黏性土地基中抗浮設防水位的取值及抗浮措施淺析

尹金香 趙建洲

（1.遼寧省市政工程設計研究院有限責任公司，遼寧沈陽 110006；2.中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司，遼寧沈陽 110179）

1.關于抗浮設防水位的概述

所謂抗浮設防水位，其實就是確保地基安全性及其經濟性的施工現場地下抗浮評價。在對抗浮設防水位進行確定的過程中，相關單位需要注意以下兩點：（1）讓地基具備足夠的抗浮設防安全性，避免地下水浮力對地基產生不良影響。（2）確保工程的經濟性，避免因抗浮設防太過保守而導致的施工經濟浪費。就目前來看，《高層建筑巖土工程勘察標準》JGJ/T72-2017是抗浮設防水位具體選擇中的參照標準，相關單位需根據這一標準，結合現場實際條件來進行抗浮設防水位的合理確定。

2.場地抗浮設防水位確定過程中存在的主要問題

通過以往的施工經驗分析可知，上述規(guī)范中的相關要求并不能使其實際的生產需求得以全面滿足。經總結后發(fā)現，其主要問題包括以下三個：（1）現有規(guī)范僅僅對其水位取值方面的思路予以提出，沒有明確的取值方法和計算公式。（2）很多地區(qū)的水位都得不到長期觀測，可供參考的依據只有勘察成果、臨時觀察以及相關經驗。（3）因勘察時間比較短，加之季節(jié)因素影響，使得地下水資料采集比較片面，加之勘察方法限制，使得勘察結果與實際情況差異較大。

3.地基中抗浮設防水位的取值及抗浮措施

3.1 抗浮設防水位確定的相關研究

對于抗浮設防水位，一些常用規(guī)范對其確定進行了說明?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》（GB50007-2011）3.0.4條第1款提出勘察報告應提供用于計算地下水浮力的設防水位。條文說明中強調，合理的抗浮水位參數設計至關重要，對于情況復雜的重要工程，要在勘察期間預測建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時相當困難，應根據《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021），進行專門研究。《高層建筑巖土工程勘察標準》（JGJ/T72-2017）8.6.2條中提出了幾個關于抗浮設防水位確定中的綜合標準：

（1）該水位應該按照可能會遇到的水位最高值來確定。（2）該水位在施工過程中可通過實際勘察測量到的最高水位來進行確定，并考慮其他不利因素綜合確定。（3）如果地下水類型很多，且存在水力聯系，則需要按照每一層的最高混合水位來確定。

8.6.3條和8.6.4條提出場地位于斜坡地段，情況復雜時，應進行專門論證，在抗浮設計時，需要對地下室底板因地下水滲流問題所產生的非均勻荷載及其在地下室結構中產生的影響進行分析。8.6.5條提供了穩(wěn)定地下水位作用下的浮力計算方法?！督ㄖこ炭垢〖夹g標準》（JGJ476-2019）對建筑工程中抗浮提出系統(tǒng)性的技術要求。該標準5.3.3條，使用期抗浮設防水位應取下列地下水水位的最高值：

（1）地區(qū)抗浮設防水位區(qū)劃圖中場地區(qū)域的水位區(qū)劃圖。（2）水位預測咨詢報告提供的使用期最高水位。（3）設計使用年限相同時限的場地歷史最高水位。（4）與使用期相同時限的場地地下水長期觀測的最高水位。（5）多層地下水的獨立水位、有水力聯系含水層的最高混合水位。（6）對場地地下水水位有影響的地表水系與設計使用年限相同時限的設計承載水位。（7）根據地方經驗確定的最高水位。

一些專家學者對于抗浮設防水位的確定進行了分析研究。如張思遠指出在確定建筑物基礎抗浮水位時，對于存在多層地下水的場地，宜分層預測最高地下水位。楊瑞清等在研究中提出，對于潛水類抗浮設防水位，需要按照歷年來的最高潛水面標高，也就是潛水水位的最大標高來進行確定；而在對滯水類型的地下水進行設防水位的具體確定中，則需要將滯水面在歷年來的最大標高作為標準來進行確定，同時也提出浮力折減系數的概念。張曠成等認為在每一個場地中，抗浮設防水位都應該只有一個，通常來講，上層滯水并不需要對浮力進行考慮，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。

