地下室疏排水法或释放水浮力法是指采用明排方式，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，达到取消或减少抗浮构件，降低底板抗浮荷载，减小底板厚度，较大幅度降低工程造价的目的。基坑开挖降水后，基坑内外形成水头差，地下水在岩土层中渗流，绕过止水帷幕的底部，进入基坑内并从基底涌出。当坑底土体隔水性较好或有全封闭止水帷幕可有效截断地下强透水层时，地下水的渗流将变得缓慢，使得坑内日均渗水量较少，水泵抽水负荷较低，短时间内集中抽排水即可维持水位低于坑底标高^[1,2]。

　　 上海最早于2010年颁布《CMC基底静水压力释放技术规程》(DBJ/CT 077—2010)来指导疏排水抗浮设计。近年来，广东省内也有一些项目采用了疏排水抗浮方案^[3]。例如广州琶洲保利世贸三期工程，目前使用效果良好。

　　 疏排水法适用于渗水量少，降水引起周边沉降小的工程。目前应用研究的重难点主要有^[4]:渗流计算与评估;截水止水结构的长期有效性;降水对周边环境的影响;排水减压构件的耐久性或可维修性及各种紧急情况下的安全性。

　　 佛山玖钻广场地下室工程，基坑采用地下连续墙支护，坑底以下存在较厚的淤泥层，具有采用疏排水设计的潜在条件。本文通过渗流计算，对该工程采用疏排水方案的可行性进行了评估，以期对拟采用疏排水设计的工程项目提供参考。

　　 该项目基坑长约370m、宽约190m，总面积约71 600m²。基坑分两期实施，南侧小地下室范围为一期，设置二层地下室，地下室底板面标高为-3.00m，基坑开挖深度约7m，采用密排支护桩+内支撑支护。北侧大地下室范围为二期，设置三层地下室，地下室底板面标高为-7.00m，基坑开挖深度约11m，采用1m厚地下连续墙+内支撑支护。二期基坑总周长约1 040m，总面积约49 000m²。一、二期基坑交界处共用地下连续墙，一期地下室结构施工完成后再开挖二期基坑。一期支护桩底进入圆砾层不小于2.5m，支护桩外周止水帷幕仅至圆砾层面，为悬挂式止水帷幕。二期基坑地下连续墙采用工字钢接头，墙底穿透圆砾层，进入下部强风化岩层不小于2m，为全封闭式止水帷幕。一期地下室采用抗拔桩的抗浮方案。二期地下室拟采用释放水浮力的抗浮方案，需进行渗流计算并评估可行性。图1为一、二期基坑支护平面图。图2为二期典型基坑支护剖面图。

　　 该项目先后进行了常规岩土工程勘察及专项水文地质勘察。但两项勘察报告关于部分水文参数的描述及取值存在显著差异，直接影响渗流计算，需仔细考虑，简介如下。

　　 基坑外周岩土层从上至下主要为填土层、淤泥层、圆砾层、风化岩层。其中淤泥层厚度大，大部分钻孔揭示其厚度介于20～27m之间，且淤泥夹有少量粉质黏土及粉砂。

　　 场地位于珠江三角洲冲积平原区，地下水类型为孔隙潜水。浅层地下水主要接受大气降水补给，以蒸发及向下渗流的方式排泄，水位受季节影响，年变幅约1～2m。深层地下水由于上覆相对隔水层，补给排泄作用微弱，具微承压性，勘察期间测得承压水头为2～5m。受裂隙发育程度及补给条件控制，基岩裂隙富水程度弱。

　　 现场抽水试验测得日涌水量15.4～467.2m³，从而得到上部混合土层渗透系数0.15m/d，属中等透水层;圆砾层渗透系数40m/d，属强透水层;强风化泥岩渗透系数0.04m/d，属弱透水层。

