基础抗浮工程现场案例分析

基础抗浮工程现场案例分析

刘文兵1 杨玉栋2

（1大同市建筑设计研究院集团有限公司，2大同泰瑞集团股份有限公司037000）

摘要：大同市地下水埋深一般都也在百米以上，通常情况下，抗浮案例并不多。在这里，通过三个典型抗浮现场工程案例，具体说明如何正确分析地勘报告，正确选择抗浮方案及处理方法，在安全与经济适用上达到更高水平的平衡，为抗浮问题寻找一条简洁适用的方法，为设计、施工提供一些成功的经验。

关键词：地下水，上层滞水，抗浮，抗浮桩，沉箱

Site case analysis of basic anti-floating engineering

Liu Wenbing, Yang Yudong

(Datong Terui Group 037000Abstract: The depth of underground water in Datong city is generally more than 100 meters, usually, there are many anti-floating and not many cases.Here, through three typical anti-floating field engineering cases, specify how to correctly analyze the geological prospecting report, correctly choose the anti-floating scheme and treatment method, achieve a higher level of balance in safety and economic application, find a simple and applicable method for the anti-floating problem, and provide some successful experience for the design and construction.

Key words: groundwater, upper layer water stagnation, anti-floating, anti-floating pile, caisson

0 引言

    大同市是一个缺水的城市，更由于多年地下水严重超采及煤矿私挖乱采后形成的地裂缝等，造成地下水逐年下降，目前埋藏深度大约在50~100m。一般情况下，两、三层地下室开挖是不会遇到地下水出现的。但在遇到湖泊河流在附近的情况，或是由于某种特殊原因形成上层滞水的情况，也会有地下水出现，但这并不是承压水，防治起来相对容易一些。下面，我们将基础工程中遇到地下水的抗浮案例推荐给大家，希望为同类的地下水基础工程抗浮提供一些思路。

1体校训练馆基础抗浮设计优化

大同市体育运动学校建设在大同市体育中心南侧，毗邻大同市文瀛湖，它由综合训练馆、综合教学楼、三栋宿舍楼和射击馆等建筑组成。其中综合训练馆为钢框架结构，地上三层，地下一层，地下为体操武术，层高为9.7m，顶层为篮球训练，层高为8.7m~10.7m。中间两层为乒乓球、柔道击剑等，层高6m。基底埋深为-10m，超出地下水位4m。由于紧邻文瀛湖，水位较高，随文瀛湖季节性水位变化幅度在1.5~2m。设计根据勘探报告，设计了抗浮桩，钢筋混凝土上柱墩筏板有2.5m厚。按照基坑设计要求，采用井点降水，在基坑周边，按适当间距和井深布置了井位，不间断地抽水，使地下水位下降到基底1.0m以下。

按照原设计要求，基底以下布置为抗浮桩，深度为15m。其实大同市真实的地下水位在百米以下，目前存在于场地内的地下滞水完全是由于附近文瀛湖渗透所致。设计的筏板厚度有2.5m，重量为w1（w1=2.5m*2.4t/m3=6t/m2）,地下水（4米水深）的浮力为w2（w2=4.0m*1t/m3=4t/m2），w1w2，相当于2.5m的筏板重量远大于6.0m水深的重量，完全可以由钢筋混凝土筏板的荷重抵消地下水形成的浮力。那么，原设计的抗浮桩就没有存在的必要性了。在与设计沟通后，设计给出了取消抗浮桩的变更。在施工期间，井点降水在不断地进行中，直到地下一层主体施工结束。这期间地下水位始终在基础筏板之下，地下一层完工后，水位上升，筏板及地下一层的荷载都构成抗浮重力，更能抵抗住浮力了。随着主体结构的逐步完成直至竣工验收，抵抗浮力的荷载逐渐增大，即使随着文瀛湖季节性水位上升（按照地勘报告，文瀛湖季节性水位变化幅度在1米左右），上部荷载始终大于浮力。由于取消了抗浮桩，节省了基础投资大约有500万元，节约工期两个月，这也给正在抢工期准备迎接全运会的工程计划赢得了宝贵的时间。

