延安黃土斜坡巖土工程勘察中抗浮設(shè)防水位的確定

張瑞松，何建東，梁 誼

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710043）

當(dāng)前城鎮(zhèn)化發(fā)展向周邊要地已成為必然趨勢(shì)，然而丘陵溝壑區(qū)受地形地貌限制，在過(guò)去城鎮(zhèn)化水平較低時(shí)，主要沿溝谷延伸拓展，逐步發(fā)展為“線形”或“帶型”城市，如延安、蘭州、寶雞等[1-4]，空間拓展可選擇方向有限。隨著近年城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城鎮(zhèn)化沿溝谷、川道發(fā)展，將侵占、消耗大量耕地，且城市功能、布局難以合理規(guī)劃。為擺脫“線”形城市局限性，多地提出了“城鎮(zhèn)上山”、“中疏外擴(kuò)、上山建城”等城市發(fā)展戰(zhàn)略[5-7]，充分利用城市周邊低丘緩坡，拓展城市發(fā)展空間。延安作為位于黃土丘陵溝壑區(qū)的典型“線”形城市，人口增加與城市空間資源不足的矛盾突出、生態(tài)環(huán)境脆弱、交通擁堵嚴(yán)重、城市功能不健全、布局不合理等問(wèn)題亟待解決，因此2012年延安市通過(guò)平山、填溝、造地、建城，“削峁建塬”擴(kuò)展城鎮(zhèn)化建設(shè)用地，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益。

“削峁造塬”后，隨著建設(shè)項(xiàng)目逐步開(kāi)發(fā)，后期開(kāi)始利用綜合坡度為10%的坡地投入建設(shè)，為滿足人防工程、地下車庫(kù)、基礎(chǔ)埋深和其他設(shè)施要求，同時(shí)為了充分利用土地資源，擬建建筑物均會(huì)設(shè)置面積較大的地下室，部分建筑物還存在純地下室及地下廣場(chǎng)，當(dāng)工程場(chǎng)地發(fā)育有地下水且影響建筑物抗浮穩(wěn)定時(shí)，不得不考慮抗浮設(shè)防水位問(wèn)題[8]。而這些場(chǎng)地地下水位往往由于監(jiān)測(cè)時(shí)間短，地下水滲流規(guī)律未查明，難以得出合理的抗浮設(shè)防水位，尤其是發(fā)生暴雨、管道滲漏等極端情況。黃土坡地地下水特征一般表現(xiàn)為地下水埋藏較深，當(dāng)需要考慮抗浮水位時(shí)，由于地下水水流系統(tǒng)復(fù)雜，抗浮建筑物前后水頭差較大，歷史最高水位難以獲取，抗浮設(shè)防水位的確定較為困難。本文通過(guò)延安黃土斜坡場(chǎng)地實(shí)際工程案例分析探討類似場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)防水位問(wèn)題。

1 抗浮設(shè)防水位確定的相關(guān)研究

常用相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)抗浮設(shè)防水位的確定做了一些說(shuō)明?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[9]3.0.4條第1款提出勘察報(bào)告應(yīng)提供用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)防水位。條文說(shuō)明中強(qiáng)調(diào)，抗浮設(shè)防水位是重要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)于情況復(fù)雜的重要工程，要在勘察期間預(yù)測(cè)建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時(shí)相當(dāng)困難，應(yīng)根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021）[10]，進(jìn)行專門研究?！陡邔咏ㄖr土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T72-2017）[11]8.6.2條給出了抗浮設(shè)防水位綜合確定的5款規(guī)定。①抗浮設(shè)防水位宜取可能遇到的最高水位；②施工期間的抗浮設(shè)防水位可按勘察時(shí)實(shí)測(cè)的場(chǎng)地最高水位，并考慮其他不利因素綜合確定；③對(duì)于多類型地下水有水力聯(lián)系時(shí)，宜按各層水的混合最高水位確定。8.6.3 條和8.6.4 條提出場(chǎng)地位于斜坡地段，情況復(fù)雜時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門論證，在抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，“應(yīng)分析地下水滲流在地下室底板產(chǎn)生的非均布荷載對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響”。8.6.5 條提供了穩(wěn)定地下水位作用下的浮力計(jì)算方法。《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 476-2019）[12]對(duì)建筑工程中抗浮提出系統(tǒng)性的技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)5.3.3條，使用期抗浮設(shè)防水位應(yīng)取下列地下水水位的最高值：①地區(qū)抗浮設(shè)防水位區(qū)劃圖中場(chǎng)地區(qū)域的水位區(qū)劃圖；②水位預(yù)測(cè)咨詢報(bào)告提供的使用期最高水位；③設(shè)計(jì)使用年限相同時(shí)限的場(chǎng)地歷史最高水位；④與使用期相同時(shí)限的場(chǎng)地地下水長(zhǎng)期觀測(cè)的最高水位；⑤多層地下水的獨(dú)立水位、有水力聯(lián)系含水層的最高混合水位；⑥對(duì)場(chǎng)地地下水水位有影響的地表水系與設(shè)計(jì)使用年限相同時(shí)限的設(shè)計(jì)承載水位；⑦根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)確定的最高水位。

