浅析芜湖市区地下水的抗浮设防水位确定

盛红星

（芜湖市勘察测绘设计研究院有限责任公司，安徽芜湖 241000）

0 引言

在我国城市化建设过程中，对地下空间合理利用的需求不断增长，地下车库、地下室以及地下商业广场等工程的建设规模及埋深越来越大。在地下工程建设及其使用过程中，地下水作用下的抗浮评价显得越来越重要，而抗浮评价中的重要内容就是要合理的确定抗浮设防水位。

对于抗浮设防水位的合理确定，很多国内专家学者进行了深入研究。黄志仑等[1]研究了多层地下水情况下的抗浮水位，认为建筑抗浮设防水位应是建筑基础底板所在地下水层的最高水位，并不存在统一的场地抗浮设防水位。张旷成和丘建金[2]认为场地抗浮设防水位应综合分析区域水文地质条件、场地地下水埋藏条件和地下水长期观测资料，每个场地的抗浮设防水位是各层地下水位的最高者。兰坚强[3]依据工程实践,从水文地质角度探讨了地下水的抗浮设防水位确定方法。周载阳等[4]对北京地区建筑抗浮设防水位的合理确定进行研究，认为其合理确定需要综合考虑影响拟建场区的自然因素和人为因素,建筑物使用寿命期间的最高地下水位是合理的取值。刘国亮等[5]分析了天津市区工程地质与水文地质条件，认为抗浮设防水位受各种因素的影响,其中最不利组合综合确定的抗浮设防水位比较合理。彭柏兴[6]对长沙地区水文地质特征与抗浮设防水位的确定进行研究，认为长沙地区建筑工程的抗浮主要与孔隙水有关，需要结合地质条件对不同情况的抗浮设防水位进行分析取值。因此，城市建筑物地下水抗浮设防水位的确定和具体取值需要结合具体地区及场地进行具体分析和确定。

本文通过对芜湖市区地下水抗浮设防水位的自然和人为等主要影响因素进行分析，并结合市区具有代表性的工程实践，探讨芜湖市区内建筑物地下水抗浮设防水位的合理确定与取值，以期能为芜湖市区拟建建筑物确定地下水抗浮设防水位提供初步参考。

1 抗浮设防水位的含义及其相关的规定

1.1 抗浮设防水位的含义

较早给予抗浮设防水位明确定义的是《高层建筑岩土工程勘察规程 》（JGJ72-2004）[7]：抗浮设防水位指地下室抗浮评价计算所需的、保证抗浮设防安全和经济合理的场地地下水位。而最新修订出版的《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2017）[8]考虑抗浮设防水位的影响因素，给予抗浮设防水位重新定义：为满足地下结构抗浮设防安全及抗浮设计技术经济合理的需要，根据场地水文地质条件、地下水长期观测资料和地区经验，预测地下结构在施工期间和使用年限内可能遭遇到的地下水最高水位，用于设计按静水压力计算作用于地下结构基底的最大浮力。可以初步认为抗浮设防水位的确定需要结合具体区域的具体工程进行多影响因素综合分析取值。

1.2 现行规范的相关规定

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009 年版）[9]第4.1.13 条规定：“详细勘察应论证地下水在施工期间对工程和环境的影响。对情况复杂的重要工程，需论证使用期间水位变化和需提出抗浮设防水位时，应进行专门研究。”其修订说明中规定：“抗浮设防水位是很重要的设计参数，但要预测建筑物使用期间水位可能发生的变化和最高水位有时相当困难，不仅与气候、水文地质等自然因素有关，有时还涉及地下水开采、上下游水量调配、跨流域调水等复杂因素，故规定应进行专门研究。”和《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2017）[8]第8.6.2 条规定：“抗浮设防水位宜去地下室自施工期间到全使用寿命期间可能遇到的最高水位。该水位应根据场地所在地貌单元、地层结构、地下水类型、各层地下水水位及其变化幅度和地下水补给、径流、排泄条件等因素综合确定；当有地下水长期水位观测资料时，应根据实测最高水位以及地下室使用期间的水位变化，并按当地经验修正后确定。”《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[10]第3.0.2条规定：建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算，第3.0.4 条规定：应提供“地下水埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律”当工程需要时，“尚应提供用于计算地下水浮力的设防水位”。

