孙佰成，赵素丽，朱小波

(1.中冶建工集团有限公司，重庆 400084; 2 联勤保障部队第四工程代建管理办公室，沈阳 110000)

0 引言

济南市大部分区域地下水资源较为丰富[1]且水压力较大，本地下工程涉及人防、车库和其他地下工程，场地内周边建筑构筑物均已施工完成，如逢降雨等丰水期极有可能导致其地下水位继续升高和骤然上升的可能，在基坑开挖和各基础工序施工过程中，其降水和建筑物抗浮施工控制方面均增加了施工难度。

基于对前述基坑施工前的具体情况进行分析，需要充分考虑本工程的抗浮设计，避免在施工过程中造成地下建筑物上浮导致的整体失稳和局部破坏的工程事故，因此，在本工程施工前期对抗浮设计及降水方案和降水措施均进行了详细的安排部署，以确保后续工序的顺利进行。

1 工程概况

本工程地下车库采用楔形底板聚芯模[2]现浇混凝土双向密肋楼盖体系，聚芯模尺寸为800 mm×800 mm×450 mm、500 mm×800 mm×450 mm、300 mm×800 mm×450 mm，车库建筑面积10 376.98 m2。

本地下车库采用基础筏板兼做阻水板+局部下柱墩的基础形式，地下车库共2层，层高均为3.60 m，基础筏板厚度为600 mm，下柱墩厚度为500～800 mm不等。抗浮压重荷载设计包括地下结构基础筏板自重及上部压重、地下结构侧墙结构板自重及其上部覆土自重、地下结构上部覆土自重和车库顶板的承载力[3]。其压重示意如图1所示。

(a)车库顶板加荷

(b)车库底板加荷

(c)车库外挑底板与外侧墙加荷图1 设计压重示意图

2 场地水文地质条件

本工程岩土工程勘察等级为甲级，勘察水及地质单元位于西郊玉符河，属于隐伏冲积扇前缘砂、砾石富小区。

勘察位置因表层地下水第四系孔隙潜水，补给来源为大气降水和地表径流，地区30 m深度范围内含水层分为黄土状粉质黏土砂层、卵石层及砂层。结合区域岩土工程勘查报告资料，该水层之间局部地段是沟通的，水力联系密切，根据场地内地层特征及含水层分布情况、埋藏情况，该水层地下水类型均属于承压水。

本工程勘察期间为非枯水期，从钻孔内测汲地下水静止水位埋深4.60～5.50 m，相应标高为24.490～24.600 m，经查阅相关资料及调查周边建筑场地，其丰水期水位标高为25.500～26.500 m。

地下车库下挖深度12.00 m左右，场地内第四系孔隙潜水水位埋藏较浅且水量较大，抗浮设计水位根据岩土工程勘察报告按27.000 m考虑。

3 抗浮设计验算

3.1 抗浮设计分析

在对处于地下水位较高区域的地下工程施工中，其地下水抗浮设计验算及施工过程中降水施工控制措施至关重要。尤其是在基础施工及降水施工过程中，需严格按照施工步序进行，并确保降水施工不间断，否则极易造成基础上浮等不可估量的损失。

根据本工程岩土工程勘察报告勘测数据，车库基础埋置在分布稳定且连续的含水层土中，其抗浮水位位置及车库水浮力及抗浮具体示意图如图2～ 3所示。

3.2 抗浮设计验算条件及验算数据统计

根据JGJ476—2019 《建筑工程抗浮技术标准》的设计抗浮验算标准和车库结构设计图纸的要求做为抗浮验算的具体数据和验算条件，具体验算数据详见表1～ 4。

图2 车库抗浮水位示意图

图3 车库抗浮示意图

表1 车库设计压重统计表

表2 车库计算容重取值表 单位：kN·m-3

表3 车库计算标高统计表 单位：m

表4 车库建筑物自重统计表 单位：kN·m-2

3.3 车库抗浮设计验算

建筑物基础受浮力作用时，应进行抗浮稳定性验算，应分两种情况考虑。

3.3.1 建筑物自重及压重之和大于浮力作用值

1)按照标准验算要求，压重抗浮法稳定性应满足式(1)要求：

G+Gt≥KSS[3]，

(1)

(抗浮验算取每平方米自重及压重)

式中：G为结构自重及其上作用的荷载标准值(kN)；Gt为增加的压重荷载标准值(kN)；S为验算单元面积上浮力标准值总和(kN)；KS为抗浮稳定性安全系数，按抗浮工程设计等级甲级，施工期抗浮稳定安全系数KS取1.05。

