抗浮設防水位取值探究

汪名友 雷 勇 楊旭輝 田龍裕 黃 宏

（青島市勘察測繪研究院 青島 266000）

1 引言

以往的建筑結構抗浮設防問題主要出現在蓄水池、游泳池等建筑物中。近年來隨著經濟的高速發(fā)展，城市建設進程大大加快，地下空間的利用率也越來越高，地下室、地下停車場、地鐵車站、地下商業(yè)街等純地下或輕載建筑物的建設過程也會涉及到抗浮問題。一般情況下，高層建筑地下室在建成以后的使用期抗浮很少有問題，其上覆荷載足以抵消浮力。而對于上覆荷載較小的建筑，使用期抗浮驗算往往難以通過，需考慮抗浮措施。自該問題興起至今，大量研究人員提出了自己的見解，目前形成了較為成熟的理論技術體系。2016年8月新的行業(yè)標準《建筑地下結構抗浮技術規(guī)范》已順利通過住房和城鄉(xiāng)建設部建筑設計標準化技術委員會審查，為地下結構抗浮包括基本概念、抗浮工程勘察、抗浮設防水位確定、抗浮穩(wěn)定性驗算與抗浮措施的選擇、抗浮工程設計和施工、抗浮工程檢測與驗收、監(jiān)測、加固等各個方面提供依據。然而，雖然目前理論技術已較成熟，但內容較分散，總結提煉相對較少，爭議仍較多。本文梳理了抗浮設防水位相關標準和研究內容，以期對其有更清晰和統一的認識，并且根據工程實踐，舉例說明如何對抗浮設防水位進行定值。

2 國家標準對地下水位的規(guī)定

（1）《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》對“抗浮設防水位”的概念進行了明確，抗浮設防水位指的是地下室抗浮評價計算所需的保證設防安全和經濟合理的場地地下水位。該規(guī)程第8.6.2條：有長期觀測資料時，抗浮設防水位可取實測最高水位；無長期觀測資料時，抗浮設防水位按勘察期實測最高穩(wěn)定水位并結合地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定。第8.6.5條：穩(wěn)定地下水位作用下的浮力應按靜水壓力計算，在粘土地基中臨時高水位浮力可按當地經驗適當折減。條文說明指出：因為地下室所受浮力是永久荷載，不因粘土滲透性差而減小，既使底板與基巖直接接觸的情況下，由于節(jié)理裂隙的存在及基礎與基巖間也存在微裂隙，靜水壓力也不宜折減。

（2）《巖土工程勘察規(guī)范》第4.1.13條：對重要工程需論證使用期間地下水位變化，需提出抗浮設防水位時應進行專門研究。第7.3.2條條文說明：靜水環(huán)境中可用阿基米德原理計算。在透水性較好的土層或節(jié)理裂隙發(fā)育的巖基中，計算結果即為浮力；對滲透系數低的粘土，上述原理也是適用的，但由于滲透過程的復雜性，粘土中基礎所受浮力往往小于水柱高度。

（3）《建筑地基基礎設計規(guī)范》第3.0.4條規(guī)定，巖土工程勘察報告應提供地下水埋藏情況、類型、水位變化幅度及規(guī)律，需要時應提供計算地下水浮力的設防水位。第5.4.3條及說明，簡單浮力作用情況浮力可采用阿基米德原理計算，抗浮安全系數可取1.05。

3 抗浮設防水位的確定

為了保證構筑物的安全，在工程設計中要考慮最不利情況，對于抗浮設防水位的確定來說，這種最不利情況一般就是地下水位達到最高時的情況。根據《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》的方法，當有長期水位觀測資料時，場地抗浮設防水位可采用實測最高水位；無長期水位觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實測最高穩(wěn)定水位并結合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定。對于沒有長期觀測資料但對各類地下水的年變幅比較清楚的地區(qū)，常采用如下公式計算：地下水最高水位＝勘察期間該層地下水最高水位＋該層地下水在相當于勘察時期的年變幅＋可能的意外補給造成的該層水位上升值。其中，各層地下水在勘察期間的最高水位需通過分層實測獲得。地下水的年變幅即多年平均豐水期水位減去枯水期水位，在枯水期勘察應加整個年變幅，在豐水期勘察可少加甚至不加。而可能的意外補給造成的地下水水位上漲值則需要詳細的調查搜集相關資料，考慮和計算在可能周邊工程抽降或補給地下水、暴雨入滲、洪水等意外情況下水位可能發(fā)生的變化幅度。

4 工程實例

青島市黃島區(qū)新江城項目建筑為地上6層，地下3層，勘察階段處于降雨豐富的豐水期，結合工程勘察，該場地有三層地下水：第一層臺地潛水水位標高h1為18.95～24.63，年變幅h2為1～2m；第二層層間潛水水位標高h1為18.64～21.32m，年變幅h2為1～1.5m；第三層承壓水水位標高h1為14.22～15.67m，年變幅h2為2～3。臺地潛水層與層間潛水層之間以及層間潛水層與承壓水層之間均存在有厚度大于5m的弱透水層。建筑物基底標高18.2m，坐落在層間潛水層。場地地面標高35.5～36m，場地地下水歷年最高水位為32m。因勘察處于豐水期，偏于安全取半個年變幅。根據觀測資料，最不利情況該區(qū)域水位意外補給上升近4m，層間潛水取承壓水水位增幅的一半，臺地潛水增幅為0。場地各層地下水最高水位如下：

臺地潛水：24.63+2/2=25.63m。

層間潛水：21.32+1.5/2=22.07m。

承壓水：15.67=3/2=17.17m。

該工程抗浮設防水位即為潛水最高水位應為22.07m。而若簡單取歷年最高水位32m為抗浮設防水位，將造成不必要的資金浪費，并且大大增加施工難度。

5 結語

通過上述實例，在確定建筑物基底抗浮設防水位時要有針對性，由于抗浮設防水位既關系到建筑物安全，又關系到投資問題，應引起足夠的重視。

[1]張維秀，樸東杰，周國霞.抗浮設防水位問題的探討[J].石油化工設計，2016（04）.

[2]張維秀，王雪飛，林國勝，彭 茜，朱 杰.地下水位與結構計算[J].工程建設，2009（01）.