3.2 抗浮設防水位取值的規(guī)定

在《高層建筑巖土工程勘察標準》JGJ/T72-2017中，在對抗浮設防水位進行綜合確定方面做出了以下幾項規(guī)定：第一，將從地下室施工開始一直到使用壽命范圍內有可能會遇到的最高水位用作抗浮設防水位，這個水位需要按照現場的實際地層結構、地貌單元以及地下水等來綜合確定，如果具備長期的地下水觀測資料，則需要結合觀測資料，結合地下室的設計使用期限來進行抗浮設防水位的科學確定。第二，在施工過程中，可根據實際勘察測量中獲得的最大水位值來設定抗浮設防水位；同時需要將季節(jié)變化對地下水位變化所造成的影響作為依據，結合工程結構自重以及上部覆土重量，來進行抗浮設防水位的合理設定。第三，如果場地中的地下水為多種類型，雖然每一種類型的水位都具有獨立性，但是如果相對隔水層已經達到了飽和，且每一類地下水之間都具有水力聯系，則需要根據其混合水位的最高值來確定抗浮設防水位。第四，如果地下結構和江河湖海等的各種地表大型水體鄰近，且這些地表水與現場地下水之間存在水力聯系，則需要按照百年一遇的地表水最高水位、波浪高度以及地下排水管網的實際情況來進行抗浮設防水位確定。第五，如果現場處在城市低洼地帶，可將室外地坪高程用作抗浮設防水位取值標準[1]。

3.3 抗浮設防水位取值中需要考慮的因素

由于很多因素都會對抗浮設防水位產生影響，所以在對抗浮設防水位進行取值的過程中。相關單位與工作人員需要對以下幾個方面的因素加以綜合考慮：第一是地表水的入滲補給，對于地下水而言，一個關鍵的補給來源就是地表水入滲，同時，這一來源也會對地下水位變化產生重要影響。因此在抗浮設防水位取值中，需要將地表水入滲這一因素加以重點考慮，包括地面上的河流湖泊入滲以及大氣降雨降雪入滲等。具體考慮中，需要將水文、氣象資料作為依據來進行推測，且降雨量等的預測需要按照50年及以上一遇的標準進行。第二是地下水徑流補給以及排泄，此項因素也會對地下水位變化產生明顯影響，因此，為實現抗浮設防水位的合理預測，具體取值中，也需要對此項因素加以重點考慮。第三是人工抽水和注水，包括工農業(yè)和生活中的人工地下水抽取、污水排放中的下滲等情況，這些情況都將會在短期內對地下水位產生顯著影響，因此也需要將其作為抗浮設防水位的取值計算標準。通過這些因素的綜合考慮，才可以實現抗浮設防水位的科學取值。

3.4 抗浮設防水位取值難點分析

確定抗浮設防水位在執(zhí)行規(guī)范要求時也有些難點，主要表現如下。

（1）大多數勘察項目工期較短，主要針對主體結構進行勘察，不會針對地下水抗浮進行專門勘察，也不具備地下水長期觀測條件，大多數場地沒有地下水長期觀測資料或難于收集到這方面的資料，地下水變化幅度往往為勘察人員憑經驗所提出，其準確性存在問題。

（2）勘察階段勘察人員無法全面掌握尚未完全確定的建筑設計和功能要求，難于預測施工后場地的邊界條件變化，進而無法根據變化后的場地邊界條件提出較為準確的抗浮設防水位值。在勘察階段，建設單位一般只提供地下室的平面圖及正負零高程，有的地下室底板標高都是勘察人員按5m～6m往下預估的，而后期地下室結構設計、周邊環(huán)境條件及施工后的現實邊界條件難以準確預測。場地水文地質條件和邊界條件密切相關，地下水水位會隨著邊界條件的改變而改變。比如，由于基坑開挖，基坑四周地下水改變原有流向而向坑內流入，如遇強降雨且排水不暢，基坑內可能會積滿水，地下水位可能達到室外地坪。又比如，施工過程中常見基坑周邊堆土或臨時道路，堆土導致基坑周邊匯水面積增大及水頭增高，基坑內水量將變大，水頭將變高，臨時道路有時將原本排水的通道堵塞而導致場地地下水位上升。以上這些都是勘察階段難于預測且又常常是地下水位上升導致地下結構破壞的原因。

（3）施工質量不符合要求而引發(fā)地下水位上升。這種情況主要有兩種：基坑四周肥槽回填不合格和地下室底板土層沒有壓實。地下室底板柱基之間土層用柱基礎開挖后的土進行回填，特別是用風化巖塊回填的，沒有按設計要求進行壓實，空隙較多，這將導致地下室底板下有較大的儲水空間。如果肥槽沒有按設計要求進行回填壓實，將導致大氣降水、地表水與地下室底板底以下地層發(fā)生水力聯系。若遇強降雨，地下室底板底的地下水浮力將取決于肥槽內積水的水頭高度。

