上層滯水抗浮設(shè)防水位探討

摘" 要：針對上層滯水的局部性、季節(jié)性、水量小等特點(diǎn)，專業(yè)從業(yè)人員對其是否考慮上層滯水浮托力存在爭議，導(dǎo)致出現(xiàn)較多由于上層滯水引起的地下室隆起、開裂、梁柱節(jié)點(diǎn)破壞等工程質(zhì)量事故。該文從地層組合模式影響因素分析，分類探討上土下土型、上土下砂型、上土下巖型3種不同地層組合下的地層特點(diǎn)及水文地質(zhì)特征，并進(jìn)行綜合分析，探討不同地層組合條件下上層滯水是否考慮浮托力的建議，提供上層滯水是否考慮抗浮的建議，以供勘察人員參考。

關(guān)鍵詞：上層滯水；抗??；地層組合；基坑；設(shè)防水位

中圖分類號：TU943 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0165-04

Abstract： In view of the characteristics of the upper stagnant water， such as locality， seasonality and small amount of water， there is a dispute among professional practitioners on whether to consider the buoyant force of the upper stagnant water， which leads to more basement uplift caused by the upper stagnant water. Engineering quality accidents such as cracking and damage of beam-column joints. Based on the analysis of the influencing factors of stratigraphic assemblage model， this paper classifies and discusses the stratigraphic and hydrogeological characteristics of three different stratigraphic assemblages： upper soil and lower soil type， upper soil and lower sand type and upper soil and lower rock type， and makes a comprehensive analysis. this paper discusses the suggestion of whether the buoyancy force is considered in the upper layer stagnant water under different stratigraphic assemblages， and provides some suggestions on whether the upper layer stagnant water should consider anti-floating， which can be used as a reference for surveyors.

Keywords： upper stagnant water; anti-floating; stratum combination; foundation pit; fortification water level

JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中將上層滯水分類為包氣帶中的孔隙水，GB/T 50279—2014《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》中將上層滯水定義為“包氣帶中局部隔水層上積聚的重力水”，上層滯水的特征為局部、不連續(xù)、埋藏淺的暫時性水，水位變化幅度大，動態(tài)不穩(wěn)定，季節(jié)性影響大。按補(bǔ)給來源劃分：①有連續(xù)補(bǔ)給來源的上層滯水，如漏水管道；②無連續(xù)補(bǔ)給來源的上層滯水。按賦存狀態(tài)分：①有較完整隔水底板的上層滯水；②無完整隔水底板的上層滯水。按周圍土層種類分：①周圍土體導(dǎo)水性較好的上層滯水；②周圍土體導(dǎo)水性較差的上層滯水[1]。針對上層滯水的局部性、季節(jié)性、水量小等特點(diǎn)，專業(yè)從業(yè)人員對其是否考慮上層滯水浮托力存在爭議，導(dǎo)致出現(xiàn)較多由于上層滯水引起的地下室隆起、開裂、梁柱節(jié)點(diǎn)破壞等工程質(zhì)量事故[2]，應(yīng)引起專業(yè)從業(yè)人員重視。

1" 關(guān)于上層滯水是否考慮浮托力的不同觀點(diǎn)

1.1" 上層滯水不需考慮浮托力

李廣信等[3]在《浮力計算與粘土中的有效應(yīng)力原理》一文中對滯水與浮力作了較詳細(xì)地論述，認(rèn)為若上部黏性土存在著滯水，下部砂土中存在層間潛水，黏性土中的水實(shí)際上為“懸水”，黏土層 A 點(diǎn)水壓為0，B 點(diǎn)水壓也為0。

據(jù)林宗元主編的《簡明巖土工程勘察設(shè)計手冊》（上冊）第5.6.2節(jié)認(rèn)為場地地下室范圍內(nèi)只有上層滯水時，地下室可不考慮抗浮設(shè)計問題。張曠成等[4]在《關(guān)于抗浮設(shè)防水位及浮力計算問題的分析討論》一文認(rèn)為嚴(yán)格意義的上層滯水不應(yīng)以其最高水位作為“場地抗浮設(shè)防水位”，亦即上層滯水不考慮浮力。

