《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》是中國京冶工程技術有限公司、中冶天工集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是劉波、張慧東、隋作剛、李旭強、許佳。該工法適用於臨海、臨江、臨河、臨湖等近水域建築地下室、捷運車站、城市下沉廣場的抗浮設計與施工；可套用於常態地下水位較低，又需要考慮抗浮而難以確定抗浮設計水位的各類工程；也可套用於高層建築裙房抗浮工程；尤其適用於不便使用增加結構自重及樁錨抗浮的情況。
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》主要的工法特點是：節省工期、節約造價，而且避免了過分降排水引起的地面或建築物的沉降問題。
2011年9月，《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：建築基底可控減壓排水抗浮施工工法
- 工法編號：GJEJGF021-2010
- 完成單位：中國京冶工程技術有限公司、中冶天工集團有限公司
- 主要完成人：劉波、張慧東、隋作剛、李旭強、許佳
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
城市可用土地面積日趨縮小，建築結構體只有向上增高、向下加深以增加可用的內部空間，同時利用21世紀建築技術及新式建材，儘量減少柱、梁、牆、板的體積，使外部體積相同的結構體能有更多的內部空間，又有效降低了整體的建築、施工成本。然而這類建築雖然增加空間、降低成本，卻產生以下問題：結構整體重量輕，當地下水位較高時，結構體的重量無法平衡地下水位的向上浮力，使結構體的基礎底板承受過大的浮力，當超過臨界荷載時，有結構體整體上浮的問題，或將造成基礎底板的破裂，產生滲水問題；地下水位坡降、孔隙水壓及地下水的上浮力大小不均，使基礎底板所承受的上浮力不同，長時間將造成基礎底板及結構體的傾斜。
傳統的建築抗浮技術通常採用被動抗浮方案如增加結構自重、上部壓重、抗拔樁、抗浮錨桿或主動抗浮方案如基坑持續降排水等方式。被動抗浮方案具有固有的優勢和適用範圍，但共性是地下水位是變動的，就常態而言，運行時的地下水位較低，浮力較小，無需抗浮，而偶然狀態下可能水位會迅速升高，而若按較小機率發生時的水位來確定抗浮設計水位，成本較高，難以協調經濟性與安全性。降水抗浮設計通過集水井匯集地下水，採取自流排水或泵水的方式永久排水降低地下水位，造價低但會過量降低水位甚至造成地下水採空區，引起周邊地層沉降，對環境和附近建築物產生不良影響。21世紀出現的標準靜水壓力釋放系統採用基底排水層匯集地下水到集水井中，待集水井內水量達到一定程度再泵出井外排走，從一定程度上緩解了永久排水對地下水位的不良影響。
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》延續主動抗浮建築基底減壓排水理念，採納標準靜水壓力釋放系統的優勢，並結合泄壓閥系統，進而對集水井匯水方式進行改進，利用低透水性地層的特性，在基礎底板下滿鋪人工透水層，通過集水管將經過基底低透水性地層中滲出至基底的地下水匯入集水井，積累一定水量後由泵排出。該工法實現了地下水位較低時不集水，水位升高時再集，即改變永久排水為必要時才排水。不僅節省工期、節約造價，而且避免了過分降排水引起的地面或建築物的沉降問題。
工法特點
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》與傳統的建築抗浮方法相比較，有以下特點：
1、不僅可以有效地解決建築物在施工過程中不同工況的抗浮要求，而且可以解決建築物正常使用過程中對抗浮的要求。
2、在使用過程中當基底水壓力達到一定壓力值後，設定於集水井入水口處的單向閥開啟並集水，否則不集水排水。
3、通過在基底設定與地下水連通的泄壓閥系統，進一步增強該抗浮系統的可靠性。
4、基底設定的帶壓力感測器的泄壓閥和集水井中入水口所設定的壓力感測器與單向閥（或帶壓力感測器的泄壓閥）共同配合工作，可以有效減少建築物排出地下水對周邊環境的影響。