2)浮力作用值S：

S=(H3-H1)×γ水=(27-20.7)×10=63 kN/m2。

3)结构自重G及增加的压重荷载标准值和Gt：

①车库顶板覆土附重(最薄处)：

G车库顶板覆土=γ土×d0=16×1.5=24 kN/m2；

②车库底板覆土附重(最薄处)：

G车库底板覆土=γ土×d2=18×0.6=10.80 kN/m2；

③车库底板自重：

G车库底板自重=γc×d1=25×0.6=15 kN/m2；

④车库梁、板、柱结构自重：

G梁、板、柱结构自重=18.5 kN/m2；

⑤楔形底板聚芯模自重：

G楔形底板聚芯模自重=0.4 kN/m2；

⑥楔形底板聚芯模+车库梁、板、柱重：

G梁、板、柱结构自重+G楔形底板聚芯模自重=22.5 kN/m2>18.5 kN/m2。

验算取较小的车库梁、板、柱重，楔形底板聚芯模自重及肥槽回填土均做为储备富余压重考虑，未计入抗浮验算。

Gt=∑(G车库顶板覆土+G车库底板覆土)=24+10.8=34.8 kN/m2；

G=∑(G车库底板自重+G车库底板覆土)；

S=63 kN/m2；

KS=1.05；

G+Gt≥KSS；

G+Gt/S=68.3/63=1.084；

G+Gt/S=1.084>KS=1.05。

综前所述并结合设计实际数据值的验算，本工程抗浮设计验算满足要求。

3.3.2 建筑物自重及压重之和G+Gt小于浮力作用值S

当浮力较大时，建筑物自重及压重之和小于浮力作用值时，即抗浮稳定性不满足设计要求时，可采用增加压重或设置抗浮构件等措施来解决。

在整体满足抗浮稳定性要求而局部不满足时，可采用增加结构刚度的施工措施[4]。也可采取与基础、压重、抗浮锚固构件形成联合抗浮结构体系[3]，如采用钻孔灌注桩做为抗拔桩等抗拔措施来满足其抗浮要求，具体抗浮示意如图4所示。

4 基础地下水控制设计

在车库深基坑工程开挖施工期间，因建筑物自重和各压重均未达到设计值，其地下水浮力作用值远大于施工期间的建筑物自重及压重之和，在施工中不采取有效降水措施，就形如整个建筑构筑物浸泡在液体里一样受到向上的较大浮力作用，如降水施工环节出现问题，使基坑地下水位超过基础底面水位，则极易造成已施工完成和正在施工的基础和构筑物上浮，造成整体失稳和局部强度被破坏，必须通过具体施工措施使地下潜水位或承压水位降低到设计要求的安全水位，以确保正常安全施工[5]。

图4 车库增设抗拔桩抗浮示意图

地下水控制的设计和施工应满足支护结构的设计要求[5]，同时应根据场地工程地质条件、水文地质条件、地下水位高低、渗水量大小和结合类似工程经验综合分析、确定，由此可见，地下工程降水施工是基础施工过程中的一个重点和难点，需要在基础施工前进行。本工程根据现场具体情况和地质勘察报告采用水泥土搅拌桩止水帷幕阻水，结合基坑内降水井降水+坑外回灌的地下水控制方案，努力实现疏干基坑开挖范围内上部土体中的重力水体，遏制、降低地层深部微承压水的水头，以较小的抽水量达到控制地下水位低于基坑底面下0.5 m、不高于标高19.25 m的目标，保证基础土方开挖施工及各相关支护工程施工等相关工序能够顺利进行。

通过对勘察报告及周边工程经验的调研，在进行地下水控制设计时，地下水位值取历年的高水位值26.50 m。

4.1 降水方案

降水方案的选择和降水措施的制订是基坑开挖前必须考虑的项目[6]。根据室内渗透试验及结合勘察报告情况，基坑各层土的垂直渗透系数统计详见表5。

表5 渗透系数kv 单位：10-6 cm·s-1

从附近建筑场地的抽水试验情况分析，场区地下水较为丰富，第四系含水层渗透系数为16.54～28.48 m/d，涌水量>43.2～840 m3/d，影响半径17～319 m。场区30 m深度范围内(2)层黄土状粉质黏土层、(5)含砂卵石层富水性较强，现场综合渗透系数为K=18.34 m/d，降深5 m时影响半径R=215 m，降深8 m时影响半径R=343 m。由于受局部砂层及下部土层影响，地层渗透性有随深度增加的趋势，施工过程中布井时可适当减少井深。根据实际测算及现场实际情况，决定采取井点法降水施工方案，降水井深度揭穿(5)含砂卵石层。

4.2 降水措施

4.2.1 止水帷幕

本地下车库设计采用水泥土搅拌桩形成止水帷幕，帷幕轴线设置在距基坑上口边坡线≥2.0 m处进行环形封闭，同时利用粉质黏土与粉质黏土为相对隔水层的特点进行阻水。设计搅拌桩桩顶标高南侧靠近排水渠处的双排桩为桩顶标高27.70 m、桩底标高13.70 m，有效桩长14.0 m，帷幕长度约145.0 m；其他均为单排桩处的桩顶标高为27.50 m，桩底标高14.50 m，有效桩长12.50 m，帷幕长度约695.00 m。

