黏性土地基中抗浮设防水位的取值及抗浮措施浅析

2022-12-18尹金香赵建洲

中国科技纵横 2022年19期

尹金香赵建洲

（1.辽宁省市政工程设计研究院有限责任公司，辽宁沈阳 110006；2.中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司，辽宁沈阳 110179）

1.关于抗浮设防水位的概述

所谓抗浮设防水位，其实就是确保地基安全性及其经济性的施工现场地下抗浮评价。在对抗浮设防水位进行确定的过程中，相关单位需要注意以下两点：（1）让地基具备足够的抗浮设防安全性，避免地下水浮力对地基产生不良影响。（2）确保工程的经济性，避免因抗浮设防太过保守而导致的施工经济浪费。就目前来看，《高层建筑岩土工程勘察标准》JGJ/T72-2017是抗浮设防水位具体选择中的参照标准，相关单位需根据这一标准，结合现场实际条件来进行抗浮设防水位的合理确定。

2.场地抗浮设防水位确定过程中存在的主要问题

通过以往的施工经验分析可知，上述规范中的相关要求并不能使其实际的生产需求得以全面满足。经总结后发现，其主要问题包括以下三个：（1）现有规范仅仅对其水位取值方面的思路予以提出，没有明确的取值方法和计算公式。（2）很多地区的水位都得不到长期观测，可供参考的依据只有勘察成果、临时观察以及相关经验。（3）因勘察时间比较短，加之季节因素影响，使得地下水资料采集比较片面，加之勘察方法限制，使得勘察结果与实际情况差异较大。

3.地基中抗浮设防水位的取值及抗浮措施

3.1 抗浮设防水位确定的相关研究

对于抗浮设防水位，一些常用规范对其确定进行了说明。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）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，合理的抗浮水位参数设计至关重要，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），进行专门研究。《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T72-2017）8.6.2条中提出了几个关于抗浮设防水位确定中的综合标准：

（1）该水位应该按照可能会遇到的水位最高值来确定。（2）该水位在施工过程中可通过实际勘察测量到的最高水位来进行确定，并考虑其他不利因素综合确定。（3）如果地下水类型很多，且存在水力联系，则需要按照每一层的最高混合水位来确定。

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，需要对地下室底板因地下水渗流问题所产生的非均匀荷载及其在地下室结构中产生的影响进行分析。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》（JGJ476-2019）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。杨瑞清等在研究中提出，对于潜水类抗浮设防水位，需要按照历年来的最高潜水面标高，也就是潜水水位的最大标高来进行确定；而在对滞水类型的地下水进行设防水位的具体确定中，则需要将滞水面在历年来的最大标高作为标准来进行确定，同时也提出浮力折减系数的概念。张旷成等认为在每一个场地中，抗浮设防水位都应该只有一个，通常来讲，上层滞水并不需要对浮力进行考虑，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。

3.2 抗浮设防水位取值的规定

在《高层建筑岩土工程勘察标准》JGJ/T72-2017中，在对抗浮设防水位进行综合确定方面做出了以下几项规定：第一，将从地下室施工开始一直到使用寿命范围内有可能会遇到的最高水位用作抗浮设防水位，这个水位需要按照现场的实际地层结构、地貌单元以及地下水等来综合确定，如果具备长期的地下水观测资料，则需要结合观测资料，结合地下室的设计使用期限来进行抗浮设防水位的科学确定。第二，在施工过程中，可根据实际勘察测量中获得的最大水位值来设定抗浮设防水位；同时需要将季节变化对地下水位变化所造成的影响作为依据，结合工程结构自重以及上部覆土重量，来进行抗浮设防水位的合理设定。第三，如果场地中的地下水为多种类型，虽然每一种类型的水位都具有独立性，但是如果相对隔水层已经达到了饱和，且每一类地下水之间都具有水力联系，则需要根据其混合水位的最高值来确定抗浮设防水位。第四，如果地下结构和江河湖海等的各种地表大型水体邻近，且这些地表水与现场地下水之间存在水力联系，则需要按照百年一遇的地表水最高水位、波浪高度以及地下排水管网的实际情况来进行抗浮设防水位确定。第五，如果现场处在城市低洼地带，可将室外地坪高程用作抗浮设防水位取值标准[1]。