1.2" 上層滯水需考慮浮托力

JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 5.3.2條規(guī)定，對于多層地下水的獨(dú)立水位、有水力聯(lián)系含水層的最高混合水位，其使用期抗浮設(shè)防水位應(yīng)取地下水水位的最高值。JGJ/T 72—2017《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》第8.6.2條第3款：場地具有多種類型地下水，各類地下水雖然具有各自的獨(dú)立水位，但若相對隔水層已屬飽和狀態(tài)、各類地下水有水力聯(lián)系時，宜按各層水的混合最高水位確定。

劉小宜[5]《上層滯水對地下室結(jié)構(gòu)的影響及處理措施》以實(shí)際工程為例，詳細(xì)分析了上層滯水對地下室結(jié)構(gòu)的影響，并提出了相應(yīng)的處理措施。黃志侖等[6]在《關(guān)于多層地下水情況下的抗浮水位》一文中關(guān)于如何選擇作為抗浮設(shè)防水位的最高水位問題，認(rèn)為地下建筑物的抗浮設(shè)防水位應(yīng)是基礎(chǔ)底板所在地下水層的最高水位。

1.3" 上層滯水需考慮抗浮，但應(yīng)進(jìn)行折減

JGJ 72—2017《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》第8.6.5條規(guī)定：地下室在穩(wěn)定地下水位作用下所受的浮力應(yīng)按靜水壓力計算，對臨時高水位作用下所受的浮力，在黏性土地基中可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)適當(dāng)折減。

周玉鳳等[7]在《水文條件異變對某工程抗浮的影響分析》一文中通過結(jié)構(gòu)檢測及抗浮能力計算結(jié)果證明，當(dāng)建筑基底位于隔水的黏性土中時，受垂直滲流影響，上部地層中的上層滯水仍能產(chǎn)生浮力，但浮力可適當(dāng)進(jìn)行折減，折減系數(shù)按0.85考慮比較安全。姚育華等[8]在《地下水浮托力計算的探索》一文中推導(dǎo)了上層滯水層范圍內(nèi)地下室底板的浮托力計算公式及推導(dǎo)原理，分析了若基底接觸的土層是透水性差，甚至很差的巖土層，必然會使基底與地下水的接觸面積大大減少。由于水的浮托力是通過接觸面?zhèn)鬟f的，從而也減少了地下水對基底的總作用力，在理論上就是減少了浮托力。

1.4" 上層滯水應(yīng)根據(jù)地下水的排泄、補(bǔ)給條件綜合確定

DB21/T 907—2015遼寧省《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》4.7.7第四條規(guī)定，上層滯水、巖石裂隙水應(yīng)根據(jù)地下水的排泄、補(bǔ)給條件綜合確定。JGJ 72—2017《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》第8.6.2條規(guī)定，無長期水位觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實(shí)測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定。

李春明等[9]在《抗浮水位的分析與確定》一文中通過分析國內(nèi)外研究成果指出，場地抗浮設(shè)防水位的確定要以區(qū)域水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，應(yīng)將區(qū)域條件與場區(qū)條件有效結(jié)合起來，把場地的地形地貌、水文地質(zhì)條件、氣候及場地周邊情況等因素作為分析遵循的基本原則和需要考慮的因素，同時還要考慮地下水不同賦存狀態(tài)對抗浮水位確定的影響。

2" 不同地層組合下的上層滯水抗浮設(shè)防水位探討

國內(nèi)規(guī)范對于合理確定抗浮水位提供了框架性、原則性、強(qiáng)制性的規(guī)定，但在實(shí)際工作遇到的地下水問題具有多樣性及復(fù)雜性，勘察人員對規(guī)范條文的理解不同及不同規(guī)范的差異，導(dǎo)致專業(yè)人員對上層滯水是否考慮抗浮設(shè)防問題有不同理解。上層滯水是否考慮抗浮設(shè)防問題應(yīng)結(jié)合場地現(xiàn)狀、地形地貌、地層組合、排泄及補(bǔ)給條件等綜合分析確定。本文從一些典型地層組合出發(fā)，分析不同地層組合下上層滯水地層特征及水文地質(zhì)條件，探討不同地層組合模式下的上層滯水抗浮設(shè)防水位問題。

2.1" 上土下土型

2.1.1" 地層特征

從地層特征分析，上土下土型地層廣泛分布于北方地區(qū)，基礎(chǔ)上下由不同狀態(tài)的粉質(zhì)黏土組成，一般可分為2種類型。①上軟下硬型：上部為軟可塑或軟塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土，下部為硬可塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土。②上硬下軟型：上部為硬可塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土，下部為軟可塑或軟塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土。