5、該減壓排水系統通過濾水集水系統將基底地下水集入集水井中，再通過集水井中所布設的自動排水設備泵出他用。
6、對於地下水位常態穩定，但是瞬態可能超限的情況，減壓系統的設定不僅可以有效減少瞬態高浮力對結構的破壞，同時又能免於設定防範性措施如抗浮錨桿、抗浮樁，從而節省成本。
操作原理
適用範圍
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》可套用於臨海、臨江、臨河、臨湖等近水域建築地下室、捷運車站、城市下沉廣場的抗浮設計與施工；可套用於常態地下水位較低，又需要考慮抗浮而難以確定抗浮設計水位的各類工程；也可套用於高層建築裙房抗浮工程；尤其適用於不便使用增加結構自重及樁錨抗浮的情況。
工藝原理
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的工藝原理敘述如下：
當建築物基底壓力達到一定限值時，安裝於集水井中的帶壓力感測器的單向閥開啟，基底水由PVC管匯至集水井中，當集水井中水位達到一定值時，排水泵啟動將集水井內的水排出。當基底水壓力小於某一限值時，單向閥閉合，此時停止匯水。通過帶壓力感測器的單向閥控制基底水的排放，可以有效保持基底地下水的正常水位，從而減小排水對周邊建築物的影響。
當地下水位急劇增加，建築物基礎底板所受水壓力迅速增加，單靠設定於集水井中的單向閥不能滿足底板泄壓要求的時候，這時設定於底板上的帶壓力感測器的泄壓閥開啟，基底地下水經由底板泄壓閥排出，將基底壓力迅速釋放。該壓力釋放閥的壓力感測器限值略大於集水井中所設定的單向泄壓閥的壓力感測器的壓力值，通過底板壓力釋放閥與集水井中的單向泄壓閥相互協調工作，一方面可以有效地減少基底水壓力對結構的影響，另一方面可以有效地保持基底地下水位的正常高度，最大限度地減小因地下水的排放而產生的對周邊建築物的影響。
施工工藝
- 工藝流程
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的工藝流程如下：
一、工法施工工藝流程圖見下圖所示。
施工工藝流程圖
二、工法完成後抗浮系統運行流程圖見下圖所示。
系統運行流程圖
三、工法完成後抗浮系統維護流程圖見下圖所示。
系統維護流程圖
- 操作要點
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的操作要點如下：
一、濾水集水系統的施工
整個濾水系統由濾水盲溝，盲溝連線點和反濾層組成。濾水盲溝按照設計要求布設於建築物地下室周邊。系統剖面如下圖所示。
系統剖面
1、應將預鋪設盲溝部位的土體夯實找平，待標高確認後鋪設土工布，鋪設時應注意搭接長度不應小於300毫米。
2、根據地下水流入盲溝的水量，選擇適當的礫石，粒徑為6-25毫米。
3、在盲溝中埋置多孔PVC管，排水坡度為1:250，以增大集水能力，PVC管的直徑按照水量大小一般取為100~200毫米。
4、在礫石或PVC管埋設完畢後，將聚乙烯防水層鋪設於其上，同時澆築混凝土保護層。
5、為增強排水盲溝的排水效果，應在盲溝一定間隔處布設小型集水井，深度應低於濾水盲溝200~300毫米，並通過排水管將該集水井與排水泵連線。
二、集水井的施工
1、在基底適當位置布設集水井，通過Pv管與濾水集水系統相接，PVC管出水口設定壓力感測器及單向閥，集水井內設定懸掛式壓力感測器與抽水泵水。
2、為防止排水管堵塞，集水井入水管入水口應設定裝有礫石的粗麻布包。
三、泄壓閥系統施工
泄壓閥系統為建築物抗浮提供必要的安全儲備主要由壓力感測器，帶有法蘭盤的排水管道及泄壓閥組成。
1、根據設計要求在建築物中布設泄壓閥系統，布設根據地下水的湧水量，將壓力探測器埋設於盲溝中，並通過導線與泄壓閥相連。
2、壓力感測器設定於帶有法蘭的排水管內，排水管埋設於建築物的底板中，並通過安裝於頂端的泄壓閥與地面相通。
3、泄壓閥設定於低於地面的凹槽中，凹槽頂部設定易於開啟的鑄鐵保護蓋以便運行過程中的日常維護檢查。
四、系統維護