　　 岩土地勘主要参数见表1，表中抗剪强度指标为直接快剪强度均值指标，淤泥层括号()内数值为直接快剪强度峰值指标，渗透系数k值为室内试验计算值。

　　 该报告关于上部混合土层的渗透系数及透水性强弱的描述，与钻孔揭示的场地上部以淤泥为主的地质情况不一致。该报告未提供中风化岩的渗透系数，但可认为比强风化岩小。

　　 受城市建设地面硬化的影响，大气降雨直接补给地下水的量受到明显削弱，场区地下水主要以侧向补给及河涌的下渗补给为主。可分为孔隙水及基岩裂隙水两类。孔隙水的次要含水层为淤泥，为微承压水;主要含水层为圆砾，为强承压水。圆砾层以下的下伏基岩，裂隙水主要赋存于泥岩、泥质粉砂岩裂隙中，富水性极贫乏，透水性差。

　　 勘察期间淤泥层平均压力水头高度为1.80m，圆砾层压力水头高度为21.50m。现场抽水试验，测得日涌水量4.18～227.5m³，从而得到淤泥层渗透系数为0.036m/d;圆砾层渗透系数为4.37m/d。

　　 该报告未提供风化岩层的渗透系数值。

　　 为论证疏排水设计是否成立，对工程投入使用后的运营阶段，本文进行两方面模拟计算。一是计算日常疏导集中到坑底的总渗流量，二是计算日常疏排水产生的地面沉降。当总渗流量有限且可控，日常疏排水对地表沉降影响轻微时，则可以采用。总渗流量仅与室内外水位差、渗流边界、帷幕长度、岩土层分布及渗透系数有关，属于水力学稳态恒定流的计算。疏排水引起的沉降，则属于固液耦合计算，还与岩土本构模型、地下室楼盖(侧壁支点)位置及数量等相关。需先求得总渗流量，再采用井单元模拟抽水，井群总的抽水量同上述总渗流量，从而求解出抽水引起的地面沉降。

　　 本文渗流计算时做如下假定:1)所有岩土层为可排水层，且按均质各项同性考虑;2)渗流为稳态恒定流，不考虑紊流;3)不考虑承压圆砾层左右两边界上的承压水头差，即不考虑地下水沿圆砾层直接水平流动的流量损失，假定地下水均从两侧止水帷幕下全部绕流进入基坑内。

　　 本文采用PLAXIS 2D软件进行二维有限元渗流量及沉降计算，采用GTS NX 3D软件进行三维有限元渗流量补充计算。二者土体本构均采用硬化HS模型，且岩土参数取值相同。

　　 因地勘未进行室内三轴试验，不能提供有效应力条件下的抗剪强度参数。有限元计算所需的有效应力抗剪强度参数，对非淤泥层，本文直接采用快剪强度均值参数;对淤泥层，采用快剪强度峰值参数，上述取值偏于安全。有限元计算所需的变形模量指标，可采用对压缩模量进行经验换算求得。经整理，HS本构模型主要参数取值见表2，其他参数取默认值，表中E₅₀为标准排水三轴试验割线刚度，E_oed为主固结仪加载切线刚度，E_ur为卸载重加载刚度。有限元模拟时，若缺乏三轴试验参数，可根据岩土体的具体强弱情况，一般建议取E₅₀=E_oed,E_ur=(3～5)×E₅₀,E₅₀=(1～3)×E_s进行经验换算。

　　 该项目岩土地勘和水文地勘均进行了抽水试验，但所提供淤泥层和圆砾层的渗透系数、圆砾层的承压水类型及水头描述相差很大。考虑到项目的重要性，本文对上部淤泥层和圆砾层，按两份报告所提供的渗透系数分别进行计算。对承压水的水头则按照水文地勘报告，取值为在自然地面下2m。对下部强风化岩层和中风化岩层，偏安全计，分别取渗透系数为0.04和0.02m/d(地勘报告参数)以及0.08和0.04m/d(地勘报告参数的两倍)，考虑两种情况进行对照。表3为主要岩土层渗透系数组合，共进行四种计算。