2.1.2" 水文地質(zhì)特征

從水文地質(zhì)方面分析，上土下土型的2種類型上層滯水的賦存狀態(tài)有差異性。①上軟下硬型：滯水在單點(diǎn)工程下存在連續(xù)的隔水層，上層滯水主要賦存于上部，具有水量小，呈季節(jié)性變化特點(diǎn)，如在汛期勘察有少量上層滯水存在，枯水期勘察則不易發(fā)現(xiàn)，為暫時性水。②上硬下軟型：上層滯水主要賦存于下部，無連續(xù)的自由水面，水面下有相對隔水層，有一定范圍的補(bǔ)給來源，具有補(bǔ)給方向性，并非沿周圍均勻滲出。如在汛期勘察，則水量較大，枯水期勘察，則水量一般。

2.1.3" 浮托力取值探討

綜上所述，上土下土型的2種類型上層滯水的賦存狀態(tài)有一定差異性，應(yīng)根據(jù)差異性，結(jié)合基坑底所處地層特征采取不同的抗浮水位建議。

1）上軟下硬型：①基坑底位于上部軟可塑或軟塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土，滯水在單點(diǎn)工程下存在連續(xù)的隔水層，連續(xù)降雨后地表水大量匯集，使基槽內(nèi)水位升高，易導(dǎo)致基坑筏板上浮及開裂等，上層滯水作用下所受的浮托力應(yīng)按靜水壓力計算。②基坑底位于下部硬可塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土地層，滯水下存在隔水層，基槽底部地層不易受上部滯水影響，但基槽開挖回填后改變了原有隔水層垂向隔水能力，沿基槽垂直方向形成優(yōu)勢滲流通道，故基底仍需考慮滯水引起的浮托力，但可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)適當(dāng)折減。

2）上硬下軟型：基坑底位于上部黏土地層，基槽下部存在上層滯水，滯水下有相對隔水層，連續(xù)降雨易導(dǎo)致水位上升，則在提供抗浮建議時，上層滯水作用下所受的浮力應(yīng)按靜水壓力計算。上土下土型上層滯水特征及浮托力建議見表1。

2.2" 上土下砂型

2.1.1" 地層特征

從地層特征分析，上土下砂型地層上部為粉質(zhì)黏土，下部為砂土。上部粉質(zhì)黏土地層由于沉積相帶的差異，導(dǎo)致巖土性質(zhì)的不均勻性和滯水賦存空間分布的差異。按照上部粉質(zhì)黏土層性質(zhì)分為2類：①無隔水底板滯水，滯水上下地層相似，垂向滲透系數(shù)相近；②單點(diǎn)工程下有連續(xù)隔水底板滯水，滯水下存在相對弱透水層，存在單點(diǎn)工程下的連續(xù)隔水底板。

2.1.2" 水文地質(zhì)特征

從水文地質(zhì)方面分析，無隔水底板滯水具有水量小、呈季節(jié)性變化特點(diǎn)，為暫時性水；單點(diǎn)工程下有連續(xù)隔水底板的滯水勘察期間水量較大，垂向優(yōu)勢滲透方向主要為基槽開挖處及隔水底板的間斷處，連續(xù)降雨可在單點(diǎn)工程下形成暫時性臨時高水位。

2.1.3" 抗浮水位取值探討

綜上所述，上土下砂型地層如基礎(chǔ)位于上部土層，則按照上土下土型考慮上層滯水抗浮建議，如基礎(chǔ)位于下部砂土，應(yīng)結(jié)合上部黏土層是否具有隔水底板分別考慮。①無隔水底板的滯水，滯水水量小，基槽底部地層不易受上部上層滯水影響，連續(xù)降雨下滲入砂層后，滲透速度塊。所以提供抗浮建議時從經(jīng)濟(jì)性考慮，可以不考慮滯水引起的浮托力。②單點(diǎn)工程下有連續(xù)隔水底板的滯水，滯水水量相對較大，但連續(xù)降雨及基槽回填后，在基槽周邊及隔水底板間斷處易形成優(yōu)勢垂向滲流通道，導(dǎo)致基底水量迅速上漲，故基底仍需考慮滯水的浮托力，從經(jīng)濟(jì)性考慮，滯水引起的浮托力可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)適當(dāng)折減。

