对湖南地区地下室抗浮设防水位确定方法的认识

2020-06-21谢特华朱浩锋

工程技术研究 2020年8期

谢特华，朱浩锋

（湖南省地质工程勘察院，湖南株洲 412007）

近年来，随着我国建设工程的迅猛发展，向地下发展空间成为工程开发建设的常态。目前，湖南地区最深的基坑工程已超40m，对此，进行抗浮设计十分重要。而抗浮设计一个重要的基础参数就是抗浮设防水位建议值（由勘察方提供），该值提得过高会极大程度上增加工程造价，目前的行情是抗浮设防水位建议值每提高1m，造价将增加500～1000元/m2（抗浮措施不同则造价不同）；提得过低又存在工程风险，轻则地下室底板开裂渗水，重则底板隆起变形、梁柱开裂甚至倾斜、破坏，修复费用动辄数百万，多者上千万。近年来，在全国范围内（尤其是南方多雨地区），因抗浮设防水位建议值过低、抗浮不足而引发的地下工程质量事故案例很多，既增加工程造价，又给工程交付造成极大被动局面，造成不良社会影响。勘察方和建设方经常为抗浮设防水位建议值发生争议甚至纠纷，也经常遇到建设方为了节省造价而要求勘察方降低抗浮设防水位的事情，勘察方左右为难。鉴于此，抗浮设防水位建议值的确定显得非常重要。

1 现行规范对抗浮设防水位的确定方法

现行的相关规范只有原则性的规定，没有量化的取值标准，也不可能给出量化的取值标准。

1.1 《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T 72—2017）

规范中对“抗浮设防水位”的表述为：“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方经验，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”。

其中，根据第8.6.2条要求抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：

（1）宜取地下室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综合确定。

（2）场地有多种类型地下水，各类地下水虽然具有各自独立的地下水位，但若相对隔水层已属饱和状态、各类地下水有水力联系时，宜按各层水的混合最高水位确定。

（3）当地下结构临近江、湖、河、海等大型地表水体，且与本场地地下水有水力联系时，可按地表水体百年一遇及其波浪雍高，结合地下排水管网等情况，并根据当地经验综合确定。

（4）对于城市中的低洼地区，应根据特大暴雨期间可能形成街道被淹的情况确定，对南方地下水较高，地基土处于饱和状态的地区，抗浮设防水位可取室外地坪标高。

（5）当建设场地处于斜坡地带且高差较大或地下水赋存条件复杂、变化幅度大、地下室使用期间区域补给、径流、排泄条件可能有较大改变或工程需要时，应进行专门论证，提供抗浮设防水位的专项咨询报告。

（6）对位于斜坡地段的地下室或其他可能产生明显水头差的斜坡场地上的地下室，进行抗浮设计时，应分析地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室结构产生的影响。

1.2 《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）

第7.3.2条第1款规定：“对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利条件下，地下水对结构的上浮作用；对节理不发育的岩石和黏土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定”。

