排水与隔水封闭优化方案

在工程实践中,根据不同类型的建筑物平板基础的工作条件,建筑物允许变形条件,使用年限以及地基的水文地质条件,地形条件可以采用不同的隔水、排水方法。这些方法归纳起来大体有下面几种。

(1)排除或隔绝地表水,减少地基土的含水量,防止地基冻胀。在地下水位低的条件下地基土的含水量主要来源于地表水的入渗,排除地表水的补给,地基土将保持较低的含水量,其冻胀必然降低。在房屋建筑中采用散水坡,在渠道衬砌板下面设防渗体,以及公路路基上的整体路面等就是这种防冻害方法的具体措施。工程实践表明,只要防渗、排水措施可靠,防冻害效果是令人满意的。

(2)疏干地基防止地基土冻胀。这是一种深层排水,降低地基含水量,减轻地基冻胀的措施。当地基含水量大,透水性差,下面不深处具有容水层时,可以在黏性土地基中设足够的竖向砂井,加快土中水分排除以减少地基的冻胀作用,涵闸基础下面的盲井排水就是这种措施的实际应用。在公路路基下部设排水层,不但可以排除上部路基中的水分还可以截断地下水。对其他板形基础只要具备排水条件,都可以在地基中设置适当的排水体以加快地基土中水分的排出,如在具有陡坡段的涵闸、跃水的底板下地基中可以设置排水沟等。深层排水虽然不能完全消除地基土的冻胀性,但可以使冻胀量减少,达到减轻乃至避免冻害的目的。

(3)地基的封闭隔断一切补给水源,这是一种消除地基冻胀的有效方法。这种方法早些时候已在公路路基中得到应用,近年来我国在涵闸工程中创造性地采用了“隔层封闭地基”取得了良好的防冻害效果。

“涵闸隔层封闭地基”是将天然地基进行开挖、晾晒、脱水至塑限含水量后回填,回填时利用不透水材料进行隔层封闭处理而形成的一种人工地基,如图5.11、图5.12、图5.13所示。这种地基具有施工简单,造价低廉、消除地基冻胀、长期有效,安全可靠等优点。

5.4.4.1　隔层封闭地基涵闸的设计要点

在强冻胀土地基上设计涵闸工程,首先须了解闸址处地基的冻胀特性 (冻胀量、冻深、冻胀类型),根据地基的冻胀层厚度、建筑物不允许冻胀位移时,封闭深度按下式确定

式中 H——封闭地基土厚度,cm;

h——地基土主冻胀带深度,cm;

δ——基础板厚度,cm;

α——折减系数,对面积小的基础板α=0.5,对面积大的基础板α=1/3。

图5.11　隔层封闭地基试验工程纵剖面图 (单位:cm)

图5.12　隔层封闭地基试验工程平面图 (单位:cm)

图5.13　隔层封闭地基试验工程横剖面图 (单位:cm)

当允许基础板冻胀位移时,封闭深度可相应减少。

1.平面封闭范围的确定

为消除基础板周围土体冻胀影响,封闭土体顶面的尺寸超出独立基础板底面尺寸最小50cm,封闭土体侧面可以是直立面,或小于1∶1的坡面,视基坑开挖条件而定。(www.xing528.com)

2.回填土料的选择

回填土可以采用任何粒土,干容重由建筑物要求的承载确定,对小型涵闸一般不低于天然地基土的干容重,回填土含水量由建筑物所能耐受的冻胀变形量确定,不允许冻胀上抬时,回填土含水量控制在17%～19%,允许有少量冻胀变形时回填土含水量控制在20%～23%。

为避免基础侧面土体冻胀上抬作用,可采用换填措施或采用封闭地基方法加以解决。

3.隔层厚度的确定

隔层厚度采用35～50cm,回填土含水量较高时采用小值。

4.上部结构设计

上部结构设计原则上和涵闸设计相同,但需注意下面两点。

(1)底板(埋深)设计不再考虑地基冻胀作用而由结构强度和稳定要求确定,小型涵闸底板厚度可取35～50cm。

(2)闸室采用整体式结构时,为避免侧墙后的回填土冻胀引起闸室的整体上抬,应根据回填土的冻胀性大小采取相应的防治措施。如换填非冻胀性土、采用保温措施、采用隔层封闭回填土措施。封闭土体范围距离侧墙150～200cm;也可以采用倒π形结构,底板伸出侧墙外50～100cm,利用冻胀反力抵消侧墙所受的切向冻胀上抬作用。

5.隔层封闭材料的选择

国内外利用塑料薄膜进行渠道防渗已有20～30年的历史。瑞典和挪威采用塑料薄膜防渗的渠道工程已成功的使用了30年,我国北京东北旺农场用塑料薄膜修建的渠道防渗工程在成功的使用20年之后,实测塑料薄膜的材料性能见表5.5。经鉴定使用期限尚可延长至30～50年。新疆、内蒙古用塑料薄膜在渠道混凝土板护坡下做隔水层,成功的经受了渠道表面的不均匀冻胀作用。黑龙江省水科院在万家冻土试验场通过试验观察,当周围土体表面冻胀上升15cm 的情况下,接触面上的塑料薄膜没有发生剪切破坏现象。

上述资料和现场试验证明,塑料薄膜作为地基土的封闭材料,具有良好的耐久性和在低温下具有足够的强度、韧性和延伸性。

表5.5　运行18年后塑料薄膜性能变化

国外工程早已广泛用土工薄膜 (厚度0.75～2.0mm)作为隔水材料,我国目前不透水的土工膜种类也很多,作为封闭材料,性能更加优越,但造价高些。

5.4.4.2　隔层封闭地基的施工要点

(1)施工放线和基坑开挖与通常换填基础工程及深基础工程类似。

(2)封闭层的施工。预先将封闭材料粘接或热接成大片,尺寸大小以铺设方便为准。小型工程可以按设计要求,将外部封闭层接成一整片,直接铺设于基坑中。接缝搭接宽度10～15cm。对较大型工程,在基坑中铺设封闭材料时,应予先排干积水,各大片之间采用搭接,或现场粘接。搭接力以满足基础稳定和强度条件为准。板形基础抗冻害的宽度为15～22cm。如果采用塑料薄膜作外部封闭材料,最好用双层,错缝铺设在基坑中。为避免树根、石块等刺破封闭层,铺设前应进行妥善处理。

(3)回填土含水量应满足设计要求,回填土中应尽量不含石块、硬土块及其他能刺破封闭材料的杂质。准备好的土料分层回填,边回填边注意基坑排水,分层夯实至设计干容重。在回填过程中按设计要求铺设中间隔层(一般采用搭接)。回填土体达到设计需求后,将外部封闭层妥善包裹好,隔层封闭地基施工即告完毕。接下来便可按常规进行上部施工。

(4)如果在墙侧填土中采用隔层封闭措施施工,施工方法类似。