2.3" 上土下巖型

2.1.1" 地層特征

從地層特征分析，上土下巖型地層上部為粉質(zhì)黏土，下部為基巖。上部粉質(zhì)黏土層按性質(zhì)分為無隔水底板和有不連續(xù)隔水底板，下部基巖由于巖性的差異性，其滲透性質(zhì)較為復(fù)雜，僅從裂縫發(fā)育程度及裂縫的角度探討。

2.1.2" 水文地質(zhì)特征

從水文地質(zhì)方面分析，一般上部無隔水底板粉質(zhì)黏土滯水水量小，為暫時性水；在單點(diǎn)工程下有連續(xù)隔水底板粉質(zhì)黏土滯水水量相對較大，垂向滲透作用弱，滯水可能在連續(xù)降雨期間水位迅速上漲。下部如基巖裂縫發(fā)育且為中高角度裂縫時，其地下水的垂直滲透能力較強(qiáng)，如裂縫不發(fā)育或?yàn)榈徒嵌攘芽p時，其地下水的垂直滲透能力較弱。上土下砂型上層滯水特征及浮托力建議見表2。

2.1.3" 抗浮水位取值探討

綜上所述，上土下巖型地層如基礎(chǔ)位于上部土層，則按照上土下土型考慮上層滯水抗浮建議，如基礎(chǔ)位于下部基巖，應(yīng)結(jié)合上部黏土層是否具有隔水底板及基巖裂縫的發(fā)育程度及角度綜合考慮。①裂縫不發(fā)育或?yàn)榈徒嵌攘芽p時，針對上部滯水是否具有隔水底板分別討論。無隔水底板的滯水：滯水水量小，連續(xù)降雨易導(dǎo)致水位迅速上漲，基槽底部基巖裂縫不發(fā)育或?yàn)榈徒嵌攘芽p時，大量匯集的地下水不宜排出，故基底仍需考慮滯水引起的浮托力，但可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)適當(dāng)折減。單點(diǎn)工程下有連續(xù)隔水底板的滯水，滯水水量相對較大，基槽回填原有的地層空間格局改變后，易于在基槽形成優(yōu)勢垂向滲流通道，基巖裂縫不發(fā)育或?yàn)榈徒嵌攘芽p時，導(dǎo)致基底水量迅速上漲，臨時高水位下的浮托力應(yīng)按靜水壓力計算。②裂縫發(fā)育且為高角度裂縫時，針對上部滯水是否具有隔水底板分別討論。無隔水底板的滯水：滯水水量小，且基槽底部基巖裂縫發(fā)育為高角度裂縫時，垂向滲透能力強(qiáng)，則在提供抗浮建議時，可不考慮上部上層滯水影響。單點(diǎn)工程下有隔水底板的滯水，滯水水量相對較大，基槽回填原有的地層空間格局改變后，易于在基槽形成優(yōu)勢垂向滲流通道，但基巖裂縫發(fā)育且為高角度裂縫時，垂向滲透能力強(qiáng)，考慮滯水的浮力作用可適當(dāng)折減。

3" 結(jié)論

1）僅從地層組合模式單一影響因素出發(fā)分析上層滯水在不同模式下的抗浮建議，在實(shí)際開展工作時，還需結(jié)合場地現(xiàn)狀、地形地貌、排泄、補(bǔ)給條件等綜合分析確定。

2）根據(jù)地層組合模式，分類探討了上土下土型、上土下砂型、上土下巖型3種不同地層組合下的地層特點(diǎn)及水文地質(zhì)特征，并進(jìn)行綜合分析，提供了上層滯水是否考慮抗浮的建議，以供勘察人員提供參考。

3）上層滯水的暫時性及水量小等特點(diǎn)，導(dǎo)致不同勘察時期數(shù)據(jù)的差異性，所以還應(yīng)注重前期資料收集與后期現(xiàn)場實(shí)測工作相結(jié)合，避免短暫勘察期間數(shù)據(jù)的偶然性，保證參數(shù)的準(zhǔn)確可靠。

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第一作者簡介：何旺（1986-），男，注冊巖土工程師。研究方向?yàn)閹r土工程勘察。

*通信作者：曾曉林（1987-），男，工程師。研究方向?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)。