3.3 抗浮设防水位取值中需要考虑的因素

由于很多因素都会对抗浮设防水位产生影响，所以在对抗浮设防水位进行取值的过程中。相关单位与工作人员需要对以下几个方面的因素加以综合考虑：第一是地表水的入渗补给，对于地下水而言，一个关键的补给来源就是地表水入渗，同时，这一来源也会对地下水位变化产生重要影响。因此在抗浮设防水位取值中，需要将地表水入渗这一因素加以重点考虑，包括地面上的河流湖泊入渗以及大气降雨降雪入渗等。具体考虑中，需要将水文、气象资料作为依据来进行推测，且降雨量等的预测需要按照50年及以上一遇的标准进行。第二是地下水径流补给以及排泄，此项因素也会对地下水位变化产生明显影响，因此，为实现抗浮设防水位的合理预测，具体取值中，也需要对此项因素加以重点考虑。第三是人工抽水和注水，包括工农业和生活中的人工地下水抽取、污水排放中的下渗等情况，这些情况都将会在短期内对地下水位产生显著影响，因此也需要将其作为抗浮设防水位的取值计算标准。通过这些因素的综合考虑，才可以实现抗浮设防水位的科学取值。

3.4 抗浮设防水位取值难点分析

确定抗浮设防水位在执行规范要求时也有些难点，主要表现如下。

（1）大多数勘察项目工期较短，主要针对主体结构进行勘察，不会针对地下水抗浮进行专门勘察，也不具备地下水长期观测条件，大多数场地没有地下水长期观测资料或难于收集到这方面的资料，地下水变化幅度往往为勘察人员凭经验所提出，其准确性存在问题。

（2）勘察阶段勘察人员无法全面掌握尚未完全确定的建筑设计和功能要求，难于预测施工后场地的边界条件变化，进而无法根据变化后的场地边界条件提出较为准确的抗浮设防水位值。在勘察阶段，建设单位一般只提供地下室的平面图及正负零高程，有的地下室底板标高都是勘察人员按5m～6m往下预估的，而后期地下室结构设计、周边环境条件及施工后的现实边界条件难以准确预测。场地水文地质条件和边界条件密切相关，地下水水位会随着边界条件的改变而改变。比如，由于基坑开挖，基坑四周地下水改变原有流向而向坑内流入，如遇强降雨且排水不畅，基坑内可能会积满水，地下水位可能达到室外地坪。又比如，施工过程中常见基坑周边堆土或临时道路，堆土导致基坑周边汇水面积增大及水头增高，基坑内水量将变大，水头将变高，临时道路有时将原本排水的通道堵塞而导致场地地下水位上升。以上这些都是勘察阶段难于预测且又常常是地下水位上升导致地下结构破坏的原因。

（3）施工质量不符合要求而引发地下水位上升。这种情况主要有两种：基坑四周肥槽回填不合格和地下室底板土层没有压实。地下室底板柱基之间土层用柱基础开挖后的土进行回填，特别是用风化岩块回填的，没有按设计要求进行压实，空隙较多，这将导致地下室底板下有较大的储水空间。如果肥槽没有按设计要求进行回填压实，将导致大气降水、地表水与地下室底板底以下地层发生水力联系。若遇强降雨，地下室底板底的地下水浮力将取决于肥槽内积水的水头高度。

通过以上分析，勘察阶段提抗浮设防水位确实存在一些困难，所以JGJ476-2019《建筑工程抗浮技术标准》5.3.1条规定了设计人员在确定抗浮设防水位时，应综合分析勘察报告所提建议值、长期观测资料、补给排泄条件及年变幅、洼地淹没可能性等因素，综合确定一个设防水位，因此最终抗浮设防水位的确定应由设计人员全盘考虑后决定，而不是完全依照勘察报告所推荐的[2]。