2 芜湖市区抗浮设防水位的主要影响因素分析

2.1 自然因素

影响芜湖地区地下水位的自然因素可以概括为以下两点：一是大气降水及地表径流。芜湖地区属亚热带和中亚热带季风型气候区，气候温和湿润，四季分明，雨量充沛，地下水补给、排泄条件随季节性变化明显，历年降水总量平均值为1198.1mm，主要集中在4～8月，占46%，其中1～3月为枯水期，9～12月为平水期，4～8 月为丰水期。芜湖市域范围内分布有长江、青弋江、漳河、裕溪河、扁担河等主要河流，以及零星分布的湖塘（如镜湖，银湖和凤鸣湖）等水体，局部地下水和地表水有水力联系。

二是区域地质和水文地质条件。芜湖市属长江中、下游平原组成部分，以阶地和河漫滩构成的平原为主，散落零星的低丘和残丘，地势呈南高北低，地形呈不规则长条状，其中老城区地势较高，周边地势较低，第四系沉积厚度由中心城区向外逐渐增大，一般在20～60m之间。城东和江北区域主要为江漫滩地貌单元，地层分布主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、淤泥质粉质黏土夹粉细砂、粉质黏土、黏土或粉细砂互层、圆砾层，其下为基岩，地下水类型主要为潜水，受大气降水和地表径流以及浅部潜水的渗透补给，其中江北地下水和地表水有水力联系。城南和三山区域主要为Ⅰ级阶地地貌单元，地层分布主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、淤泥质粉质黏土夹粉细砂、粉质黏土、粉细砂、圆砾层、卵石，其下为基岩，地下水类型主要为上层滞水、潜水和承压水，受地表河流影响，含水层增多，受大气降水和地表径流以及浅部潜水的渗透补给，其中三山沿江地段地下水和地表水有水力联系。老城区主要为Ⅱ阶地地貌单元，以及零星分布的岗丘地貌，地层分布主要淤泥质粉质黏土、粉质黏土，其下为基岩，地下水类型主要为上层滞水、潜水，受大气降水和地表径流以及浅部潜水的渗透补给。

2.2 人为因素

影响芜湖地区地下水位的人为因素也可以概括为以下两点：一是地表径流条件的改变。20 世纪90年代以来，芜湖市进入了高速发展阶段，为了大面积建设和市政设施完善的需要，对市区进行整平，原有的沟塘河流被填平和改道，改变了地面径流的条件，如青弋江分洪道的建设，造成了部分河流的改道，从而影响区域内的地下水位的变化。二是区域内工程建设的施工降水。为确保工程建设安全建设的需要，很多地下工程的施工中采用降水措施，对周边地下水的水位产生了较大的影响。

2.3 其它因素

一般勘察期间所获得最高的地下水位受勘察所在季节影响，且不同季节存在着差异，在枯、平、丰水期勘察期间，分别对应年变化幅度（经验值）的最大值和最小值。同时具体的场地还存在意外补给（即内涝、上下水管老化产生的渗漏水等）的可能，意外补给一般会导致地下水位升高，且具体升高量需要结合监测等方法确定。

3 芜湖市区地下水抗浮设防水位的确定

如上分析，芜湖市区地下水抗浮设防水位的影响因素较多，在实际工作中，需要综合考虑以上各影响因素，合理确定市区抗浮设防水位。

3.1 江漫滩地貌单元

江漫滩地貌单元主要分布在芜湖地区的江北、城东及三山的沿江地段，地下水水位较高，地下水类型以潜水为主，部分地段含有承压水等多层地下水，两层地下水之间为弱透水黏土层，这两层水之间有越流补给，但是承压水头对地下工程的影响较小。此地段工程建设的抗浮设防水位主要应考虑以下因素：①原地面高程较低；②地下水和地表水有部分水力联系；③易发生内涝；④地下水位较高，且年变化幅度较小。