一些專家學(xué)者對(duì)于抗浮設(shè)防水位的確定進(jìn)行了分析研究。如張思遠(yuǎn)[13]指出在確定建筑物基礎(chǔ)抗浮水位時(shí)，對(duì)于存在多層地下水的場(chǎng)地，宜分層預(yù)測(cè)最高地下水位。楊瑞清等[14]提出潛水型地下水設(shè)防水位應(yīng)以歷年潛水面最高標(biāo)高即最高潛水水位作為設(shè)防水位；滯水地下水設(shè)防水位應(yīng)以歷年滯水面最高標(biāo)高即最高滯水水位作為地下水的設(shè)防水位，同時(shí)也提出浮力折減系數(shù)的概念。張曠成等[15]認(rèn)為每個(gè)場(chǎng)地只有一個(gè)“場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位”，一般情況下，上層滯水不考慮浮力，并提出k≤0.5m/d 的弱透水層，在考慮滲流情況下，靜水壓力可以考慮折減。

2 研究區(qū)場(chǎng)地概況

2.1 研究區(qū)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

研究區(qū)場(chǎng)地原始地貌為黃土斜坡區(qū)，經(jīng)大面積削山造地工程施工后，場(chǎng)地斜坡經(jīng)削山工程形成挖方區(qū)，根據(jù)與削山造地前原始地形圖對(duì)比，最大挖方厚度約30m，南側(cè)溝谷區(qū)經(jīng)回填形成填方區(qū)，最大填方厚度約10m，場(chǎng)地削山前原始地形圖見(jiàn)圖1。場(chǎng)地現(xiàn)狀地形為黃土坡地，東北高西南低，綜合坡度約10%，見(jiàn)圖2，場(chǎng)地現(xiàn)狀全景圖見(jiàn)圖3。

圖1 場(chǎng)地削山前原始地形圖

圖2 場(chǎng)地削山造地后現(xiàn)狀地形圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露，場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)為壓實(shí)填土層、黃土層、古土壤層、粉質(zhì)粘土層、基巖，典型工程地質(zhì)剖面見(jiàn)圖4，主要地層結(jié)構(gòu)如下：

圖3 場(chǎng)地現(xiàn)狀全景圖

粉質(zhì)粘土N2：棕紅—褐紅色，堅(jiān)硬—硬塑。結(jié)構(gòu)致密，含較多白色鈣質(zhì)結(jié)核及少量黑色斑點(diǎn)，局部鈣質(zhì)結(jié)核含量較大，并富集成層，該層埋藏較深。

圖4 典型工程地質(zhì)剖面圖

砂巖、泥巖J ：強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化，灰黃—青灰色。強(qiáng)風(fēng)化砂巖泥巖巖石結(jié)構(gòu)基本被破壞，大部分已風(fēng)化成塊狀。中風(fēng)化砂巖泥巖巖芯呈短柱—柱狀，薄層—中厚層狀構(gòu)造，砂巖礦物成分以石英長(zhǎng)石為主，該層埋藏較深。

2.2 研究區(qū)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

一般情況下，延安黃土斜坡區(qū)地下水位埋藏較深，可不考慮抗浮設(shè)防水位。但研究區(qū)由于削山造地，上部地層開(kāi)挖后導(dǎo)致地下水位埋深減小，而擬建建筑物基礎(chǔ)埋深較大，當(dāng)?shù)叵滤绊懡ㄖ锇踩€(wěn)定時(shí)，應(yīng)考慮抗浮設(shè)防水位問(wèn)題。

據(jù)延安市氣象站1951～2005 年資料，年內(nèi)降水主要集中在6～9月，占全年降水量的70%左右，延安氣象站氣象要素見(jiàn)圖5。潛水的自然水位動(dòng)態(tài)和季節(jié)變化有關(guān)，本次勘察時(shí)所測(cè)的地下潛水位接近年內(nèi)季節(jié)性變化中的高水位期水位。