从上述规范可看出抗浮设防水位的几个属性：

（1）抗浮设防水位是一个预测值（预测期限为施工至全使用寿命期）。

（2）抗浮设防水位是一个最高水位（预测期限内可能遇到的）。

（3）抗浮设防水位与场地水文地质条件有关、与周边地势有关、与周边规划高程有关、与回填情况有关。

（4）抗浮设防水位是综合确定的（需要综合各种相关因素并结合地方经验）。

（5）抗浮设防水位有时是一个经验值。

2 确定抗浮设防水位的难点

依据规范确定抗浮设防水位的难点主要在于：

（1）绝大部分场地没有现成的地下水长期观测资料，勘察期间也不可能获得（工期和费用都不允许）。

（2）难以预测地下结构在施工期间和使用年限内（长者达70年）可能遭遇到的地下水最高水位。

（3）抗浮设防水位与周边规划高程有关，但作为勘察方，对地下结构在使用年限内周边规划高程是难以准确掌握的。

（4）抗浮设防水位与回填情况有关，但作为勘察方，对肥槽回填情况（回填材料、回填工序、回填质量）是难以准确掌握的。

3 确定抗浮设防水位容易忽视的问题

3.1 地下水自然排泄、消散滞后问题

实际工程中，经常遇到拟建场地属回填场地，一侧或数侧的地坪高程低于拟建场地设计±0高程的情况。对此，很多人会想当然地认为，大气降水垂直渗入后，因周边某一侧或数侧低于拟建场地设计±0高程，渗入的水会自动排泄出去，地下水位不会雍高或雍高很小。但笔者认为，还应考虑到肥槽及地下室底板垫层的回填土的渗透性是有限的，不可能快速将长期渗入的地下水及时排出，这时水位就会动态雍高，且历时（回填时间）越久，随着回填土饱和度的增大水位雍高的速度越快。该类地下水随着时间的推移最终虽会自然排出，但短时间内排不走、水位即时雍高而产生上浮力，地下结构很可能就被破坏，有的即使头一年甚至两年不会被破坏（回填土饱和度不够水位雍高的速度慢），但终将被破坏。

以湖南株洲某安置小区为例。该小区地上共8栋6F，地下1层，场地位于宽阔的丘间冲沟部位（100～200m），勘察期间未回填。2014年8月完成勘察，勘察报告表明，场地地层自上而下分别为耕植土、粉质黏土、黏性土、全风化～中风化花岗岩；无强含量水层，地下水类型包括耕植土中的上层滞水、黏性土及全～强风化花岗岩中的孔隙水、基岩中的裂隙水，补给来源为大气降水。勘察完成后，场地按规划回填了6～11m，整体形成中间高、东西两侧低的台地。勘察报告建议的抗浮设防水位为55.50m（场地±0高程60.60～63.20m）。该工程于2016年完成地下室工程，2017年7月主体基本竣工，当时地下工程尚未被破坏，但到2018年初就被破坏，底板地面层出现开裂、渗水现象。

后据第三方于2018年10月提交的《地下室周边地下水水位动态观测总结报告》表明，地下水观测期间超过3个月（6月17日—9月30日），系株洲市的雨季，但降水量较往年偏少。该观测报告得出如下几点主要结论：

（1）地下水类型主要为素填土中的上层滞水，补给来源为大气降水入渗。

（2）监测到地下室范围内的地下水最高水位埋深为1.81～4.28m，对应标高为59.76～57.20m（北侧最高，西北角最低），水位高差为2.56m，最浅埋深仅1.81m；地下室以外最高水位标高东侧为57.20～57.24m、西侧为57.85～58.08m。

（3）所观测到地下室范围内的最低水位埋深为3.71～5.62m，标高为57.07～54.47m；地下室以周边的水位西北侧和西南侧均为55.66m、东北侧为55.71m、东南角为55.76m，高差仅0.10m；

（4）同一监测点的水位变幅为0.55～3.81m，变幅大小与所处部位高程有关。

（5）地下水的水位随降雨的变化而变化且对降雨的响应迅速，反应灵敏，一般降雨当天地下水水位即开始上升。

（6）大气降水对场地地下水的影响程度与降水的持续时间及单次降水量的大小密切相关，降水持续时间越长，单次降水量越大，影响程度越大。

（7）地下水消散降水影响所需要的时间较长，地下室西侧（填筑平台较宽，约28m）需要1周左右，东侧（填筑平台较窄，约9m）约2d。

3.2 坡地应考虑水力梯度问题

有些勘察技术人员在提抗浮设防水位建议值时，不考虑场地是一块坡地以及地下水水力梯度问题，直接以场地或周边±0最低部位作为依据，所提抗浮设防水位建议值对于高位的地下结构部分抗浮不安全，造成地下工程局部破坏。

以湖南株洲某安置小区为例。该小区地上共6栋1+26F～33F，地下1～2层，地下水类型主要为基岩裂隙水，场地为坡地，东侧紧临小山包且有一条小冲沟面向场地，西北角主干道路面标高最低。勘察报告以西北角主干道路面标高降低0.50m作为整个场地的抗浮设防水位，工程封顶后相隔不到1个月遇两场破历史纪录的暴雨，东侧山包雨水大量汇于场内，场内排水不畅，靠近山体侧的纯地下室部位的地下结构遭到破坏，底板开裂、渗水，部分梁柱开裂。