建築基底可控減壓排水抗浮系統所選用的材料均具備較好的耐久性，使用壽命能夠滿足建築物整體使用壽命的需要，日常使用中的維護主要針對自動控制電路系統的檢修維護、過濾集水系統防阻塞檢修維護、抽水泵與泄壓閥系統檢修維護。過濾層由砂礫材料和土工布組成。土工布利用了無紡布的良好滲透性和過濾性，在工廠生產，質量有保證。砂礫材料根據土層級配曲線、垂直滲透係數
、水平滲透係數
、土層內是否含有承壓水、是否有暗浜相接等因素選用合理級配的優質砂礫集料。用土工布包裹過濾層中埋置的多孔管，以免管體小孔被堵塞。泄壓閥帶有先導循環系統，可以起到過濾作用，從而降低堵塞、磨損和損壞的機率。泄壓閥和抽水泵各部件通常由各種優質不鏽鋼、船用青銅、優質橡膠、樹脂、銅鎳合金等性能優異的化工材料加工而成，因此即使在強腐蝕性條件的海水惡劣環境中，也能夠持續穩定工作。
使用過程中，一旦抽水泵或泄壓閥發生故障或損壞，因均留設人孔，可以方便地進行維修或徹底更換。一旦過濾集水系統發生阻塞，可對集水井入水管加壓送水，逆向回沖，以清理阻塞的管道、管孔或土工布及砂礫材料的孔隙。
材料設備
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》所用的材料及設備明細如下：
一、濾水系統材料
該工法中的濾水材料主要是礫石骨料、有孔PVC管，土工布及聚乙烯防水材料，該工法採用的主要材料均為高品質材料，確保系統能夠長期防腐抗蝕，正常運轉。個別材料正常使用下壽命均大於60年。
1、反濾層
該工法設定的集水反濾層為加密型土工布與高質量礫石。其中土工布選用熱熔型土工布，孔隙大小固定，透水性良好，符合FHWA（美國聯邦公路協會）的不阻塞準則。防腐年限大於60年，且施工性良好。設計時配合剪下試驗做到選材良好，可達到永不堵塞的條件。世界各國已有多處重力式水壩及垃圾填埋場採用這種材料，證明透水性不會隨使用年限增加而產生物理或化學性堵塞。
2、有孔PVC集水管
有孔PVC集水管抗壓強度大於2500千克/米，埋設於pH值3~10的地層中，在無紫外線照射情況下，壽命可達60年以上。參數見下表。
序號 | 名稱 | 參數 |
1 | 礫石骨料 | 粒徑6~25毫米 |
2 | 多孔PVC管 | 直徑為100~200毫米 |
3 | 土工布 | 透水性（1/秒）≥0.25 |
4 | 聚乙烯防水材料 | 抗滲透性0.25兆帕、30分鐘不滲漏 |
二、設備參數
環球影城基底減壓排水系統布置了3個特別設計的集水井，每個集水井連線著一個泵井（3米×3米×3米），泵井內設有抽水泵兩台，當泵井內水深達到1米，抽水泵啟動開始抽水。根據對基底下排水層平面不同位置概估出的流量的差異，對抽水泵進行最佳化布置。各集水井及內抽水泵參數見下表，平面圖見下圖。
序號 | 流量（流量/秒） | 揚程（米） | 輸人功率（千瓦） | 斷路電流（安） | 所在集水井尺寸 |
1 | 10 | 20 | 6 | 25 | 6米×5米×2.5米（深） |
2 | 13 | 20 | 8 | 30 | 6米×6米×3.3米（深） |
3 | 11 | 20 | 7 | 25 | 6米×5米×2.5米（深） |
集水井及泵井平面圖
三、壓力釋放系統參數
新加坡環球影城地下室選用的壓力釋放系統為海水泄壓閥，如下圖1、下圖2所示，布設原則按50米×50米間距布置，當水壓達到或超過安全限值時，泄壓閥自動開啟，安全限值設為10千帕。泄壓閥的部分關鍵參數見下表。
序號 | 名稱 | 參數 |
1 | 最大泄壓能力 | 400（磅/每平方英寸） |
2 | 最大壓差 | 連續150psid；間歇225psid |
3 | 容許溫度範圍 | 32度F到185度F； |
4 | 維氏管接頭額定值 | 最大300（磅/每平方英寸） |
質量控制
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的質量控制要求如下：
一、減壓排水系統的各組成材料、設備的性能應符合圖紙要求及回響的國家標準。
1、檢查材料設備的出場合格證以及進場安裝前的驗收記錄。
2、對於該系統所用材料，按進場批次每批隨機抽取3個試樣進行檢查，檢驗方式應按照出廠合格證所列內容進行核查。