　　 从基坑外周地质剖面看，各侧从上到下的岩土分层均比较一致，主要为上部淤泥层及下部圆砾层，但各侧岩土分层的层厚及埋深有一定差异。北侧中部ZK7钻孔揭示的淤泥层最厚，圆砾层埋深最深;南侧中部ZK156钻孔揭示的淤泥层最薄，圆砾层埋深最浅。ZK7钻孔分层为:填土3m，淤泥28m，圆砾7m，强风化岩7m，再往下为中风化岩。ZK156钻孔分层为:填土3m，淤泥21m，粉质黏土3m，圆砾7m，强风化岩7m，再往下为中风化岩。

　　 如采用基坑各侧实际钻孔揭示的岩土分层，建立较真实模型进行模拟，显然存在建模和数值计算上的困难。故需对地质剖面进行简化和归并，以偏保守地对渗流量进行预估。

　　 本文按全模型采用ZK7钻孔岩土分层建模;全模型采用ZK156钻孔岩土分层建模;模型一侧采用ZK7钻孔岩土分层、另外一侧采用ZK156钻孔岩土分层建模，共三种情况分别进行计算，取渗流量的最大值为评估依据，可包络岩土层空间分布差异的影响。

　　 采用平面应变模式，取单位宽度范围进行计算。考虑到基坑开挖宽度为150m、深度为11m，为确保分析精度，该模型左右总长取300m，竖向总高取60m。模型底端为封闭渗流边界，模型顶面及两侧面为自由渗流边界。初始地下水位设置在自然地面下2m，该水位也作为圆砾层承压水头线，且圆砾层承压水头不受坑内开挖的影响。模型中地下连续墙采用板单元模拟，楼盖、板撑采用锚定杆单元模拟，止水帷幕采用界面单元模拟，抽水采用井点单元模拟，并考虑开挖及地下结构施工、后期降水运营全过程。疏排水运营阶段，坑外水位保持在自然地面下2m不变，坑内水位设置在坑底部位。渗流量计算时，关闭井点单元;沉降计算时，则启动井点单元进行抽水。

　　 沿地下连续墙(兼止水帷幕)的墙底至计算模型底边界，截取一个竖向剖面，求出的剖面流量值，称为基坑外周帷幕下的单宽渗流量。基坑内坑底位置的总渗流量为通过左右两侧地下连续墙底下的单宽渗流量之和。在二维计算中，基坑总渗流量，可用基坑外周帷幕下的平均单宽渗流量乘以基坑周长算出，将此数值除以基底面积，即为基底单位面积的渗流量。二维有限元基本模型下，典型渗流场分布见图3。

　　 计算表明，按水文地勘承压水头、表3所列各岩土层渗透系数组合，当考虑一侧为ZK7，一侧为ZK156时，组合2所得渗流量最大，基坑外周两侧平均单宽渗流量为每天0.49m³/m，基坑的总渗流量为每天510m³，基底单位面积渗流量为每天0.010 3m³/m²。

　　 预估的渗流量，在后续沉降计算时，需当作抽水量输入，故此数值非常重要。因此，二维计算中，除基本模型外，本文还考虑了以下几方面的因素并进行了相应计算模拟，以评估对渗流量的影响。

　　 (1)基坑分为两期先后施工

　　 计算表明，一期基坑先行施工，会增大渗流路径，但对二期基坑总渗流量影响很小。采用不考虑一期基坑先行施工，仅考虑二期基坑施工的计算模型，可大为简化建模与计算，且所得渗流量偏大。该项目渗流计算基本模型即据此采用了简化建模。

　　 (2)坑内主体结构桩基施工及电梯井超挖

　　 该项目基底面积大，基坑内有较大量的主体结构竖向构件，尤其是裙房柱及核心筒下工程桩，也需穿透圆砾层，以岩层为持力层。工程桩成孔时，必然导致坑内不同岩土层间的水力联系发生改变，且局部电梯井超挖，故需评估对渗流量的影响。计算表明，该项目坑内结构施工仅影响坑内渗流场，坑外渗流场及帷幕下单宽渗流量基本不变。坑内涌水量由绕两侧连续墙墙底的渗流量决定，并不因坑内主体结构施工而产生显著变化。

