淺析蕪湖市區(qū)地下水的抗浮設(shè)防水位確定

盛紅星

（蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究院有限責任公司，安徽蕪湖 241000）

0 引言

在我國城市化建設(shè)過程中，對地下空間合理利用的需求不斷增長，地下車庫、地下室以及地下商業(yè)廣場等工程的建設(shè)規(guī)模及埋深越來越大。在地下工程建設(shè)及其使用過程中，地下水作用下的抗浮評價顯得越來越重要，而抗浮評價中的重要內(nèi)容就是要合理的確定抗浮設(shè)防水位。

對于抗浮設(shè)防水位的合理確定，很多國內(nèi)專家學者進行了深入研究。黃志侖等[1]研究了多層地下水情況下的抗浮水位，認為建筑抗浮設(shè)防水位應(yīng)是建筑基礎(chǔ)底板所在地下水層的最高水位，并不存在統(tǒng)一的場地抗浮設(shè)防水位。張曠成和丘建金[2]認為場地抗浮設(shè)防水位應(yīng)綜合分析區(qū)域水文地質(zhì)條件、場地地下水埋藏條件和地下水長期觀測資料，每個場地的抗浮設(shè)防水位是各層地下水位的最高者。蘭堅強[3]依據(jù)工程實踐,從水文地質(zhì)角度探討了地下水的抗浮設(shè)防水位確定方法。周載陽等[4]對北京地區(qū)建筑抗浮設(shè)防水位的合理確定進行研究，認為其合理確定需要綜合考慮影響擬建場區(qū)的自然因素和人為因素,建筑物使用壽命期間的最高地下水位是合理的取值。劉國亮等[5]分析了天津市區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，認為抗浮設(shè)防水位受各種因素的影響,其中最不利組合綜合確定的抗浮設(shè)防水位比較合理。彭柏興[6]對長沙地區(qū)水文地質(zhì)特征與抗浮設(shè)防水位的確定進行研究，認為長沙地區(qū)建筑工程的抗浮主要與孔隙水有關(guān)，需要結(jié)合地質(zhì)條件對不同情況的抗浮設(shè)防水位進行分析取值。因此，城市建筑物地下水抗浮設(shè)防水位的確定和具體取值需要結(jié)合具體地區(qū)及場地進行具體分析和確定。

本文通過對蕪湖市區(qū)地下水抗浮設(shè)防水位的自然和人為等主要影響因素進行分析，并結(jié)合市區(qū)具有代表性的工程實踐，探討蕪湖市區(qū)內(nèi)建筑物地下水抗浮設(shè)防水位的合理確定與取值，以期能為蕪湖市區(qū)擬建建筑物確定地下水抗浮設(shè)防水位提供初步參考。

1 抗浮設(shè)防水位的含義及其相關(guān)的規(guī)定

1.1 抗浮設(shè)防水位的含義

較早給予抗浮設(shè)防水位明確定義的是《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程 》（JGJ72-2004）[7]：抗浮設(shè)防水位指地下室抗浮評價計算所需的、保證抗浮設(shè)防安全和經(jīng)濟合理的場地地下水位。而最新修訂出版的《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ72-2017）[8]考慮抗浮設(shè)防水位的影響因素，給予抗浮設(shè)防水位重新定義：為滿足地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)防安全及抗浮設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟合理的需要，根據(jù)場地水文地質(zhì)條件、地下水長期觀測資料和地區(qū)經(jīng)驗，預(yù)測地下結(jié)構(gòu)在施工期間和使用年限內(nèi)可能遭遇到的地下水最高水位，用于設(shè)計按靜水壓力計算作用于地下結(jié)構(gòu)基底的最大浮力。可以初步認為抗浮設(shè)防水位的確定需要結(jié)合具體區(qū)域的具體工程進行多影響因素綜合分析取值。

1.2 現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)規(guī)定

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009 年版）[9]第4.1.13 條規(guī)定：“詳細勘察應(yīng)論證地下水在施工期間對工程和環(huán)境的影響。對情況復雜的重要工程，需論證使用期間水位變化和需提出抗浮設(shè)防水位時，應(yīng)進行專門研究?！逼湫抻喺f明中規(guī)定：“抗浮設(shè)防水位是很重要的設(shè)計參數(shù)，但要預(yù)測建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時相當困難，不僅與氣候、水文地質(zhì)等自然因素有關(guān)，有時還涉及地下水開采、上下游水量調(diào)配、跨流域調(diào)水等復雜因素，故規(guī)定應(yīng)進行專門研究。”和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ72-2017）[8]第8.6.2 條規(guī)定：“抗浮設(shè)防水位宜去地下室自施工期間到全使用壽命期間可能遇到的最高水位。該水位應(yīng)根據(jù)場地所在地貌單元、地層結(jié)構(gòu)、地下水類型、各層地下水水位及其變化幅度和地下水補給、徑流、排泄條件等因素綜合確定；當有地下水長期水位觀測資料時，應(yīng)根據(jù)實測最高水位以及地下室使用期間的水位變化，并按當?shù)亟?jīng)驗修正后確定?！薄督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）[10]第3.0.2條規(guī)定：建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應(yīng)進行抗浮驗算，第3.0.4 條規(guī)定：應(yīng)提供“地下水埋藏情況、類型和水位變化幅度及規(guī)律”當工程需要時，“尚應(yīng)提供用于計算地下水浮力的設(shè)防水位”。

