地下建筑结构设计和施工设防水位的选定与抗浮验算的探讨

王靖

河北易拓工程设计有限公司 河北唐山 063000

建筑物抗浮验算的时候，规范中，主要涉及到的就是基底与地下室的外墙水压计算。此时要用静水压强的计算公式，确定基底的抗浮验算状况。建筑物的基础抗浮验算水压，因没有防水位的h具体设定，所以一般会出现比较随意的问题，没有准确认知，势必会影响到计算效果。所以一定要做好现场勘查、数据计算，其具有现实意义。假设抗浮稳定性的验算会成为制约工程经济性、安全性的必要条件，那么水压大小的检测就成为了必要性工作。

1 潜水型地下水设防水位h与抗浮设计水头值H确定方法

一般来说，地表下第一个隔水层连续分布，拥有自由水面含水层，就是潜水。潜水面说的就是拥有连续自由水面的部分，潜水位说的是水面标高[1]。

很多地方的潜水地层，都有粉土、淤泥粉质粘土、淤泥、人工填土、砂卵石、砂、软土，广泛分布着花岗岩，是透水底层，渗透的系数能够超过0．5m/d。这类地层中的地下水，具备连续自由水面形成条件，这类地层中的地下水就会变成潜水。

从表现来看，潜水动态呈现出明显季节变化问题。每年的水位变化都有比较大的幅度。为了控制潜水位变化幅度，在操作前，也就是勘查环节，有必要设置长期观测井用于了解地下水位变化情况，维持一个水文年甚至更久的观测。

潜水地下水的防水位设置，一般用历年浅水面的最高标高，也就是最高潜水位当做防水位。这里的h是抗浮设计水头值，这里的H是基底到建筑物的设防水位高度[2]。在计算浮力、地下水压的时候，要用全部浮力进行计算，不能进行任何折减。

2 滞水型地下水设防水位h与抗浮设计水头值H确定方法

与传统上层滞水概念不同的是，滞水地下水概念是一种新概念，说的是在潜水位上面的弱含水层认为渗透补给层中孔隙水与重力水，能够渗透与流动于岩土孔隙，与渗流原理相同。

滞水地下水特点就是在包气带中局部且暂时性集水。这种集水埋藏浅、不连续、分布不广泛。直接受到地表水补给和大气降水补给。用逐渐向下渗透或是蒸发的形式排泄，没有稳定的动态，在季节因素作用下，发生明显变化。季节水位有迅速上升情况。在干旱的时候，水位快速降低或是消失。面对较大的水位变化情况，滞水会出现在包气带内不同地段，甚至也有可能重复出现在同一地段不同深度地点。

本人所参与的某工程中，滞水就是包气带中局部隔水层上面，弱透水性花岗岩、粉质粘土、黏土当中的残留水、地表水、季节水。在地表节流以及旱季的时候，这些地下水就会消失。在残积土交界面与花岗岩强风化周围通常有不厚的潜水[3]。浅水面花岗岩的残留黏土通常都有一定量滞水。在讨论中应该仔细分析与研究。

有些地区海积淤泥、冲填土、淤泥质土虽然也呈现出了弱透水性，不过是饱和软土，有着较大的含水量，没有足够的地基承载能力。包括了薄层砂，这类土地下水不可以看作是滞水，要定性潜水多加留意。

考虑到当前规范中，没有明确的滞水地下水浮力折扣规定，且资料很少，所以需要结合经验讨论，从而渐渐梳理出思路，应对各种问题。

2.1 h确定

要谨慎处理，绝不能只看勘察报告得到的地下水位情况就轻易的判断今后的变化可能性与问题。滞水地下水的防水位设置，应当按照历年的最高滞水面标高确定防水位。计算静水压力的时候，要用静水压强公式。

2.2 浮力计算

计算浮力的时候，要结合基底到滞水地下水设防水位水头值并考虑浮力的折减，最后乘以折减经验系数。其中地下结构基底的上下部分如果是弱透水，不透水土层，那么渗透系数就是小于等于0．5m/d，并且没有饱和软土。如果地下基底是弱透水，不透水土层，并且基底上面有透水，强透水层，则系数是大于等于0．5m/d，并且并非饱和软土。如果地下基底是弱透水，不透水层，基底上是透水，强度水层，则是饱和软土。假设地下基底是透水，强透水底层，或地下基底是粉土、淤泥质粘性土、淤泥这种软弱松散地层，没有浮力折减，为非饱和软土。

要明确的是，抗浮稳定性的验算非常关键，地下室周围一定要用粘土填土夯实。

3 抗浮验算与抗浮安全系数取值

对基底标高常年处于水位以下的地下结构来说，浮力有着永久作用，抗浮安全系数建议使用1．2。在地下结构完工以后，正常使用过程中，不能随意降低地下的水位，此时要使用建筑工程手册当中给出的公式计算荷载和验算抗浮稳定性。

4 讨论

按照地下水力学作用以及地下水条件，有一些学者在分类的时候，将地下水压分成了渗透压力与空隙水压力两种类型。本文所讨论的是岩土体当中的空隙水压力，在岩土体内部的空隙，也就是溶穴、裂隙、孔隙中地下水在自重应力问题的影响下，施加给岩土体压力、建筑结构压力，统称空隙水压力，也就是我们经常说到的地下水静水压。在含水层，不论是哪点岩土的自重应力都适合地基附加应力，一切由水、岩土固体共同承担的。水承担应力需要做好空隙水的压力计算，得出空隙水压力情况。按照静水压力的原理，通常来说，饱和岩土体每一个点的断面单位面积作用水压力都要用到水重度×断面平均水高度×有效作用面积的系数。

空隙水压有着比较复杂的压力变化，这里要参考岩土体透水性、动态变化条件、地下水分布边界条件。岩土体渗透性是地下水压力变化与分布的根本，地下水位变化十分关键。

地下建筑的抗浮验算，需要用到浮力折减。着手于空隙水压和有效作用面积概念，得出相当的实质性内容。地基浮力能够折减，从地下水压测试中可以看到明显的结果。当然这里并没有规范，所以暂时需要参考经验。

5 结论

为了保障建筑物稳定，结构抗浮验算十分重要，尤其是地下部分。本文结合笔者的个人经验叙述了在工作中如何取用防水位及抗浮安全系数，希望能够为同仁提供一定的参考与支持。也希望有更完善的制度和规章，能够为我国的建筑行业发展提供支持。