延安黄土斜坡岩土工程勘察中抗浮设防水位的确定

2022-02-14张瑞松何建东

西部探矿工程 2022年2期

张瑞松，何建东，梁谊

（机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安710043）

当前城镇化发展向周边要地已成为必然趋势，然而丘陵沟壑区受地形地貌限制，在过去城镇化水平较低时，主要沿沟谷延伸拓展，逐步发展为“线形”或“带型”城市，如延安、兰州、宝鸡等[1-4]，空间拓展可选择方向有限。随着近年城镇化水平的不断提高，城镇化沿沟谷、川道发展，将侵占、消耗大量耕地，且城市功能、布局难以合理规划。为摆脱“线”形城市局限性，多地提出了“城镇上山”、“中疏外扩、上山建城”等城市发展战略[5-7]，充分利用城市周边低丘缓坡，拓展城市发展空间。延安作为位于黄土丘陵沟壑区的典型“线”形城市，人口增加与城市空间资源不足的矛盾突出、生态环境脆弱、交通拥堵严重、城市功能不健全、布局不合理等问题亟待解决，因此2012年延安市通过平山、填沟、造地、建城，“削峁建塬”扩展城镇化建设用地，具有显著的经济、生态、社会效益。

“削峁造塬”后，随着建设项目逐步开发，后期开始利用综合坡度为10%的坡地投入建设，为满足人防工程、地下车库、基础埋深和其他设施要求，同时为了充分利用土地资源，拟建建筑物均会设置面积较大的地下室，部分建筑物还存在纯地下室及地下广场，当工程场地发育有地下水且影响建筑物抗浮稳定时，不得不考虑抗浮设防水位问题[8]。而这些场地地下水位往往由于监测时间短，地下水渗流规律未查明，难以得出合理的抗浮设防水位，尤其是发生暴雨、管道渗漏等极端情况。黄土坡地地下水特征一般表现为地下水埋藏较深，当需要考虑抗浮水位时，由于地下水水流系统复杂，抗浮建筑物前后水头差较大，历史最高水位难以获取，抗浮设防水位的确定较为困难。本文通过延安黄土斜坡场地实际工程案例分析探讨类似场地地下水抗浮设防水位问题。

1 抗浮设防水位确定的相关研究

常用相关规范标准针对抗浮设防水位的确定做了一些说明。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[9]3.0.4条第1款提出勘察报告应提供用于计算地下水浮力的设防水位。条文说明中强调，抗浮设防水位是重要设计参数，对于情况复杂的重要工程，要在勘察期间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，应根据《岩土工程勘察规范》（GB50021）[10]，进行专门研究。《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T72-2017）[11]8.6.2条给出了抗浮设防水位综合确定的5款规定。①抗浮设防水位宜取可能遇到的最高水位；②施工期间的抗浮设防水位可按勘察时实测的场地最高水位，并考虑其他不利因素综合确定；③对于多类型地下水有水力联系时，宜按各层水的混合最高水位确定。8.6.3 条和8.6.4 条提出场地位于斜坡地段，情况复杂时，应进行专门论证，在抗浮设计时，“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的影响”。8.6.5 条提供了稳定地下水位作用下的浮力计算方法。《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）[12]对建筑工程中抗浮提出系统性的技术要求。该标准5.3.3条，使用期抗浮设防水位应取下列地下水水位的最高值：①地区抗浮设防水位区划图中场地区域的水位区划图；②水位预测咨询报告提供的使用期最高水位；③设计使用年限相同时限的场地历史最高水位；④与使用期相同时限的场地地下水长期观测的最高水位；⑤多层地下水的独立水位、有水力联系含水层的最高混合水位；⑥对场地地下水水位有影响的地表水系与设计使用年限相同时限的设计承载水位；⑦根据地方经验确定的最高水位。

一些专家学者对于抗浮设防水位的确定进行了分析研究。如张思远[13]指出在确定建筑物基础抗浮水位时，对于存在多层地下水的场地，宜分层预测最高地下水位。杨瑞清等[14]提出潜水型地下水设防水位应以历年潜水面最高标高即最高潜水水位作为设防水位；滞水地下水设防水位应以历年滞水面最高标高即最高滞水水位作为地下水的设防水位，同时也提出浮力折减系数的概念。张旷成等[15]认为每个场地只有一个“场地抗浮设防水位”，一般情况下，上层滞水不考虑浮力，并提出k≤0.5m/d 的弱透水层，在考虑渗流情况下，静水压力可以考虑折减。

