖一层人工土层，并按相关要求进行碾压，以增加整个结构重量。采用顶板配重时一般需要增加基础埋深进而增加顶板上覆土层厚度，在地下水位较高时增加埋深又不可避免地使基础浮力增大，提供的重量被新增加的浮力“消耗”。因此这种抗浮措施抗浮能力有限，一般适用于抗浮问题不是很突出的情况下。
地下结构底板配重材料可以用土、砂、石或重度较大的钢渣混凝土等，利用回填料的重量增加结构自重来平衡浮力，但该方法需要增加基础埋深，浮力也会随之增加，因此适用于浮力不大的情况。
采用结构配重抗浮，在施工阶段需要制定严密合理的施工顺序和紧急预防措施，按施工计划实施，避免发生意外险情。
配重法受地质条件、施工环境因素影响相对较小，设计和施工较容易，但总体抗浮能力有限，在地下水浮力不大的情况下，常作为设计首选。
3.2抗浮桩
抗浮桩主要是通过桩侧摩阻力和自身重力来提供承载力，其抗浮能力与抗浮桩的类型、截面尺寸、桩长及场地地质条件密切相关，单桩承受较大的荷载，适用于上浮力较大的情况。在基础埋置较深、水位较高的情况下被广泛使用，成本往往较其他抗浮措施高。
根据成桩的方法不同，抗浮桩分为人工挖孔桩、钻孔灌注桩和预应力管桩等。
3.3抗浮锚杆
抗浮锚杆主要由锚固段、自由段和锚头三部分组成，锚固段锚入岩土层，通过与锚侧岩土层的摩阻力产生锚固力，锚头嵌入地下结构底板抵抗水浮力。
抗浮锚杆底层适应性强，方便施工，布置方式灵活，锚固效率高，主要是单向受力，抗拔力及预应力易于控制，利于结构构件应力与变形协调，结构造价又相对于抗拔桩低。当结构底板下是便于注浆的粘质粉土、硬塑状粘土或风化基岩等土层时，可采用注浆锚杆法。
4新型泄水减压法抗浮设计
4.1抗浮原理及特点
泄水减压抗浮方法通过在地下室四周设置排水沟和在地下室外墙打泄水孔，让地下水有组织地进入室内排水系统来降低地下水水位，从而降低水浮力F。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)［3］可知，应使水浮力Nw，k与结构自重Gk的关系满足:
Gk/Nw，k≥1.05
通过上式进行验算抗浮设计，从而来实现抗浮的目的。
泄水减压法对地下室土体的要求较高，要求地下室周围土体为渗透性较小的黏土，适用于以孔隙水形式赋存于人工填土中、仅有上层滞水以及地表渗水的地质条件，而对于地下室周围土体为淤泥质土和地下水赋存为承压水地质条件不适用。泄水减压法较配重法和设置抗拔桩、抗拔锚杆法有明显的优势，其施工方便、经济性好。另外，泄水减压法用于抗浮补救时能够很快将地下室底板下的地下水排出，降低地下室底板的孔隙水压力，因此在适宜的地质条件下，从经济性和安全性考虑采用该方法对地下工程进行抗浮设计效果更好。
4.2泄水减压抗浮技术
由袁奕提出的泄水减压抗浮技术主要由泄水减压系统和汇排水系统构成，通过在地下室侧墙和底板一定位置按一定间距埋设直径为100mm的泄水孔，在泄水孔汇水端埋置一定面积的反滤层，其中反滤层主要由碎石构成，将渗入反滤层的水通过泄水孔引流到专门的室内排水沟中(图1)，同时在泄水孔中布置钢丝球来过滤泄水孔中的水。排水沟中水通过在室内设置引流进入排水井或者用于其他用途，这样该系统能够将地下室周围较高的水位通过将地下水渗流进入泄水孔排出，从而降低了地下水水位，释放了地下室底板的基底水浮力，最大程度上减小了地下水对建筑物及环境的不利影响。
5中航还建楼项目抗浮设计对比分析
5.1抗拔桩设计
结合中航还建楼项目特点，对其采用抗拔桩设计，通过计算可以采用如下设计方法：
（1）地下室底板下设置永久性抗拔桩。
（2）采取1.0m直径钻孔灌注桩，抗拔桩打入土层为(3-2)中风化粉砂质泥岩或(3-3)微风化粉砂质泥岩层。单桩抗拔承载力特征值为1800KN，工程桩数量约为400根，桩长≥7m。
通过以上设计方案对中航还建楼进行工程造价和工期计算可以得出：抗拔桩总长约2800m，定额组价总造价约为700万元。施工较麻烦，施工工期估算70天。
5.2抗浮锚杆设计
如中航还建楼采用抗浮锚杆设计，则通过计算可采用如下设计方案：
（1）地下室底板下设置永久抗浮锚杆。岩石锚杆锚固体抗拔安全等级为二级。
（2）锚杆设计孔径200mm，放入3Ф32（HRB400）钢筋，水泥砂浆强度为30MPa。锚杆锚入土层为(3-2)中风化粉砂质泥岩或(3-3)微风化粉砂质泥岩层。单根抗浮锚杆抗拔承载力特征值为420KN，共1778根锚杆，单根长度≥9m。
通过以上设计方案对中航还建楼进行工程造价和工期计算可以得出：锚杆总长约16002m，定额组价总造价约为210万元，施工工期估算为25天。
5.3泄水减压法设计
结合中航还建楼项目特点，地下空间采用泄水解压法进行抗浮设计，则可采用如下方案：
（1）利用建筑要求设置的排水沟和新增设的排水沟形成完整的排水系统。
（2）排水沟接入集水井，集水井间距约30-50m。
（3）在排水沟内或外墙上设置泄水孔，共设置泄水装置估算约193套，孔距约2.0m。在孔内安装滤水装置，使进入基底的上层滞水经由泄水装置通过排水系统汇入集水井，并抽排出去，避免在基底形成水浮力
则采用上述方案可知，其估算造价估算费用约80万元。施工工期由于预埋套管，与主体结构同步进行，施工简便。泄水装置安装，施工工期为20天。待地下室周边回填完成后进行泄水装置的安装。其不占用关键线路，零工期。
中航还建楼项目采用泄水减压法进行抗浮设计，大大降低了工程造价和工期，具有明显的优势，在造价上仅占抗浮桩的11.4%，抗浮锚杆的38.1%。在工期上仅占抗浮桩的28.6%，抗浮锚杆的80%。
5.4泄水减压设计效果
中航还建楼项目于2018年4月主体结构已封顶，经过6-8月雨季的降水考验，楼体安好无异样，泄水减压设计已达到抗浮效果和目的。
6结论
类似地铁2号线街道口站中航还建楼项目这种基岩裂隙水不发育、地下水含量少的项目选用泄水减压法，可以大大降低工程造价和施工工期，对比于传统的抗浮设计方法，具有明显的优势和很强的实际工程价值。
参考文献
[1]刘文珽，尤天直，张涛．大型地下停车库的抗浮设计
［J］．建筑结构，2011，41(S1):1326-1330．
［2］居炜．抗浮措施在某大型地下工程中的选择与应用
［J］．建筑结构，2013，43(10):104-108．
论文作者:邹青 施利 朱江 韩畅 杜浩 范海波
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/14
标签：浮力论文; 地下室论文; 中航论文; 工期论文; 地下水论文; 结构论文; 锚杆论文; 《科技新时代》2018年9期论文;