二、對於土工布、聚乙防水材料、聚氯乙烯管，進場時應對下列性能進行復驗，復驗應為見證取樣送檢：
1、土工布的透水率、有效孔徑、緯向斷裂強度及緯向斷裂延伸率。
2、聚乙烯格網的導水率及縱向抗拉強度、長期抗壓強度。
3、聚氯乙烯管的抗壓強度。
三、排水系統的管路、閥門的連結件、泄壓閥等部分應符合連線可靠，有效防腐等相關規定。
四、施工過程中應注意土工過濾布、聚乙烯防水材料以及設備部件的製作安裝偏差，施工偏差見下表。
序號 | 項目 | 允許偏差（毫米） | 檢查方法 |
1 | 土工布搭接寬度 | ±20 | 尺量 |
2 | 聚乙烯防水卷材搭接寬度 | ±20 | 尺量 |
3 | 盲溝填充過濾石標高 | ±30 | 尺量 |
4 | 濾水管道排水坡度 | 正負偏差不超過設計要求坡度值的1/3 | 尺量 |
5 | 泄壓閥安裝 | ±10 | 尺量 |
安全措施
採用《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
減壓排水系統的安裝，由於過程技術要求高，密閉空間的作業多，且牽涉各種專業，給安全生產增加了一定的難度，故要求在施工過程中不失時機地採取各種有效的安全措施，以保證安全生產。
1、工前一定要編制好施工組織設計或施工方案，並針對具體情況制定安全技術措施。如吊裝設備時應準確掌握該設備的重量，以防起重機械超負荷吊裝等。
2、熟悉施工地點周圍環境，有針對性地提出預防措施。如在現場要進行電焊、氣焊時，應了解四周是否有易燃、易爆物品，否則應有專門防護措施。
3、在從事可能有腐蝕品、粉塵的作業時施工前要認真檢查防護措施是否落實，勞保用品是否齊全，並對施工人員進行安全教育，患皮膚病或有過敏反應者不宜參加。
4、施工前應詳細檢查所用機械、工具，傳動和危險部位都要安裝防護裝置。
5、設備安裝須進行交叉作業的，必須設定安全網或其他隔離措施，否則不許施工人員在同一垂直線的下面工作。
6、集水井處於結構地面以下，且空間較為狹窄，應屬密閉空間，因此在集水井施工過程中應注意：
（1）進入集水井作業，操作者應得到具有相關經驗的作業負責人的準許；施工前應做好集水井作業的風險評估、安全操作規程並制定應急救援預案，同時做好上崗前和在崗期間的衛生安全培訓，確保操作者掌握在該集水井空間較為狹窄的環境下安全操作的知識和技能；作業時至少有一名有相關經驗的監護者在集水井外負責監護操作者。
（2）進入集水井作業前，應採取淨化、通風等措施，對集水井充分清洗，進入前應當再用新鮮空氣通風，以保證空間內有足夠維持生命的氧氣。
（3）在作業過程中應持續保持強制性通風，保證能稀釋作業過程中釋放出的有害物質，並滿足呼吸需要，強制通風時應把通風管道延伸至集水井底部。
（4）集水井周邊應布設安全護欄，做好安全警示。
環保措施
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的環保措施如下：
一、污染源控制
1、現場施工剩餘的廢棄材料應在每天工作結束後進行清理，並放入專用垃圾箱，現場所用材料應堆放整齊。
2、對有毒有害材料應集中堆放並進行現場標示。
3、可燃液體必須存放於防火容器中，並配好滅火設備。
4、所有揮發性液體必須密封保存，使用完畢後即使清離現場。
二、人員防護
現場施工人員需要配備必要的防護用品，如安全帶，安全馬甲、安全鞋、護目鏡、防毒面具及防腐手套等。
三、宣傳教育
施工現場應做好環保教育工作，可以採用張貼宣傳材料，班前會議宣講等教育手段，對每位操作人員進行環保知識教育，使得每位施工人員都明確現場材料、設備的使用特點及可能存在的污染隱患，掌握正確的施工方法。
四、現場跟蹤監測
對於現場，特別是密閉空間的空氣進行檢測，發現有毒有害物質含量超標，應立即停止工作，人員迅速撤離，並及時採取處理措施，保證空氣品質要求。
效益分析
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的效益分析如下：
該工法與傳統抗浮技術相比，具有經濟優勢。尤其對於較大規模的建築或建築群，若採用增重抗浮方式，將增加鋼筋混凝土或鐵屑覆土等材料的材料成本、運輸成本，採用本項技術則省去了這些成本。
