工程選取抗浮設(shè)防水位的應(yīng)用及思考

徐淑春 薛美麗

摘 要：城市建設(shè)的快速發(fā)展帶動(dòng)了地下空間的快速發(fā)展，就不可避免要面對(duì)地下結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題，本文從地下水賦存狀態(tài)與滲流特性，歸納總結(jié)了抗浮設(shè)防水位的合理選取。

關(guān)鍵詞：地下結(jié)構(gòu)物；抗浮設(shè)防水位；水文地質(zhì)

隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅速發(fā)展，地下空間開(kāi)發(fā)利用的發(fā)展也非常迅速，目前常見(jiàn)的有地下停車(chē)場(chǎng)、地下人防工程及商場(chǎng)、地下軌道交通等。這些地下結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)首先要解決的就是抗浮問(wèn)題，其很大的技術(shù)難點(diǎn)就是抗浮設(shè)防水位的確定?？垢≡O(shè)防水位取值過(guò)高，勢(shì)必要采取很多技術(shù)措施來(lái)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)物修建和使用期間抗浮穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)安全性，從而增加混凝土及鋼筋的用量，造成浪費(fèi)?？垢≡O(shè)防水位取值過(guò)低，很難抵抗各種工況下地下水位上升帶來(lái)的危害，以致造成地下結(jié)構(gòu)物滲水、開(kāi)裂，甚至抗浮失效而失衡，近年來(lái)此類(lèi)工程安全事故屢有發(fā)生。

1 抗浮設(shè)防水位工程應(yīng)用的現(xiàn)狀

現(xiàn)行的有些規(guī)范對(duì)抗浮設(shè)防水位有所體現(xiàn)，但不太明確。如《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）7.3.2—1：“對(duì)基礎(chǔ)、地下結(jié)構(gòu)物和擋土墻，應(yīng)考慮在最不利組合情況下，地下水對(duì)結(jié)構(gòu)物的上浮作用；對(duì)節(jié)理不發(fā)育的巖石和黏土且有地方經(jīng)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定；有滲流時(shí)，地下水的水頭和作用宜通過(guò)滲流計(jì)算進(jìn)行分析評(píng)價(jià)”；再如《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ72—2004）8.6.2—1：“當(dāng)有長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料時(shí)，場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位可采用實(shí)測(cè)最高水位；無(wú)長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料或資料缺乏時(shí)，按勘察期間實(shí)測(cè)最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定”。以上可見(jiàn)，規(guī)范對(duì)地下結(jié)構(gòu)物抗浮的問(wèn)題均有所提及，但都是框架性的技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)，還有很多關(guān)鍵的細(xì)節(jié)問(wèn)題沒(méi)有說(shuō)明，真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)還有很大的差距；以至于工程應(yīng)用中的《巖土工程勘察報(bào)告》一般也只是提及最高水位及常年平均水位，造成的結(jié)果就是對(duì)水文地質(zhì)不熟悉的工程技術(shù)人員出于安全考慮保守地以最高水位作為抗浮設(shè)防水位，這種簡(jiǎn)單的處理方法顯然是不合理的，很不經(jīng)濟(jì)，因此很有必要對(duì)這個(gè)問(wèn)題認(rèn)真分析和總結(jié)一下。

2 抗浮設(shè)防水位的定義

《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》2.1.6給出了抗浮設(shè)防水位的定義：地下室抗浮評(píng)價(jià)計(jì)算所需的、保證抗浮設(shè)防安全和經(jīng)濟(jì)合理的場(chǎng)地地下水水位?？垢≡O(shè)防水位是保證結(jié)構(gòu)物使用期間整體穩(wěn)定性的必要條件；另外，抗浮設(shè)防水位是整個(gè)工程場(chǎng)地水位，不能以某個(gè)結(jié)構(gòu)物單獨(dú)來(lái)考慮其變動(dòng)規(guī)律，其不但與地下水天然變幅、地層賦存條件以及氣候變化、降水多少等自然因素有關(guān)，而且還和地下水開(kāi)采、儲(chǔ)存等人為因素有關(guān)。因此，抗浮設(shè)防水位的確定應(yīng)根據(jù)整個(gè)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，工程場(chǎng)地的排泄情況等方面綜合確定。