　　 (3)季节变化导致坑外水位变动

　　 坑外因季节变化导致水位变动，而坑内照常进行疏排水且水位仍保持在底板底不变，需计算此时的渗流量及地面沉降。坑外水位因各种原因，如雨季和旱季、水文年影响等，发生显著变化，将导致坑外土体有效应力改变而产生新的沉降。因疏排水抗浮设计本身只要求保持坑内水位在底板底，而不能根本主导坑外水位，故此种沉降并不由坑内疏排水引起。

　　 雨季水位设置:坑外水位上升至地面，坑内水位在底板底。计算表明，帷幕底单宽渗流量有所增加，较基本模型最大渗流量，仅增加10%左右，影响有限。坑外上部土层总应力增量小于水压力增量，导致有效应力减少，使得地面产生较均匀隆起。

　　 旱季水位设置:坑外水位较常水位降低3m，坑内水位在底板底。计算表明，帷幕底单宽渗流量显著减少，较基本模型最大渗流量，减少40%左右。坑外上部土层因水位下降，导致有效应力增加，使得地面产生较均匀沉降。

　　 建议疏排水运营时应对坑外水位变化及地面沉降进行监测，提前采取有针对性的应对措施，必要时需采取回灌予以解决。

　　 (4)连续墙深部接头部位止水性能

　　 如何较准确模拟连续墙槽段间接头的止水性能，是值得研究的课题。本文采用关闭连续墙在圆砾层、风化岩层中的不透水界面，改为透水界面，以近似模拟连续墙槽段间接头的止水性能，在深部失效的情况。

　　 计算表明，基坑帷幕下的单宽渗流量为每天4.06m³/m，远大于接头止水效果良好时的计算值，对应的基底单位面积渗流量为每天0.10m³/m²，远超每天0.03m³/m²的允许值^[2]。这表明，一方面必须采取施工技术措施，在连续墙施工时确保连续墙及接头的止水质量;另一方面，还必须对连续墙接头部位进行加强止水。建议于接头外侧紧贴墙身增设高压旋喷桩，旋喷桩应穿透圆砾层，进入强风化岩层不小于1m。

　　 从疏排水与基坑开挖阶段降水延续性的角度分析。基坑开挖时即需要进行同步降水，使得坑内水位保持在开挖面以下不少于0.5m。开挖前，外周地下连续墙封闭式止水帷幕已施工完成，故开挖到底时的实测抽水量即为实际基坑的涌水量，可作为前述计算渗流量的参照及验证。此时坑外地面即已完成沉降，该沉降量为基坑开挖和基坑降水的双重叠加影响。待地下室主体结构施工完成，后续运营阶段进行的疏排水，实际延续的是同基坑开挖到底时的基本相同排水过程。当坑内水位保持在坑底，坑外水位可保持在原水位时，因坑内外水位没有变化，各岩土层有效应力不变，故不会产生新的沉降增量。

　　 从疏排水可能导致坑外水位产生变化的角度分析。由图3可知，该项目坑外渗流场主要集中在深部的圆砾及风化岩层。坑内疏排水，主要是坑内岩土体与坑外深部承压含水层，即圆砾及风化岩层的相互水力作用，主要影响的是圆砾及风化岩层的水力关系，并实际受其侧向补给及渗透系数大小的控制，并不会因为坑内疏排水而导致坑外上部淤泥层的水力关系发生显著变化。故可判断，坑内疏排水不易引起坑外上部淤泥层水位发生显著变化，坑内疏排水导致的坑外地表沉降数值应有限且轻微。