2 蕪湖市區(qū)抗浮設(shè)防水位的主要影響因素分析

2.1 自然因素

影響蕪湖地區(qū)地下水位的自然因素可以概括為以下兩點：一是大氣降水及地表徑流。蕪湖地區(qū)屬亞熱帶和中亞熱帶季風型氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量充沛，地下水補給、排泄條件隨季節(jié)性變化明顯，歷年降水總量平均值為1198.1mm，主要集中在4～8月，占46%，其中1～3月為枯水期，9～12月為平水期，4～8 月為豐水期。蕪湖市域范圍內(nèi)分布有長江、青弋江、漳河、裕溪河、扁擔河等主要河流，以及零星分布的湖塘（如鏡湖，銀湖和鳳鳴湖）等水體，局部地下水和地表水有水力聯(lián)系。

二是區(qū)域地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。蕪湖市屬長江中、下游平原組成部分，以階地和河漫灘構(gòu)成的平原為主，散落零星的低丘和殘丘，地勢呈南高北低，地形呈不規(guī)則長條狀，其中老城區(qū)地勢較高，周邊地勢較低，第四系沉積厚度由中心城區(qū)向外逐漸增大，一般在20～60m之間。城東和江北區(qū)域主要為江漫灘地貌單元，地層分布主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉細砂、粉質(zhì)黏土、黏土或粉細砂互層、圓礫層，其下為基巖，地下水類型主要為潛水，受大氣降水和地表徑流以及淺部潛水的滲透補給，其中江北地下水和地表水有水力聯(lián)系。城南和三山區(qū)域主要為Ⅰ級階地地貌單元，地層分布主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉細砂、粉質(zhì)黏土、粉細砂、圓礫層、卵石，其下為基巖，地下水類型主要為上層滯水、潛水和承壓水，受地表河流影響，含水層增多，受大氣降水和地表徑流以及淺部潛水的滲透補給，其中三山沿江地段地下水和地表水有水力聯(lián)系。老城區(qū)主要為Ⅱ階地地貌單元，以及零星分布的崗丘地貌，地層分布主要淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，其下為基巖，地下水類型主要為上層滯水、潛水，受大氣降水和地表徑流以及淺部潛水的滲透補給。

2.2 人為因素

影響蕪湖地區(qū)地下水位的人為因素也可以概括為以下兩點：一是地表徑流條件的改變。20 世紀90年代以來，蕪湖市進入了高速發(fā)展階段，為了大面積建設(shè)和市政設(shè)施完善的需要，對市區(qū)進行整平，原有的溝塘河流被填平和改道，改變了地面徑流的條件，如青弋江分洪道的建設(shè)，造成了部分河流的改道，從而影響區(qū)域內(nèi)的地下水位的變化。二是區(qū)域內(nèi)工程建設(shè)的施工降水。為確保工程建設(shè)安全建設(shè)的需要，很多地下工程的施工中采用降水措施，對周邊地下水的水位產(chǎn)生了較大的影響。

2.3 其它因素

一般勘察期間所獲得最高的地下水位受勘察所在季節(jié)影響，且不同季節(jié)存在著差異，在枯、平、豐水期勘察期間，分別對應(yīng)年變化幅度（經(jīng)驗值）的最大值和最小值。同時具體的場地還存在意外補給（即內(nèi)澇、上下水管老化產(chǎn)生的滲漏水等）的可能，意外補給一般會導致地下水位升高，且具體升高量需要結(jié)合監(jiān)測等方法確定。

3 蕪湖市區(qū)地下水抗浮設(shè)防水位的確定

如上分析，蕪湖市區(qū)地下水抗浮設(shè)防水位的影響因素較多，在實際工作中，需要綜合考慮以上各影響因素，合理確定市區(qū)抗浮設(shè)防水位。

3.1 江漫灘地貌單元

江漫灘地貌單元主要分布在蕪湖地區(qū)的江北、城東及三山的沿江地段，地下水水位較高，地下水類型以潛水為主，部分地段含有承壓水等多層地下水，兩層地下水之間為弱透水黏土層，這兩層水之間有越流補給，但是承壓水頭對地下工程的影響較小。此地段工程建設(shè)的抗浮設(shè)防水位主要應(yīng)考慮以下因素：①原地面高程較低；②地下水和地表水有部分水力聯(lián)系；③易發(fā)生內(nèi)澇；④地下水位較高，且年變化幅度較小。