通過以上分析，勘察階段提抗浮設防水位確實存在一些困難，所以JGJ476-2019《建筑工程抗浮技術標準》5.3.1條規(guī)定了設計人員在確定抗浮設防水位時，應綜合分析勘察報告所提建議值、長期觀測資料、補給排泄條件及年變幅、洼地淹沒可能性等因素，綜合確定一個設防水位，因此最終抗浮設防水位的確定應由設計人員全盤考慮后決定，而不是完全依照勘察報告所推薦的[2]。

3.5 實踐中常見的幾種不利工況抗浮設防水位取值探討

結合多年勘察經驗，對常見的幾種情況其抗浮設防水位討論如下。

（1）關于上層滯水水位。上層滯水位于局部隔水層之上，水量較小，受季節(jié)性影響很大，沒有統(tǒng)一的自由水面，且一般水位較高。若其水位位于地下室底板之上，由于開挖后其流入坑內，可以通過抽水排出坑外，可以不考慮其對抗浮設防的影響；若水位位于地下室底板之下，由于其水位高于地下室底板時對底板會有浮力，所以應考慮其影響。

（2）地下室底板地層為黏性土等相對隔水層時，有兩種情況，一種是沒有承壓水的情況，一種是有承壓水的情況。當底部沒有承壓水時，地下室底板地層為相對隔水的黏性土，勘察時通常沒有水，這時主要考慮大氣降水、地表水進入基坑引起的“水盆效應”，并且要考慮地形地貌導致的排水是否通暢問題。若為易積水的低洼地段，由于大氣降水、地表水體容易積聚，如靠近江河湖等型地表水體周邊、低洼處等，建議提至室外地坪，易積水高出室外地坪時，則考慮地下室出入口的高度通常比室外地坪高出0.5m，可以提到高出地坪0.5m；若為不易積水地段，則考慮“水盆效應”的最高水頭，由于其通過肥槽滲透至底板，會有一定的水頭損失，可略低于其最高水頭（室外地坪），考慮肥槽回填質量，不宜低于室外地坪以下0.5m～1m，回填質量越差，其抗浮設防水位0.5m～1m為水頭損失經驗值[3]。

當底板有承壓水時，這種情況主要位于山前地帶，應先驗算其底板隆起穩(wěn)定性。若底板隆起穩(wěn)定，由于承壓水對底板沒有直接的水力作用，無需考慮承壓水的抗浮設防影響，其抗浮設防水位按上述條件考慮即可。若底板隆起驗算不穩(wěn)定，則應考慮承壓最高水頭減去底板不透水層壓重后的水頭高度，這個高度若高于室外地坪，則按這個水頭高度抗浮設防；若低于室外地坪以下1m，綜合入滲水頭損失經驗1m，抗浮設防水位按室外地坪以下1m考慮；若位于室外地坪與室外地坪以下1m之間，建議按室外地坪考慮，主要考慮暴雨工況及承壓水位一定的安全儲備。

（3）地下室底板以下地層為強透水層時。有兩種情況，一種是歷史最高水位高于底板，另一種是最高水位低于底板。其歷史最高水位要收集長期觀測資料，獲得較準確的數據，若沒有長期觀測資料，建議考慮周邊地形地貌、和地表水體水力聯系、水位年變化幅度、周邊道路高程綜合確定。當歷史最高水位高于底板，其抗浮設防水位可按歷史最高水位考慮，若高出室外地坪且易積水地段，可高出室外地坪0.5m。當歷史最高水位低于底板，由于底板以下為強透水層，對基坑入滲的地表水及大氣降水很快會入滲于底板以下強透水地層中，對地下室底板一般構不成浮力作用，這種情況一般可不設抗浮，但由于施工過程中的不確定性、地層的復雜性，考慮其入滲速度，可適當按地下室底板以上1m～2m不等，適當做抗浮設防[4]。

（4）當周邊有市政道路、排水設施時，且低于建筑場地高程時，建筑場地的地下水可向周邊道路、排水設施排泄，建議其抗浮設防水位取周邊道路高程以下約0.5m，若道路有坡度，則按平均高程以下約0.5m，這一數值主要考慮排水設施頂部和道路高程跌幅，約為0.5m。

（5）當鄰近江、河、湖等較大型地表水體時，要判定巖土層是否和它有水力聯系，是否易淹沒，有水力聯系時要按最高地表水體水位確定，一般至室外地坪，易淹沒地段可高出室外地坪。

4.結語

地基工程抗浮設防水位確定與抗浮技術選用具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的抗浮設防水位確定、抗浮技術選用等內容，則提供了可行性較高的抗浮設防路徑，而為了更好地開展地基工程建設，“引水抗浮”措施的探索、安全系數的合理選擇同樣需要得到重視。