　　 从疏排水可能导致岩土体细颗粒产生流失的角度分析。前述渗流量计算，可以直接输出坑底部位渗流场的流速。由达西定律，可求出坑底部位的实际水力梯度。当水力梯度小于对应岩土体的临界水力梯度时，即不会产生流土导致细颗粒流失，从而不会导致坑外地面产生沉降。

　　 以ZK7组合2为例，根据渗流量计算基本模型，截取坑底部位水平剖面，查得坑底部位的最大流速为(6.95×10^-3)m/d，速度较小。根据达西定律，代入对应的淤泥渗透系数，求得坑底部位水力梯度为0.0463，仅为含细颗粒土体的临界水力梯度i_cr(可取0.30～0.35)的1/6左右，故不易产生流土现象而堵塞疏排水层，疏排水结构的耐久性较有保障。

　　 采用二维有限元计算疏排水沉降具有较好的适用性。运营阶段疏排水时的沉降计算:启动井点单元模拟排水系统进行抽水，各井点的抽水量相等，井群总的抽水量为前述求出的渗流量。该计算可直接求解并输出位移场。

　　 为评估沉降影响，本文考虑了两种流量组合，一种按1倍涌水量抽水，以模拟正常疏排水;一种按10倍涌水量抽水，为排水系统设计时的能力极限，以模拟紧急情况下的超量排水。

　　 以ZK7组合2为例，按1倍涌水量即每天510m³进行抽水，沉降输出见图4。由图可见，坑外地面仅产生平均1.2mm，最大2.3mm的沉降。坑内因井点降水，于井点处也产生最大3.4mm的沉降。

　　 查看抽水时的渗流场，可见坑内井点部位有一定的井降水效应，产生小范围的降水漏斗，但因抽水量较小，降水漏斗不显著。受止水帷幕的阻碍，坑外基本不受坑内降水漏斗的影响，按1倍预估渗流量抽水，坑外水位基本不变，这是坑外地面沉降小的根本原因。

　　 计算表明，即使按10倍预估渗流量进行超量抽水，坑外地面也仅产生平均3mm、最大6mm的沉降。超量排水不符合疏排水设计的本意，属于夸大的极端情况。

　　 该项目二期基坑形状总体较为规则，开挖深度一致，基坑各边长度较大，适合采用平面应变模式进行二维有限元渗流计算。但基坑平面上存在一处较大的弯折，为准确评估基坑形状对渗流量的影响，本文另采用MIDAS GTS建立三维模型进行渗流量补充计算。

　　 三维模型平面上沿基坑外周各边外扩30m(约3倍开挖深度)，即东西总长取450m，南北总长取210m，竖向总高取60m。模型底端为封闭渗流边界，模型顶面及各侧面为自由渗流边界。采用板单元模拟地下连续墙。初始地下水位、圆砾层的承压水头、岩土分层及本构模型参数等与二维模型相同。三维模型计算得到的基坑总渗流量为每天482m³，折算的基底单位面积渗流量为每天0.009 8m³/m²，与二维渗流计算值基本一致，这也间接验证了前述二维渗流计算的可靠性。

　　 (1)影响该项目渗流量的最主要因素是承压含水层的水头，及连续墙底区域的圆砾层、强风化与中风化岩的渗透系数取值。本文渗流计算的各参数取值，已考虑了各种不利因素，所进行的渗流计算偏保守，可用于预估坑内渗流量，评估采用疏排水法的可行性。

　　 (2)二维与三维两种计算模型所得的坑内总渗流量基本一致，约为每天500m³，基底单位面积渗流量约为每天0.01m³/m²，数值较小且仅为允许值的1/3，故有较大安全度。

　　 (3)计算表明，运营阶段坑内疏排水，正常情况下，产生的地表沉降仅在2mm内，影响轻微。且土体细颗粒不易流失，能较好地保持疏排水系统的耐久性。

　　 综上所述，该项目可以采用释放水浮力法进行抗浮设计，但需采取措施确保连续墙接头部位的止水性能。