工程實例：位于城東的某大型地下室工程，場地較為平整，自然地面標高為+5.80～+6.30m，地下室開挖深度5.00m?？辈鞎r實測地下水穩(wěn)定水位埋深為地面下0.30～0.80m（黃海高程+5.10～+5.50m），地下水位埋深的最大高差為0.50m，地下水位是順地勢傾斜的。勘察單位建議的抗浮設(shè)防水位是采用建成后的室外地坪下負1.00m（黃海高程+5.30m），在隨后的評審中認為勘察單位建議的抗浮設(shè)防水位與實際情況不相符，低于勘察期間的最高水位，且沒有考慮使用壽命期間的地下水年度變化幅度及可能的意外補給。綜合考慮各種因素，該工程抗浮設(shè)防水位為建成后的室外地坪標高下0.50m。同時建議基坑外側(cè)地下水位監(jiān)測點在使用期間保留2個點繼續(xù)觀測，在次年的豐水期月份該監(jiān)測點的最高水位黃海高程為+5.72m，實測數(shù)據(jù)表明上述方法確定的抗浮設(shè)防水位是比較合理的。

3.2 Ⅰ級階地地貌單元

Ⅰ級階地地貌單元主要分布在城南、中心城區(qū)及三山的部分區(qū)域，地下水水位有起伏，且變化較大，地下水類型主要為上層滯水、潛水和承壓水，部分地段含多層地下水，多層水之間有越流、滲透補給，同樣承壓水頭對地下工程的影響較小。此地段工程建設(shè)的抗浮設(shè)防水位主要應(yīng)考慮以下因素：①存在多層地下水，且在弱透水層中的同一平面，總水頭不相同[3]；②地下水位水位變化較大，且年變化幅度也較大。

工程實例：位于城南的某小區(qū)地下室工程，場地較為起伏，自然地面標高為+6.72～+11.34m，地下室開挖平均深度4.00m，屬于半埋式?？辈鞎r實測地下水穩(wěn)定水位埋深為地面下0.60～4.50m（黃海高程+6.40～+6.90m），地下水位埋深的最大高差為3.90m，地下水位是順地勢傾斜的。勘察單位建議的抗浮設(shè)防水位是采用建成后的室外地坪下負1.00m（黃海高程+8.00m），由于建成后的室外地坪黃海高程+9.00m，抗浮設(shè)防水位將高出周邊市政道路約1.00m，地下水的浮力將很大，這與實際情況不相符，因此建議重新考慮抗浮設(shè)防水位。后經(jīng)過綜合考慮勘察期間的最高水位、年變化幅度（經(jīng)驗值），該工程抗浮設(shè)防水位建議取周邊的市政道路黃海高程+7.10m。在保證該工程使用壽命期間安全的同時，使工程造價更加經(jīng)濟合理。

3.3 Ⅱ級階地地貌單元

Ⅱ級階地地貌單元主要分布在蕪湖地區(qū)的老城區(qū)，地下水水位有起伏很大，且變化較大，地下水類型主要為上層滯水、潛水。此地段工程建設(shè)的抗浮設(shè)防水位主要應(yīng)考慮以下因素：①地下水位水位變化較大，且年變化幅度也較大；②上下水管老化，存在不通和漏水現(xiàn)象。

工程實例：位于老城區(qū)的古城改造的地下室工程，場地起伏較大，自然地面標高為+9.34～+14.21m，地下室分區(qū)域設(shè)置為一層和兩層，開挖平均深度5.00～9.00m，地下室底板在同一高程?？辈鞎r實測地下水穩(wěn)定水位埋深為地面下1.24～3.46m（黃海高程+8.10～+11.80m），地下水位埋深的最大高差為3.70m，地下水位是順地勢傾斜的?？辈靻挝唤ㄗh的抗浮設(shè)防水位是統(tǒng)一采用建成后的室外地坪下負1.00m，但是由于建成后的室外地坪存在高差，抗浮設(shè)防水位也是呈階梯狀，這樣對兩層地下室的位置，地下水的浮力考慮過大，而對單層地下室處僅和勘察期間的最高地下水位一致，卻未考慮年變化幅度和老舊水管的滲漏補給，因此建議重新考慮抗浮設(shè)防水位。綜合考慮各項因素，該工程地下室抗浮設(shè)防水位不宜按一個固定的地下水位標高來確定，本工程抗浮設(shè)防水位對一層地下室范圍內(nèi)建議取勘察期間的最高水位加0.50m，對兩層地下室范圍內(nèi)建議取勘察期間的最高水位。

4 結(jié)論

蕪湖市區(qū)抗浮設(shè)防水位的確定應(yīng)首先按照自然影響因素分區(qū)，綜合考慮具體場地的人為和意外補給等因素的影響，其中意外補給所造成的地下水水位上升需要給予重視。通過具體工程實例分析，認為可采用的蕪湖市區(qū)擬建場地抗浮設(shè)防水位的合理取值應(yīng)是由勘察期間最高的地下水位，年變化幅度，受外界影響而產(chǎn)生的補給的綜合值。