3 了解工程場(chǎng)地所處區(qū)域的水文地質(zhì)條件

確定抗浮設(shè)防水位前應(yīng)先了解工程所在地的水文地質(zhì)條件。首先，搞清楚地下水的賦存狀態(tài)。地下水依據(jù)賦存狀態(tài)劃分為上層滯水、潛水和承壓水。上層滯水是指包氣帶內(nèi)局部隔水層之上積聚的具有自由水面的重力水。其由雨水、融雪水等滲入時(shí)被局部隔水層阻滯而形成，消耗于蒸發(fā)及沿隔水層邊緣下滲。其性質(zhì)基本與潛水相同，主要依靠大氣降水補(bǔ)給。承壓水是指充滿(mǎn)于兩上穩(wěn)定隔水層之間的地下水，承受一定的靜水壓力，它的埋藏區(qū)與地表補(bǔ)給區(qū)不一致，因此，承壓水的動(dòng)態(tài)變化受局部氣候因素影響不明顯。

其次，必須了解當(dāng)前場(chǎng)地含水層的分布、補(bǔ)給、徑流、排泄關(guān)系。通過(guò)地質(zhì)勘察，察明場(chǎng)地地下水類(lèi)型和分布，了解工程場(chǎng)地附近地面水體與其地下水的側(cè)向補(bǔ)給情況，掌握近幾年內(nèi)地下水位的年變化幅度。地下水位的變化主要受到大氣降水與人類(lèi)活動(dòng)的影響，大氣降水對(duì)年變化幅度有較大影響，但對(duì)多年的水位變化幅度較??；若人類(lèi)活動(dòng)劇烈，會(huì)改變各層地下水的賦存和滲流狀態(tài)，此時(shí)對(duì)已建工程和擬建工程造成的影響很大。

最后，要了解結(jié)構(gòu)物基底所在含水層是否有弱水層存在。若有弱透水層存在，其會(huì)改變地下水的補(bǔ)排關(guān)系，形成了各自的賦存和滲流特征。在水力梯度驅(qū)動(dòng)下，不同含水層間會(huì)發(fā)生越流滲透。由于弱透水層滲透性小，地下水垂直進(jìn)人該層后水力坡度增大，水頭衰減加快。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)觀察與測(cè)試，驗(yàn)證了水頭在通過(guò)弱透水層越流補(bǔ)給過(guò)程中會(huì)發(fā)生較大的“水頭損失”。

4 確定抗浮設(shè)防水位

有了工程地質(zhì)水文知識(shí)及了解工程所在地的地質(zhì)情況后，就可以進(jìn)行抗浮設(shè)防水位確定的工作了。首先對(duì)結(jié)構(gòu)物基底埋深與地下土層的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行分析，確定了地下結(jié)構(gòu)物基底所含水層后，結(jié)合該水層補(bǔ)給、排泄條件和年度變化情況對(duì)其后期的最高水位進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。目前隨著很多地下工程建設(shè)的需要，有些地方開(kāi)發(fā)了地下水位預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，本系統(tǒng)是在系統(tǒng)研究了當(dāng)?shù)乜傮w規(guī)劃區(qū)內(nèi)的淺層地下水賦存與滲流特性、水位變化的歷史過(guò)程和影響因素的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，已經(jīng)很好地服務(wù)于當(dāng)?shù)氐叵鹿こ探ㄔO(shè)。目前，應(yīng)用比較方便的經(jīng)驗(yàn)公式是：地下水最高水位=勘察期間該層地下水最高水位+該層地下水在相當(dāng)于勘察時(shí)期的年變幅+可能的意外補(bǔ)給（意外補(bǔ)給指非本區(qū)大氣降水的補(bǔ)給，如水庫(kù)放水或引水工程等）造成的該層水位上升值。其中，該層地下水位在相當(dāng)于勘察時(shí)期的年變幅即為：在枯水期勘察加整個(gè)年變幅，在豐水期勘察根據(jù)工程當(dāng)?shù)厍闆r及工程經(jīng)驗(yàn)決定加的幅度。

5 結(jié)語(yǔ)

確定抗浮設(shè)防水位是一個(gè)系統(tǒng)的工程，不但需要具備一定的工程地質(zhì)知識(shí)，還要熟悉工程區(qū)域的水文地質(zhì)情況及豐富的地下工程經(jīng)驗(yàn)，然后以區(qū)域水文地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)勘察資料、地下水賦存狀態(tài)及補(bǔ)給條件為基礎(chǔ)，合理判斷工程場(chǎng)地可能的最高水位，以此作為抗浮設(shè)防水位。

參考文獻(xiàn)

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