某工程地下水抗浮折減試驗(yàn)研究

孫廣利高 濤安 征

(1:吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長春 130026;2:吉林建筑工程學(xué)院測繪與勘查工程學(xué)院，長春 130118;3:中交一公局華祥國際路橋有限公司，北京 101100)

1 工程概況

擬建工程地上建筑主樓25層，裙房5～6層，地下3層，總建筑面積110288.0 m2，其中，地上建筑面積84472.0 m2，地下建筑面積25816.0 m2.框架或框剪結(jié)構(gòu)，擬采用筏板基礎(chǔ)，基底埋深15.0 m.該工程的工程重要性等級為一級，場地等級為二級，地基等級為二級，巖土工程勘察等級為甲級.

2 場地地質(zhì)條件

2.1 場地地層條件

本工程場地地貌單元為波狀臺(tái)地.在勘察深度內(nèi)場地土為巨厚的第四紀(jì)黏性土層，按巖土的物理力學(xué)性質(zhì)共分為6層.地層自上而下分述如下:

①人工填土:褐黑色、黃褐色粘性土、建筑垃圾及碎石等雜物組成，稍密狀態(tài)，層厚1.00 m～3.00 m;

② 粉質(zhì)黏土:黃褐色，可塑狀態(tài)，中等壓縮性，層厚2.60 m ～7.30 m，層頂標(biāo)高227.07 m ～230.01 m;

③粉質(zhì)黏土:黃褐色，褐色，可塑偏硬狀態(tài)，中等壓縮性，層厚0.80 m～7.90 m，層頂標(biāo)高221.51 m～226.29 m;

④黏土:黃褐色，硬塑狀態(tài)，中等壓縮性，局部為可塑－硬塑粉質(zhì)黏土，層頂標(biāo)高216.97 m～222.57 m;

⑤泥巖:紫紅、磚紅色白堊系軟巖，全風(fēng)化，結(jié)構(gòu)已破壞，呈黏性土狀，層頂標(biāo)高209.33 m～211.12 m;

⑥泥巖:紫紅、磚紅色白堊系軟巖，強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)大部分破壞，呈塊狀，向下逐漸變?yōu)橹酗L(fēng)化，干鉆進(jìn)困難，層頂標(biāo)高 207.89 m ～209.95 m.

2.2 水文地質(zhì)條件

(1)地下水的類型及埋藏、分布特點(diǎn).勘察深度內(nèi)，地下水分為兩層地下水，第一層為潛水，埋藏于第①～③層土體中，勘察鉆孔中實(shí)測地下水初見水3.50 m～4.80 m，初見水位標(biāo)高225.32 m～226.19 m;穩(wěn)定水位3.20 m～4.00 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高225.78 m～226.97 m.3個(gè)月后勘察鉆孔中實(shí)測地下水初見水位3.30 m～4.20 m，初見水位標(biāo)高225.62 m ～228.21 m，穩(wěn)定水位2.10 m ～4.00 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高 225.17 m ～229.31 m.第二層為基巖裂隙水，屬潛水類型，埋藏在全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化泥巖中，水量較小.

(2)地下水補(bǔ)給、排泄條件及動(dòng)態(tài)變化.地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水補(bǔ)給，主要以蒸發(fā)方式排泄.場地地下潛水水位隨季節(jié)變化，6～9月份為豐水期，水位年變化幅度1.0 m左右.

3 原位測試工作

3.1 測試目的和任務(wù)要求

(1)測試目的.測試工作的目的是實(shí)測基礎(chǔ)底標(biāo)高處地基土天然條件下孔隙水壓力，通過實(shí)測數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果的對比，驗(yàn)證黏性土地基中地下水的浮力是否應(yīng)折減.為該工程的地下水浮力計(jì)算及采取經(jīng)濟(jì)合理的抗浮措施提供依據(jù).

(2)任務(wù)要求.量測基礎(chǔ)底面下(地面整平標(biāo)高下，－15 m)黏土地基中天然條件下的孔隙水壓力，提供擬建場地地下水孔隙水壓力折減系數(shù).

