浅谈地下室疏排水的设计与应用

文｜广东省基础工程集团有限公司 李才波

前言

在基坑施工中，基坑开挖降水后，基坑内外形成水头差，地下水通过在土体渗流，绕过止水帷幕的底部，流入基坑内部。当坑底附近土体隔水较好或止水帷幕可以有效隔断透水层时，地下水的渗流将十分缓慢，坑内日渗水量少，抽水负荷低，短时间抽水即可维持水位低于坑底或目标标高。在低渗水量条件下，采用“排水法”代替常规的抗拔桩或锚杆成为可能。以下就地下室疏排水的设计及应用进行详细论述。

1 疏排水的设计

1.1 设计原理

地下室疏排水设计是在地下室底板以下设置永久的疏排水系统，系统的排水速度和能力可设计为最不利渗水工况的数倍甚至数十倍以上，将渗入系统中的少量地下水迅速排离，则可轻松达到控制水位的目标。

图1 零压机械排水示意图

（1）封堵系统。设置封堵措施，封堵两条水路：其一，是从下面来的地下潜水；其二，是从上面来的经流回填区的大气降水或潜水。

（2）疏排水系统。将经封堵系统拦截后仍无法阻止的少量渗水（漏网之鱼），迅速排离。

1.2 设计种类

根据渗流水的终端排离方式及最终控制的目标水位，疏排水设计可分为三类：

（1）机械排水，底板零压：室内井点集水，机械排离，底板无水压；（如图1所示）

（2）自然排水，底板零压：室内无集水，自然排离，底板无水压；（如图2所示）

（3）自然排水，底板限压：室内无集水，自然排离，底板不超过限定水压。（如图3所示）

1.3 适用条件

（1）渗水少，基坑单位面积最大日渗水量≤0.03m/m2/d。满足该条件可忽略降水对周边水文环境的影响。

（2）沉降小，基坑周边地表沉降满足基坑设计沉降限值要求，且观测结果趋于稳定。

（3）基底位于透水层，但距基底不太深处有一层不（弱）透水土层，采用永久止水帷幕延伸到相对隔水层中，使外围的地下水难以渗入地下室底板范围。

（4）所有基坑支护系统能有效止水，使基坑日常降水的抽水负荷低于上述渗水量限值的地下室。

（5）部分不推荐使用的范围：①岩石裂隙水丰富，长期抽水负荷大；②岩溶水丰富，长期抽水负荷大；③地下室位于全透水的深厚砂层且未采用地下连续墙支护的建筑物，止水帷幕一旦退化将导致渗水量可能失控的后果；④位于地铁影响范围，受地保办严格监控的建筑物。

2 地下室疏排水的应用措施

2.1 实际渗水量大于计算值。

（1）采取措施：①排水预留充足安全系数，目前实际设计的排水能力能达到最大日渗水量的十倍以上；②切实做好封堵系统的设计与施工。

（2）具体案例观察：从部分完成工程的实测数据观察，渗水量实测值约仅为计算值的一半左右，判断是由于实际水头未达到设计设定的最不利水头的原因引起，加上考虑疏排水系统预留的充足安全系数，故判断风险极小。

2.2 水泵故障导致地下水溢出底板。

（1）采取措施：①疏排水系统预留充足的储水能力；②采用多个渗流水集水井且设置备用水泵。

（2）具体案例观察：目前设计的疏排水系统储水能力在水泵停止工作后在最大渗水量工况下基本能维持渗流水十几～三十天不溢出底板；一般地下室渗流水集水井数量在十数二十个以上，且每个井内另设一台备用泵。故判断风险极小。

2.3 降水造成地表沉降过大。

（1）采取措施：①采用精细有限元模型计算评估；②施工及使用阶段密切监测地表变形，必要时在地下室周边表层增加抽水回灌系统。

图2 零压自然排水示意图

图3 限压自然排水示意图

（2）具体案例观察：实际上，基坑开挖阶段对地表沉降影响最大的主要是卸土，抽水是其次的，基坑回填以后的日常降水对地表影响要小于施工阶段，故当基坑沉降观测稳定后，地表沉降将不会继续发展。故风险极小。

2.4 长期渗流下过滤膜或疏水层淤塞，致底板承压隆起。

（1）采取措施：①过滤膜按规范采用防堵塞功能的土工布，不定型纤维组织形成的网状结构有应变性和运动性；②疏水层的排水能力预留十倍以上的安全度，即使进入一定土颗粒渗透性有所降低也能满足要求；③底板构造设计可承受一定水压；④考虑可清洗排水沟设计；⑤底板本身非受力构件，必要时在多年后拆除底板，重新翻新疏排水系统，也不影响主体结构安全。

（2）具体案例风险评估：①封堵后水渗流速度很慢而不具备有意义的土颗粒搬运能力，故造成过滤膜和疏水层淤塞的可能性甚小。现场观察的坑底渗水均缓慢而清澈，察觉不到搬运土颗粒现象；②疏水层的淤塞问题，可以类比自然界中的圆砾、卵石等碎石土层，这些碎石土经千万年以上时间的地下水渗流搬运作用，夹有大量的砂、粘土等成分，但其透水能力依然非常强大，故即使疏水层被带入一定的土颗粒，也只是渗透能力略有降低，大幅降低甚至淤塞的可能性不大。

3 渗水量统计、地表沉降监测及后期运营要求

（1）渗水量统计。系统完工后，应统计抽水量以验证日常渗水量:分别记录统计丰水期、枯水期和平常期的日抽水量，判断渗水量是否在容许范围。

（2）对周边地表的沉降观测。在基坑回填后，持续监测地下室周边地表的竖向沉降变化，直至变形稳定，判断对周边环境的影响是否在允许范围。

（3）渗流水抽水泵单独设专用电表，以便物业做好记录和监控；设立定期检修抽水泵制度；设置水压监测报警装置。

4 造价节省成效

（1）水压降低或为零后，工程造价成本大范围节省，主要体现在三方面：①减少或取消抗浮构件；②底板厚度及配筋减小；③零水压下底板可不设防水层；④在常规抗浮下，地下室底板水头越大，抗拔桩或锚杆的长度越长，则节省的造价越高。

（2）采用疏导法后，增加了后期抽水维护成本，大致测算如下：在实际设计项目中，按最不利工况的日渗水量、电费1元/度计算，在设计使用年限50年的抽水总电费多在10-30 万元左右，相对节省的造价基本可以忽略；且若能对渗水进行利用，由于水费高于电费，实际还能节省费用。

5 总结

总之，“地下室疏排水”或“释放水浮力法”是一种明排的方法，是将渗出基底的地下水通过疏排水系统收集排走，从而完全或部分消除底板水压，取消或减少抗浮构件及降低底板负荷，进而起到“排水减压”的作用，值得推广应用。