工程实例：位于城东的某大型地下室工程，场地较为平整，自然地面标高为+5.80～+6.30m，地下室开挖深度5.00m。勘察时实测地下水稳定水位埋深为地面下0.30～0.80m（黄海高程+5.10～+5.50m），地下水位埋深的最大高差为0.50m，地下水位是顺地势倾斜的。勘察单位建议的抗浮设防水位是采用建成后的室外地坪下负1.00m（黄海高程+5.30m），在随后的评审中认为勘察单位建议的抗浮设防水位与实际情况不相符，低于勘察期间的最高水位，且没有考虑使用寿命期间的地下水年度变化幅度及可能的意外补给。综合考虑各种因素，该工程抗浮设防水位为建成后的室外地坪标高下0.50m。同时建议基坑外侧地下水位监测点在使用期间保留2个点继续观测，在次年的丰水期月份该监测点的最高水位黄海高程为+5.72m，实测数据表明上述方法确定的抗浮设防水位是比较合理的。

3.2 Ⅰ级阶地地貌单元

Ⅰ级阶地地貌单元主要分布在城南、中心城区及三山的部分区域，地下水水位有起伏，且变化较大，地下水类型主要为上层滞水、潜水和承压水，部分地段含多层地下水，多层水之间有越流、渗透补给，同样承压水头对地下工程的影响较小。此地段工程建设的抗浮设防水位主要应考虑以下因素：①存在多层地下水，且在弱透水层中的同一平面，总水头不相同[3]；②地下水位水位变化较大，且年变化幅度也较大。

工程实例：位于城南的某小区地下室工程，场地较为起伏，自然地面标高为+6.72～+11.34m，地下室开挖平均深度4.00m，属于半埋式。勘察时实测地下水稳定水位埋深为地面下0.60～4.50m（黄海高程+6.40～+6.90m），地下水位埋深的最大高差为3.90m，地下水位是顺地势倾斜的。勘察单位建议的抗浮设防水位是采用建成后的室外地坪下负1.00m（黄海高程+8.00m），由于建成后的室外地坪黄海高程+9.00m，抗浮设防水位将高出周边市政道路约1.00m，地下水的浮力将很大，这与实际情况不相符，因此建议重新考虑抗浮设防水位。后经过综合考虑勘察期间的最高水位、年变化幅度（经验值），该工程抗浮设防水位建议取周边的市政道路黄海高程+7.10m。在保证该工程使用寿命期间安全的同时，使工程造价更加经济合理。

3.3 Ⅱ级阶地地貌单元

Ⅱ级阶地地貌单元主要分布在芜湖地区的老城区，地下水水位有起伏很大，且变化较大，地下水类型主要为上层滞水、潜水。此地段工程建设的抗浮设防水位主要应考虑以下因素：①地下水位水位变化较大，且年变化幅度也较大；②上下水管老化，存在不通和漏水现象。

工程实例：位于老城区的古城改造的地下室工程，场地起伏较大，自然地面标高为+9.34～+14.21m，地下室分区域设置为一层和两层，开挖平均深度5.00～9.00m，地下室底板在同一高程。勘察时实测地下水稳定水位埋深为地面下1.24～3.46m（黄海高程+8.10～+11.80m），地下水位埋深的最大高差为3.70m，地下水位是顺地势倾斜的。勘察单位建议的抗浮设防水位是统一采用建成后的室外地坪下负1.00m，但是由于建成后的室外地坪存在高差，抗浮设防水位也是呈阶梯状，这样对两层地下室的位置，地下水的浮力考虑过大，而对单层地下室处仅和勘察期间的最高地下水位一致，却未考虑年变化幅度和老旧水管的渗漏补给，因此建议重新考虑抗浮设防水位。综合考虑各项因素，该工程地下室抗浮设防水位不宜按一个固定的地下水位标高来确定，本工程抗浮设防水位对一层地下室范围内建议取勘察期间的最高水位加0.50m，对两层地下室范围内建议取勘察期间的最高水位。

4 结论

芜湖市区抗浮设防水位的确定应首先按照自然影响因素分区，综合考虑具体场地的人为和意外补给等因素的影响，其中意外补给所造成的地下水水位上升需要给予重视。通过具体工程实例分析，认为可采用的芜湖市区拟建场地抗浮设防水位的合理取值应是由勘察期间最高的地下水位，年变化幅度，受外界影响而产生的补给的综合值。