 2  体校射击馆的抗浮设计及沉箱的推广

2.1射击馆积水坑沉箱

射击馆建筑为地下一层，地面标高在-6.5米左右，基础开挖后，基底混凝土垫层接近水位线距离大约0.5m，基础底为砾砂层，基础施工并不需要降水。但在基础东部有一个积水坑，1.5m见方，深有1.5m。要开挖这个积水坑就需要降水。单为了这么一个小的积水坑就采取整体降水，是有点小题大做，不降水，又不能实施积水坑的开挖，只要开挖就会有水涌进来。就在现场，我们分析认为，这个问题的关键点在于如何解决排水的问题，既然不值得大面积降水，那么能否可以局部降水?我们提出一个解决问题的好办法，加工一个钢板倒台型沉箱，将其沉下去把水排挤出来，不就可以了?于是我们用钢板组焊成一个倒台型模具，在开挖积水坑之后，把它沉下去，即使坑里充满水也是可以操作的，然后在钢板内测浇筑混凝土就可以了。当然，这个钢板沉箱一定要按照混凝土基坑的要求来做，钢板只用来做模板，原来设计的钢筋混凝土照做不误。我们只要将水挤出去，剩下的事情就很好完成了。沉箱下沉的时候，需要在箱内放入重物，沉到位之后，在上面可以用钢管将钢板沉箱压住，取出箱内重物后，钢板沉箱就不会浮起来，再按设计要求绑钢筋、浇筑混凝土。整个过程做起来很简单，虽然增加了使用钢板的费用，但节省了一大笔降水费用，很值得。

2.2通航学校基坑沉箱

自从体育运动学校使用钢板沉箱解决局部地下水浮力问题之后，我们在其他工地也成功地应用了多次。体校的钢板沉箱的是比较小的，在大同通航运动学校就有所不同了。通航学校有一座高层学生宿舍楼，地下一层，地上12层，基础有错台，在较低位置，积水坑和电梯基坑紧挨着，深浅不一，大小不同，基础开挖时局部滞水已经出现，开挖积水坑和电梯基坑，水就会充满坑内，浇筑混凝土不能够完成。开始设想在基坑旁边采用排水沟的办法，但是由于基坑较深且较为复杂，排水沟的办法不好实施，于是就想到应用钢板抗浮沉箱的办法。首先我们将基坑深化成一个联合沉箱，一次地性解决问题。这个沉箱相对比较复杂一些，重量比较大些，工厂加工，现场拼装焊接，使用汽车吊配合才能安装到位，但只要将联合沉箱沉下去，沉到位，剩下的浇筑钢筋混凝土的工作就好完成了（如图1），而且越是复杂的基坑沉箱的优势越明显。这里需要注意的是，开挖的基坑不可能完全按照沉箱的形状大小实施，当沉箱沉入基坑之后，沉箱与基坑之间会有较大空隙，一定要将其用砂卵填实，以保证沉箱使用过程中不会产生变形。

图1 联合钢板沉箱局部

2.3射击馆抗浮抗冻预制桩

射击馆南部是单层射击房，北部是靶场，靶场是露天的，设计只是按照一般的室外地面工程做法，并没有考虑水位这么高，冬天有冻胀的可能性，大同属于严寒地区，地面冻胀的实例比比皆是。怎么才能保证靶场地面平稳过冬，需要有一个切实可行的办法。于是我们提出使用满打钢筋混凝土预制管桩，深深的扎进地下非冻胀地基土中（大同地区最大冻深1.86m），管桩深入地下不少于3m，实际进入6m多，桩上为钢筋混凝土梁板，形成钢筋混凝土地面，钢筋混凝土下铺设50mm聚苯板进行隔离，即使发生冻胀也不会将混凝土顶裂。在设计方面进行计算之后，将包括南部射击房在内的射击馆的基础全部设计改为预制钢筋混凝土管桩。不降水，施工快，当时正在为迎接全国第二届青年运动会抢工期，这就为工程提供了非常好的方案。在已经开挖的基坑内，将钢筋混凝土管桩很快打入砂层内，整个过程都是在干作业环境下进行的。即使在夏季丰水期，文瀛湖水位上升，深入地下粘土层的预制桩也可以起到抗浮的作用。经过了“第二届青年运动会”的组委会严格检验，室外地面没有出现任何问题，非常成功。成功地举办了“二青会”后，大同市体育运动学校项目整体获得了国家建设工程优质奖。