2 研究区场地概况

2.1 研究区场地工程地质条件

研究区场地原始地貌为黄土斜坡区，经大面积削山造地工程施工后，场地斜坡经削山工程形成挖方区，根据与削山造地前原始地形图对比，最大挖方厚度约30m，南侧沟谷区经回填形成填方区，最大填方厚度约10m，场地削山前原始地形图见图1。场地现状地形为黄土坡地，东北高西南低，综合坡度约10%，见图2，场地现状全景图见图3。

图1 场地削山前原始地形图

图2 场地削山造地后现状地形图

根据现场钻探揭露，场地地层结构为压实填土层、黄土层、古土壤层、粉质粘土层、基岩，典型工程地质剖面见图4，主要地层结构如下：

图3 场地现状全景图

粉质粘土N2：棕红—褐红色，坚硬—硬塑。结构致密，含较多白色钙质结核及少量黑色斑点，局部钙质结核含量较大，并富集成层，该层埋藏较深。

图4 典型工程地质剖面图

砂岩、泥岩J ：强风化—中风化，灰黄—青灰色。强风化砂岩泥岩岩石结构基本被破坏，大部分已风化成块状。中风化砂岩泥岩岩芯呈短柱—柱状，薄层—中厚层状构造，砂岩矿物成分以石英长石为主，该层埋藏较深。

2.2 研究区场地水文地质条件

一般情况下，延安黄土斜坡区地下水位埋藏较深，可不考虑抗浮设防水位。但研究区由于削山造地，上部地层开挖后导致地下水位埋深减小，而拟建建筑物基础埋深较大，当地下水影响建筑物安全稳定时，应考虑抗浮设防水位问题。

据延安市气象站1951～2005 年资料，年内降水主要集中在6～9月，占全年降水量的70%左右，延安气象站气象要素见图5。潜水的自然水位动态和季节变化有关，本次勘察时所测的地下潜水位接近年内季节性变化中的高水位期水位。

按水力性质及含水介质特性，本场地内地下水主要为第四系孔隙潜水，局部为基岩裂隙水，本场地主要含水地层为离石黄土层，地下水补给区与径流区一致，以大气降水、地表水入渗为主要补给来源，补给形式主要为活塞式下渗[16]，即入渗水的湿锋面整体向下推进。勘察期间为丰水期，水位处于高水位。地下水排泄主要受地貌形态控制，在黄土层由地势较高区域向较低径流，排泄至场地下游的排水盲沟，部分下渗为基岩裂隙水。本项目勘察期间（2019年7月30日～8月12日）及2019 年10 月29 日进行二次测量，场地内大部分钻孔勘探深度范围内见地下水。

3 抗浮设防水位的确定

研究区位于黄土斜坡区，分布建筑物12栋和6栋纯地下车库。根据建筑物基底标高与地下水位进行比较，共3栋建筑物及5栋纯地下车库受到地下水位影响。

根据研究区建筑物在场地内分布特征及场地地形地貌，对面积分布范围较大的地下车库，按照地下水流场特征划分抗浮设防分区分区处理。根据文献[12]中第5章5.3节，场地内无监测水位，难以预测地下水位，研究区内主要通过钻孔获取稳定地下水水位并考虑地下水位年变化幅度2.0～3.0m的不利工况，通过考虑场地地貌、地下水类型、地下水补给、径流、排泄特征等因素，综合确定拟建场地抗浮设防水位，详见表1。其中拟建6#、7#、9#建筑物仅在施工期间需考虑抗浮设防水位，而各地库分区在施工期间至建筑物全寿命使用期间均需考虑抗浮设防水位，建议本工程各地库分区需考虑设置压重或抗浮桩或抗浮锚杆。后期应注意硬化地面，降低降雨入渗量，减少地下水补给，同时场地内涉水管道应做定期检漏工作，防止地下水位出现大幅抬升。