3.2 測試工作情況

3.2.1 測試孔布置

天然條件下，建筑物基礎(chǔ)底面浮力荷載即為地下室底板所在位置的實(shí)際孔隙水壓力.因此，依據(jù)建設(shè)場地水文地質(zhì)特征，考慮地下結(jié)構(gòu)埋設(shè)位置與土層及含水層的對應(yīng)關(guān)系，在擬建建筑物基礎(chǔ)底面下黏土層中，按照一定水平間距埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)，同時(shí)布置水位觀測井.共布置6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)布置孔隙水壓力測試孔和水位觀測孔各一個(gè).測試孔編號K 1～K 6，其中，5個(gè)孔布設(shè)在基坑外側(cè)以便長期觀測，1個(gè)孔位于基坑內(nèi)，共埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)6支.在上述測試孔附近布設(shè)地下水位觀測孔，編號分別為G1～G6，地下水位觀測孔深度與對應(yīng)試驗(yàn)孔深度相同.通過鉆孔將孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)在預(yù)計(jì)地下室底板標(biāo)高處.每天測讀、記錄孔隙水壓力計(jì)讀數(shù)和觀測孔的地下水位.測試工作進(jìn)行了18 d，并作了原狀土的滲透系數(shù)室內(nèi)試驗(yàn).

3.2.2 儀器性能及孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)工作

孔隙水壓力計(jì)采用天津產(chǎn)型號為TGCY－1－100A振弦式孔隙水壓力計(jì)，量程為200 kPa;數(shù)據(jù)采集儀器為振弦頻率測定儀.其性能穩(wěn)定、分辨率較高、時(shí)間滯后性小，適合長期靜態(tài)觀測.所使用的孔隙水壓力計(jì)和數(shù)據(jù)線滿足長期穩(wěn)定性、自身的密水性能、耐久性、可靠性等要求.原位測試的主要設(shè)備及用途如表1所示.

表1 測試設(shè)備及材料

孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)施工及施工工序.采用G－1型鉆機(jī)成孔，投放不少于25 cm高的滲透性好的粗砂，適當(dāng)振密;將孔隙水壓力計(jì)緩慢放入孔底，再回填約30 cm中粗砂，適當(dāng)振密，邊拔套管邊回填直徑2 cm左右的風(fēng)干黏土(膨潤土)球，填黏土球至地表附近;安裝電纜保護(hù)箱，在測試孔附近施工地下水位觀測孔.

3.2.3 測試工作

經(jīng)過透水石沸騰排氣的孔隙水壓力計(jì)在地表讀數(shù)，測定初始值，并填寫記錄.孔隙水壓力測試過程中，每天采集孔隙水壓力計(jì)數(shù)據(jù)，并測定相應(yīng)觀測孔地下水位，測試時(shí)間持續(xù)了18 d，因降水施工而終止.

4 原位測試成果

圖1為試驗(yàn)場地內(nèi)地下水位動(dòng)態(tài)變化歷時(shí)曲線，可以看出試驗(yàn)期間場地內(nèi)地下水位變化幅度不大，場區(qū)內(nèi)地下水位介于227.07 m～229.62 m之間，試驗(yàn)期內(nèi)沒有明顯的降雨過程.曲線后段的陡降是降水施工引起的.各傳感器測試數(shù)據(jù)在埋設(shè)初期，波動(dòng)較大，其后呈現(xiàn)隨時(shí)間逐漸降低趨勢.

圖2為試驗(yàn)場地內(nèi)K 2，K 3號孔孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測的場地孔隙水壓力動(dòng)態(tài)曲線.

圖1 靜止水位時(shí)程曲線

圖2 孔隙水壓力歷時(shí)變化曲線

5 分析和結(jié)論

將該工程地下室基礎(chǔ)底板下黏土地基中的孔隙水壓力實(shí)測值與觀測孔靜水壓力計(jì)算值及按最高水位求得的靜水壓力計(jì)算值進(jìn)行對比，可以看出，基礎(chǔ)底板位置的孔隙水壓力實(shí)測值均不同程度小于計(jì)算值.依據(jù)測試結(jié)果，該場地黏土地基中地下水的浮力可折減.根據(jù)施工和測讀的具體情況，K2，K3孔資料比較具有代表性，據(jù)最后一天的觀測數(shù)據(jù)(見表2)，實(shí)測孔隙水壓力與據(jù)觀測孔水位計(jì)算的靜水壓力相比，折減系數(shù)分別為 0.86，0.84，平均為 0.85.

表2 實(shí)測孔隙水壓力與據(jù)觀測孔水位計(jì)算的靜水壓力比較

若按實(shí)測孔隙水壓力與按場地最高水位計(jì)算的靜水壓力相比，K 2，K 3，K 4，K 5，K 6測試孔的平均折減系數(shù)分別為 0.821，0.828，0.846，0.835，0.778，總平均值為 0.822，取折減系數(shù)為 0.85 是可行的.

黏性土地基中抗浮水位的折減問題需要開展更多的測試研究，并應(yīng)進(jìn)行理論研究.

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).孔隙水壓力測試規(guī)程(CECS55:93)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).巖土工程勘察規(guī)范(GB50021)(2009年版)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]袁聚云，錢建固，張宏鳴，梁發(fā)云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)(第四版)[M].北京:人民交通出版社，2009:85－86.