3.5 实践中常见的几种不利工况抗浮设防水位取值探讨

结合多年勘察经验，对常见的几种情况其抗浮设防水位讨论如下。

（1）关于上层滞水水位。上层滞水位于局部隔水层之上，水量较小，受季节性影响很大，没有统一的自由水面，且一般水位较高。若其水位位于地下室底板之上，由于开挖后其流入坑内，可以通过抽水排出坑外，可以不考虑其对抗浮设防的影响；若水位位于地下室底板之下，由于其水位高于地下室底板时对底板会有浮力，所以应考虑其影响。

（2）地下室底板地层为黏性土等相对隔水层时，有两种情况，一种是没有承压水的情况，一种是有承压水的情况。当底部没有承压水时，地下室底板地层为相对隔水的黏性土，勘察时通常没有水，这时主要考虑大气降水、地表水进入基坑引起的“水盆效应”，并且要考虑地形地貌导致的排水是否通畅问题。若为易积水的低洼地段，由于大气降水、地表水体容易积聚，如靠近江河湖等型地表水体周边、低洼处等，建议提至室外地坪，易积水高出室外地坪时，则考虑地下室出入口的高度通常比室外地坪高出0.5m，可以提到高出地坪0.5m；若为不易积水地段，则考虑“水盆效应”的最高水头，由于其通过肥槽渗透至底板，会有一定的水头损失，可略低于其最高水头（室外地坪），考虑肥槽回填质量，不宜低于室外地坪以下0.5m～1m，回填质量越差，其抗浮设防水位0.5m～1m为水头损失经验值[3]。

当底板有承压水时，这种情况主要位于山前地带，应先验算其底板隆起稳定性。若底板隆起稳定，由于承压水对底板没有直接的水力作用，无需考虑承压水的抗浮设防影响，其抗浮设防水位按上述条件考虑即可。若底板隆起验算不稳定，则应考虑承压最高水头减去底板不透水层压重后的水头高度，这个高度若高于室外地坪，则按这个水头高度抗浮设防；若低于室外地坪以下1m，综合入渗水头损失经验1m，抗浮设防水位按室外地坪以下1m考虑；若位于室外地坪与室外地坪以下1m之间，建议按室外地坪考虑，主要考虑暴雨工况及承压水位一定的安全储备。

（3）地下室底板以下地层为强透水层时。有两种情况，一种是历史最高水位高于底板，另一种是最高水位低于底板。其历史最高水位要收集长期观测资料，获得较准确的数据，若没有长期观测资料，建议考虑周边地形地貌、和地表水体水力联系、水位年变化幅度、周边道路高程综合确定。当历史最高水位高于底板，其抗浮设防水位可按历史最高水位考虑，若高出室外地坪且易积水地段，可高出室外地坪0.5m。当历史最高水位低于底板，由于底板以下为强透水层，对基坑入渗的地表水及大气降水很快会入渗于底板以下强透水地层中，对地下室底板一般构不成浮力作用，这种情况一般可不设抗浮，但由于施工过程中的不确定性、地层的复杂性，考虑其入渗速度，可适当按地下室底板以上1m～2m不等，适当做抗浮设防[4]。

（4）当周边有市政道路、排水设施时，且低于建筑场地高程时，建筑场地的地下水可向周边道路、排水设施排泄，建议其抗浮设防水位取周边道路高程以下约0.5m，若道路有坡度，则按平均高程以下约0.5m，这一数值主要考虑排水设施顶部和道路高程跌幅，约为0.5m。

（5）当邻近江、河、湖等较大型地表水体时，要判定岩土层是否和它有水力联系，是否易淹没，有水力联系时要按最高地表水体水位确定，一般至室外地坪，易淹没地段可高出室外地坪。