按水力性質(zhì)及含水介質(zhì)特性，本場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水，局部為基巖裂隙水，本場(chǎng)地主要含水地層為離石黃土層，地下水補(bǔ)給區(qū)與徑流區(qū)一致，以大氣降水、地表水入滲為主要補(bǔ)給來(lái)源，補(bǔ)給形式主要為活塞式下滲[16]，即入滲水的濕鋒面整體向下推進(jìn)?？辈炱陂g為豐水期，水位處于高水位。地下水排泄主要受地貌形態(tài)控制，在黃土層由地勢(shì)較高區(qū)域向較低徑流，排泄至場(chǎng)地下游的排水盲溝，部分下滲為基巖裂隙水。本項(xiàng)目勘察期間（2019年7月30日～8月12日）及2019 年10 月29 日進(jìn)行二次測(cè)量，場(chǎng)地內(nèi)大部分鉆孔勘探深度范圍內(nèi)見(jiàn)地下水。

3 抗浮設(shè)防水位的確定

研究區(qū)位于黃土斜坡區(qū)，分布建筑物12棟和6棟純地下車庫(kù)。根據(jù)建筑物基底標(biāo)高與地下水位進(jìn)行比較，共3棟建筑物及5棟純地下車庫(kù)受到地下水位影響。

根據(jù)研究區(qū)建筑物在場(chǎng)地內(nèi)分布特征及場(chǎng)地地形地貌，對(duì)面積分布范圍較大的地下車庫(kù)，按照地下水流場(chǎng)特征劃分抗浮設(shè)防分區(qū)分區(qū)處理。根據(jù)文獻(xiàn)[12]中第5章5.3節(jié)，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)監(jiān)測(cè)水位，難以預(yù)測(cè)地下水位，研究區(qū)內(nèi)主要通過(guò)鉆孔獲取穩(wěn)定地下水水位并考慮地下水位年變化幅度2.0～3.0m的不利工況，通過(guò)考慮場(chǎng)地地貌、地下水類型、地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征等因素，綜合確定擬建場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位，詳見(jiàn)表1。其中擬建6#、7#、9#建筑物僅在施工期間需考慮抗浮設(shè)防水位，而各地庫(kù)分區(qū)在施工期間至建筑物全壽命使用期間均需考慮抗浮設(shè)防水位，建議本工程各地庫(kù)分區(qū)需考慮設(shè)置壓重或抗浮樁或抗浮錨桿。后期應(yīng)注意硬化地面，降低降雨入滲量，減少地下水補(bǔ)給，同時(shí)場(chǎng)地內(nèi)涉水管道應(yīng)做定期檢漏工作，防止地下水位出現(xiàn)大幅抬升。

4 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)本工程實(shí)例，加深對(duì)黃土斜坡區(qū)地下水位抗浮設(shè)防水位及抗浮設(shè)防措施確定的認(rèn)識(shí)，為今后工作積累經(jīng)驗(yàn)。

（2）一般情況下，黃土斜坡區(qū)涉及地下水、提供抗浮水位項(xiàng)目較少，相關(guān)研究和文獻(xiàn)匱乏。當(dāng)實(shí)際工程項(xiàng)目中遇到類似問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)查清場(chǎng)地穩(wěn)定地下水位，并通過(guò)豐、枯水期分析場(chǎng)地地下水水位變幅，以謹(jǐn)慎態(tài)度提出抗浮設(shè)防水位。

（3）近年來(lái)，貴州、山東等地建筑場(chǎng)地在施工期間因短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)降雨引起地下水水位上升或地表水進(jìn)入基坑，導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)上浮破壞。本項(xiàng)目施工期間，降水強(qiáng)度較大時(shí)，強(qiáng)度超過(guò)入滲能力后，轉(zhuǎn)化為地表徑流，短時(shí)間內(nèi)侵入已開(kāi)挖基槽，尤其是6#地庫(kù)，可能會(huì)造成地下結(jié)構(gòu)上浮破壞，因此建議施工期間應(yīng)注意增強(qiáng)防、排水措施。

表1 抗浮設(shè)防水位一覽表

（4）當(dāng)研究區(qū)內(nèi)建筑物全壽命使用期間場(chǎng)地硬化、排水系統(tǒng)完善后，地下水補(bǔ)給量減小，地下水水位下降，建筑物上浮風(fēng)險(xiǎn)減小。

（5）有條件的工程項(xiàng)目，盡可能進(jìn)行地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)，積累資料，以便提出更準(zhǔn)確合理的抗浮設(shè)防水位。