20100820-静水压力释放层技术

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1、靜水壓力釋放層技術在上海市地下空間結構抗浮工程中的應用價值分析章致一土木開業技師中聯工程顧問股份有限公司總經理束昱同濟大學教授上海同濟聯合地下空間規劃設計研究院院長李明書中測科技股份有限公司經理摘要：上海正在發展成為國際化大都市，地下空間資源勢必被加速開發利用。由於上海特殊的地質條件，對地下空間結構物，必定有浮力與承載力不均問題，從而產生對基礎結構體差異變位元過大的裂縫與壓力滲漏等後果。本文系統介紹在臺灣早己發展成熟的岩土工程新工藝---靜水壓力釋放層技術。因靜水壓力會對地下空間結構的基版底形成浮力，經由靜水

2、壓力釋放層，可以改變為基底局部土層為滲流網狀態，浮力由土重平衡便不需額外結構體的平衡。該項新技術與傳統的抗浮樁等技術措施相比，具有工期短、成本低、耐久性好、安全度高、水資源可綜合利用等特點，是一種綠色低碳型岩土工程新技術。根據臺灣地區多年的研究與應用實踐證明，該項技術在大陸及上海地區的地鐵車站、多層單建式地下車庫、多層裙房地下室等地下空間工程中具有良好的實用推廣價值。111、前言國際大都市的發展過程，當地上空間不足與土地價格昂貴時，開發利用地下空間是一種主流發展趨勢。地下空間工程自然有很多岩土工程問題，尤其是

3、深開挖基坑與地下公共工程。本文就地下空間結構物基礎版下的長期靜水壓力(浮力)，針對結構體局部與整體穩定的影響及單層基礎版在靜水壓力的滲漏問題，提出兩種符合岩土工程理論的不同解決方案，並進行不同價值效益分析，為決策者選擇提供科學依據。根據調查分析，目前上海市對於基礎版下長期靜水壓力問題的解決方案，主要採用版基承受靜水壓的水壓力，成為版底上浮力，集中由抗浮基樁傳遞至超固結的土層，以摩擦力錨固，做為解決方案。此方案是類似樑柱結構系統的力學架構(圖1)。至於基礎底的單層基版尚有滲漏問題，則採用自然蒸發、補漏、導水或防

4、水工程維修處理。多年來，抗浮基樁被認為是安全、可行與符合力學與規範的解決方案，是結構上最佳解決方案。但是，隨著新科技的發展與應用，岩土工程界已經認為這並非是唯一最佳解決方案。近年來，國際與臺灣的岩土工程界，在具有適當低透水性的地質條件及擋土設計，利用滲流壓原理，將作用於基底版的靜水壓力，完全轉移至基底下的土重承受(圖2)的解決方案。這項利用滲流壓原理的岩土工程技藝，已經過二十年以上徹底的研究，完全成功的實踐案例超過五十個。2010年6月，經過上海市建築建材業市場管理總站的審核和批准，由臺灣中聯公司發明的靜水壓

5、力釋放層技術已經被認定為上海市新技術新產品標準。該項新工藝新技術產品在臺灣己非常成熟，具有先進技術性、創新性，與抗浮樁產品比較，是一種綠色建築工程技術新產品。且在不同制高點的價值層次、效益都非常高，所以不論在符合安全、品質，對開發與建築業主均有實質的價值利益，對上海市地下空間的長期發展，及國家的節能、減碳政策，都可以發揮積極有效和顯著的價值效益。11圖1利用抗浮基樁抵抗水浮力示意圖圖2利用靜水壓力釋放層技術消除水浮力示意圖2、地下空間結構體的浮力與壓力型滲漏問題假設建物生命週期的最高水位為地表，建物中空基礎的

6、開挖深度(圖3)，即基底，基底的最大靜水壓力(最大水浮力)：(1)地下空間結構，類似地下涵洞空間(圖4)，且位於地下水位面以下，則此地下空間的頂面與底面間的水壓力差等於涵洞空間的高度：(2)11當結構體的單位重量小於結構體排除的水重時，整體結構便有緩慢隆起潛能；即使結構體的單位重量大於基底的單位靜水壓力產生的浮力，仍需考慮基礎底版靜水壓力對底版本身的結構行為。底版下保持長期靜水壓力，由混凝土施工縫及收縮縫的壓力水滲漏問題(照片1、2)。圖3基底的最大靜水壓力(最大水浮力)示意圖圖4地下涵洞最大靜水壓力(最大水

7、浮力)示意圖11照片1因基底的靜水壓力造成混凝土施工縫及收縮縫的滲漏結果照片2過大靜水壓力造成基版破裂及滲漏2、固定功能型需求，不同的標準解決方案固定功能型的問題必有明確的多重的解決方案—不同學科的思維，形成不同標準化產品的解決方案3.1以結構力學原理的解決方案11針對基底靜水壓力過大，會使基底隆起、破裂或上浮的功能需求。規劃期若採用結構力學原理為思維的解決方案如下：基底向上的浮力＝基底靜水壓力×面積－結構物靜重(3)設計抗浮椿錨固的拉力≧基底向上的浮力(4)此種標準化解決方案的結論，抗浮椿產品是解決基底因浮

8、力產生隆起、裂縫問題不可或缺的零件。以結構力學的觀點，抗浮樁是此種解決方案的必要關鍵產品。且抗浮基樁已行之多年，有設計規範，是最可靠、有效的最佳解決方案。3.2以岩土工程動態滲流壓原理的解決方案針對基底靜水壓力過大，會使基底隆起、破裂或上浮的功能需求，以岩土工程的動態滲流壓原理為思維，提出解決方案：基底向上的浮力＝基底靜水壓力×面積－結構物靜重(3)在公式(3)中，基底向上的浮力是結果，而基底靜水壓