抗浮设防水位取值探究

2018-02-13汪名友杨旭辉田龙裕

建材与装饰 2018年23期

汪名友雷勇杨旭辉田龙裕黄宏

（青岛市勘察测绘研究院青岛 266000）

1 引言

以往的建筑结构抗浮设防问题主要出现在蓄水池、游泳池等建筑物中。近年来随着经济的高速发展，城市建设进程大大加快，地下空间的利用率也越来越高，地下室、地下停车场、地铁车站、地下商业街等纯地下或轻载建筑物的建设过程也会涉及到抗浮问题。一般情况下，高层建筑地下室在建成以后的使用期抗浮很少有问题，其上覆荷载足以抵消浮力。而对于上覆荷载较小的建筑，使用期抗浮验算往往难以通过，需考虑抗浮措施。自该问题兴起至今，大量研究人员提出了自己的见解，目前形成了较为成熟的理论技术体系。2016年8月新的行业标准《建筑地下结构抗浮技术规范》已顺利通过住房和城乡建设部建筑设计标准化技术委员会审查，为地下结构抗浮包括基本概念、抗浮工程勘察、抗浮设防水位确定、抗浮稳定性验算与抗浮措施的选择、抗浮工程设计和施工、抗浮工程检测与验收、监测、加固等各个方面提供依据。然而，虽然目前理论技术已较成熟，但内容较分散，总结提炼相对较少，争议仍较多。本文梳理了抗浮设防水位相关标准和研究内容，以期对其有更清晰和统一的认识，并且根据工程实践，举例说明如何对抗浮设防水位进行定值。

2 国家标准对地下水位的规定

（1）《高层建筑岩土工程勘察规程》对“抗浮设防水位”的概念进行了明确，抗浮设防水位指的是地下室抗浮评价计算所需的保证设防安全和经济合理的场地地下水位。该规程第8.6.2条：有长期观测资料时，抗浮设防水位可取实测最高水位；无长期观测资料时，抗浮设防水位按勘察期实测最高稳定水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。第8.6.5条：稳定地下水位作用下的浮力应按静水压力计算，在粘土地基中临时高水位浮力可按当地经验适当折减。条文说明指出：因为地下室所受浮力是永久荷载，不因粘土渗透性差而减小，既使底板与基岩直接接触的情况下，由于节理裂隙的存在及基础与基岩间也存在微裂隙，静水压力也不宜折减。

（2）《岩土工程勘察规范》第4.1.13条：对重要工程需论证使用期间地下水位变化，需提出抗浮设防水位时应进行专门研究。第7.3.2条条文说明：静水环境中可用阿基米德原理计算。在透水性较好的土层或节理裂隙发育的岩基中，计算结果即为浮力；对渗透系数低的粘土，上述原理也是适用的，但由于渗透过程的复杂性，粘土中基础所受浮力往往小于水柱高度。

（3）《建筑地基基础设计规范》第3.0.4条规定，岩土工程勘察报告应提供地下水埋藏情况、类型、水位变化幅度及规律，需要时应提供计算地下水浮力的设防水位。第5.4.3条及说明，简单浮力作用情况浮力可采用阿基米德原理计算，抗浮安全系数可取1.05。

3 抗浮设防水位的确定

为了保证构筑物的安全，在工程设计中要考虑最不利情况，对于抗浮设防水位的确定来说，这种最不利情况一般就是地下水位达到最高时的情况。根据《高层建筑岩土工程勘察规程》的方法，当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。对于没有长期观测资料但对各类地下水的年变幅比较清楚的地区，常采用如下公式计算：地下水最高水位＝勘察期间该层地下水最高水位＋该层地下水在相当于勘察时期的年变幅＋可能的意外补给造成的该层水位上升值。其中，各层地下水在勘察期间的最高水位需通过分层实测获得。地下水的年变幅即多年平均丰水期水位减去枯水期水位，在枯水期勘察应加整个年变幅，在丰水期勘察可少加甚至不加。而可能的意外补给造成的地下水水位上涨值则需要详细的调查搜集相关资料，考虑和计算在可能周边工程抽降或补给地下水、暴雨入渗、洪水等意外情况下水位可能发生的变化幅度。

4 工程实例

青岛市黄岛区新江城项目建筑为地上6层，地下3层，勘察阶段处于降雨丰富的丰水期，结合工程勘察，该场地有三层地下水：第一层台地潜水水位标高h1为18.95～24.63，年变幅h2为1～2m；第二层层间潜水水位标高h1为18.64～21.32m，年变幅h2为1～1.5m；第三层承压水水位标高h1为14.22～15.67m，年变幅h2为2～3。台地潜水层与层间潜水层之间以及层间潜水层与承压水层之间均存在有厚度大于5m的弱透水层。建筑物基底标高18.2m，坐落在层间潜水层。场地地面标高35.5～36m，场地地下水历年最高水位为32m。因勘察处于丰水期，偏于安全取半个年变幅。根据观测资料，最不利情况该区域水位意外补给上升近4m，层间潜水取承压水水位增幅的一半，台地潜水增幅为0。场地各层地下水最高水位如下：

台地潜水：24.63+2/2=25.63m。

层间潜水：21.32+1.5/2=22.07m。

承压水：15.67=3/2=17.17m。

该工程抗浮设防水位即为潜水最高水位应为22.07m。而若简单取历年最高水位32m为抗浮设防水位，将造成不必要的资金浪费，并且大大增加施工难度。