设计水泥土搅拌桩的单桩直径d=0.60 m，桩间距0.40 m，桩间咬合尺寸为200 mm。车库止水帷幕大样图详如图5。

(a)双排水泥土搅拌桩止水帷幕

(b)单排水泥土搅拌桩止水帷幕图5 车库止水帷幕大样图

4.2.2 降水管井

为降低基坑内地下水位，方便基坑开挖及基础各工序施工，根据估算设置阻水帷幕条件下的基坑涌水量Q约为2 700 m3/d，在基坑上口距边坡线1.0 m处按间距15.0 m左右呈封闭状布置降水井。共设计布置降水井58眼，成井深度为14.0 m。

降水管井既可作为基坑开挖过程中降低地下水位的有效措施，又可用于检验止水帷幕的止水效果。在基坑开挖前，选取部分降水井进行群井或单井抽水试验，并与勘查阶段水文地质试验得到的地层渗透系数做比较，渗透系数满足要求后，证明其止水帷幕的质量及其降水施工方案、措施合理并满足要求[6]。

为确保施工安全，设置一定数量的疏干井，以利于降低基坑范围内水头，保证基坑基底满足施工要求。在基坑内部按间隔30.0 m布置疏干井，共34眼，设计成井深度一般为14.0～15.0 m。合计降水、疏干井91眼。成井直径700 mm，滤管直径400 mm，下部5 m滤管外缠细目砂网，滤料采用5～10 mm碎石与中粗砂混合料。具体地下水控制平面布置图及降水管井施工大样图如图6～7所示。

(截取平面部分示意)图6 地下水控制平面布置图

图7 车库降水(疏干)井结构示意图

4.3 坑底排水沟与集水坑

在车库基坑挖掘过程中，应随基坑开挖深度，不断加深排水沟和集水井的深度[5]，本地下工程采取在基坑底面距离坡角300 mm处开挖深度≥300 mm、宽度=300 mm的环绕形排水沟，排水沟内每50 m处设置一个500 mm×500 mm×500 mm的集水坑，可有效遏制地下水的上升，迅速排除大气降水。具体排水沟与集水坑大样图如图8所示。

图8 坑底排水沟与集水坑

4.4 回灌井

为节约地下水，按济南市有关文件基坑降水必须进行地下水回灌的要求，同时要在回灌中保证基坑外浅层地下水不会对基坑支护结构产生不良影响，在基坑四周阻水帷幕外围适当位置按间距20.0 m左右布置回灌井孔32个。回灌井深10.00 m，结构同降水管井，成孔直径700 mm、井管直径400 mm，洗井后滤管外填充干净的中粗砂及碎石子。

回灌水源为基坑内所抽地下水，在进行适当沉淀后，通过专用管线输送到各回灌井点。具体施工大样图如图9所示。

图9 车库回灌井结构示意图

4.5 降水井观测孔

降水井观测井台应高出地面0.50 m成更多，并在井口安装盖板和在周围设置防护栏[3]。在止水帷幕外侧布置9个潜水观测孔，设计观测孔孔深12.0 m，孔径130 mm，内置Φ110 mmPVC滤管。承压水水位观测孔3个，设计孔深20.0 m，孔径130 mm，内置Φ110 mmPVC管作为滤管。具体施工大样图如图10所示。

5 降水管井封堵、封闭

在车库基础、主体和相应的基础底板和车库顶板覆土及车库挡墙外侧肥槽回填施工完成后(即建筑物自重及压重之和完全达到设计要求后)，地下车库的降水也随之结束。需可对场地内各开挖降水井点进行封闭处理，具体施工措施：在浇筑车库基础筏板的降水管井四周预埋Φ16双排竖向钢筋，将基础筏板(阻水板)下方的卷材防水层上翻至顶部并做好保护措施，待地下水降水结束后，对其降水管井进行封堵并在上翻卷材防水层形成完全封闭后再最后对封闭后的降水管井上方的混凝土浇筑实施封闭处理。具体做法详如图11所示。

图10 车库降水井观测孔大样图

(a)降水井封闭平面图

6 结语

在本工程基坑正式开挖施工前，对涉及人防工程、车库等的地下工程进行了细致的抗浮设计验算，对基坑施工过程中采取的降水施工方案和降水措施进行了试验、分析。

按照制订的施工步序组织施工，对施工结束后的降水管井的封堵、封闭采取了有效的施工技术措施，顺利完成了车库基础、主体、底板、顶板、挡墙、附土及后序相关工序的施工，达到了安全文明施工及环保节能的质量标准要求，取得了良好的质量控制效果，在涉及类似地下工程抗浮验算和降水控制施工技术措施方面具有一定的参考作用。