3 慈云寺广场基础抗浮设计优化

   慈云寺广场是天镇县域内建在著名寺庙慈云寺北面的一个下沉广场，全部功能建筑都在地下，地下建筑面积近12000m2。场地地形平坦，各孔口高程介于990.1~991.9m之间，场地未见全新活动断裂、地裂缝等地质构造。钻孔资料显示地质情况如下：（1）表层为杂填土，松散、稍湿、承载力只有70Kp，（2）粉土，稍密、稍湿，承载力140Kp（3）粉土，稍密、湿，承载力160Kp，（4）粉质粘土，可塑、夹中粗砂薄层，承载力170Kp，（5）粗砂，中密、湿、含砾石，承载力200Kp，（6）粉质粘土，可塑、夹中粗砂薄层，承载力170KP，（7）粗砂，中密、湿、含砾石，承载力210Kp.（8））粉质粘土，可塑、夹中粗砂薄层，承载力180KP.地震加速度0.15g，土层等效波速230m/s可不考虑震陷影响。

初见水位2.0m-2.5m，稳定水位1.0-1.8m，水位标高988.5m左右，地下水类型为潜水。设计给出的抗浮措施为采用20m长的抗浮桩，直接锚固在第七层的粗砂层上。看到这个方案后，我们认真分析了地质报告，并做了计算。这个工程距离慈云寺比较近，基础开挖时必须做基坑支护，一方面保证慈云寺重点文物的结构安全，另一方面用来保证基坑施工的安全。最终我们选择在基坑周边采用双排水泥搅拌桩，桩长15m，作为止水帷幕使用。四周及基坑内设置井点降水，为基础施工创造条件。为了慈云寺在施工期间的安全，在基坑南侧设置了3个回灌井，同时作为观察井。监测慈云寺周边地下水位变化，保持慈云寺周边地下水基本稳定，设置沉降观测点，以保证慈云寺在降水期的安全。

在基础施工期间，水位始终在基底以下，此时基础并不受到水的浮力影响，在主体施工过程中，基础自身的重量和主体结构的重量，以及建筑完成后建筑物上部的回填土，都将形成对浮力的反作用，通过对基础和主体结构的重量进行核实，我们认为取消用于抗浮的15m钢筋混凝土灌注桩，仅凭建筑物自身重量足以平衡地下水浮力。为此，专门邀请省内专家进行了论证，专家在分析了全部的资料后认为，取消抗浮桩是完全可行的。按照专家建议，设计将原来“抗浮桩+压重方法”调整为“仅采用压重方法”，同时将仅作为展览室的地下室层高由原来的6m调整为5.1m，提高了基础底标高0.9m，减少了计算浮力，并应设计方要求增加了混凝土压重的厚度，做到万无一失。这样修正之后，节约了工期两个月，也节省基础投资费用大约八百万元。这样既保证了施工期间慈云寺的安全，加快了工程进度，也挽回了一笔较大的工程投资。

4  结语

经过这些年对基础抗浮问题的研究和实践，对本地地下水的认识更加清晰，处理问题的思路更加开阔。实践中，为国家和建设单位节约了大量基建费用，也为工程顺利推进提供了可靠的保障。虽然这些工程案例并不经典，但我们还是愿意分享给大家，希望与大家一起努力，为工程建设献计献策、贡献力量。

参考文献;

【1】中华人民共和国行业标准 建筑工程抗浮技术标准 JGJ476-2019

【2】段宝杰 超大型地下停车场的结构抗浮设计  建筑施工 第41卷第11期

通讯作者，杨玉栋，教授级高工，大同泰瑞集团技术总监  13503522364   YYD2364@163.com