一、在日常運行成本方面，假設環球影城個集水井內抽水泵同時全部連續滿負荷運轉一年，且流量始終保持最大，設電機效率為05，所耗電費為9.81×20×24×365×0.2356×（0.01+0.013+0.011）/0.5=27535新元（約合137675元人民幣），費用為理論上限，事實上既不會持續最大流量，抽水泵也不可能長年持續運轉，根據對環球影城排水減壓系統投入使用以來的觀測，抽水泵運轉時間少，耗電費用達到理論上限的可能性小。根據觀測統計，抽水泵運轉負荷低於滿負荷情況的1/3，故全年運行費用不超過9178新元（約合45890元人民幣）。因該工法而增加的費用遠遠小於該工法節省的各類費用。
二、在施工成本方面，若採用傳統的抗拔樁抗浮方式，將增加抗拔樁成樁成本和增加工期成本，而採用該工法可以省去這些成本，經初步估算，採用本項技術比採用抗拔樁可以節省造價30%以上，工期則至少節省4個月。該工法具有環保、節能、減碳及減廢的優勢，採用該工法可取得如下節能環保效益：
1、節能：節約總能耗的20%左右。
2、減廢：減少土方處理量約30000立方米。
3、減碳：混凝土約28260立方米，相當於減排約5500噸CO2；鋼筋約1200噸，相當於減排約2800噸CO2；減排CO2總量約相當於28公頃森林一年的吸收量。
綜上所述，考慮到該抗浮體系的運行與施工成本，該工法體現了經濟社會效益，環球影城項目通過該工法的套用，可節約工程及運行綜合造價30%左右。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》的套用實例如下：
新加坡環球影城項目位於新加坡南部的世界著名旅遊勝地聖淘沙島（Sentosa）。聖淘沙島位於新加坡本島以南500米，吉寶港南岸，是新加坡本島以外的第三大島，面積3.47平方千米。環球影城場地延至聖淘沙島北部海岸，海水高低潮差平均統計3.3米。岩土覆蓋層主要有近2~3年新近海岸回填碎石土、砂土層；分布範圍及深度不確定的海相飽和軟黏土層；全風化殘積土層；強風化至中風化的破碎粉土岩、黏土岩或砂岩，物理參數見下表。
性能指標 | 液限（%） | 塑性指數（%） | 含水率（%） | 粘聚力（千帕） | 內摩擦角（度） |
取值範圍 | 35~87 | 18~57 | 11~36 | 6~10 | 0~37 |
地下水經PVC管匯集後進入集水井（下圖1），集水井內懸掛有壓力感測器（Sensor），如下圖2所示。集水井與溢流井連通，下圖4為溢流井內底部開孔，來自集水井的水從該開孔進入溢流井，兩井內水位一致。當感測器感應到集水井內水位達到1米深時的水壓時，抽水泵啟動，直到感測器通過感應水壓確定水位降至某較低水位時，抽水泵停止。從下圖3可以清晰地看到井內牆壁上有一道清晰分明的界線，界線上下牆壁顏色不同，界線即為啟動抽水泵時的水位留下的痕跡。
當地下水水位升高過快，抽水泵排水速率小於集水井入水管進水速率時，水位難以有效下降，甚至繼續上升。在溢流井牆壁上靠近頂部處，設有溢流管，如下圖5所示。水位若仍然升高，一旦達到預設警戒水位，地面自動控制系統控制臺將啟動報警，如下圖6所示，蜂鳴報警直到人為解除或進行排水系統維修或啟動應急預案後報警自動解除。該類情況可適用於抽水泵損壞且備用泵也未啟動引起的水位升高，以及地下水位突漲引起的井內水位迅速升高。
自2010年3月18日新加坡環球影城正式投入運營至2009年以前，地下室工作狀態良好，各集水井內水量較少，表明基底減壓系統運行穩定，將地下水位穩定控制在了地下室底板以下。7月9日至7月16日連續觀察7天，包括晴雨天氣，均未見各抽水泵啟動，表明集水井內水位仍較低。7月17日降雨量較大，地下水位上漲較快，環球影城地下室1號集水井持續運轉，自14:00到16:00持續開井觀察狀態，可見集水井進水量穩定，水色較渾濁，如下圖7所示；水泵運轉時控制臺如下圖8所示。
榮譽表彰
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《建築基底可控減壓排水抗浮施工工法》被評定為中國國家二級工法。
