延安黃土斜坡巖土工程勘察中抗浮設防水位的確定

張瑞松，何建東，梁 誼

（機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西西安710043）

當前城鎮化發展向周邊要地已成為必然趨勢，然而丘陵溝壑區受地形地貌限制，在過去城鎮化水平較低時，主要沿溝谷延伸拓展，逐步發展為“線形”或“帶型”城市，如延安、蘭州、寶雞等[1-4]，空間拓展可選擇方向有限。隨著近年城鎮化水平的不斷提高，城鎮化沿溝谷、川道發展，將侵占、消耗大量耕地，且城市功能、布局難以合理規劃。為擺脫“線”形城市局限性，多地提出了“城鎮上山”、“中疏外擴、上山建城”等城市發展戰略[5-7]，充分利用城市周邊低丘緩坡，拓展城市發展空間。延安作為位于黃土丘陵溝壑區的典型“線”形城市，人口增加與城市空間資源不足的矛盾突出、生態環境脆弱、交通擁堵嚴重、城市功能不健全、布局不合理等問題亟待解決，因此2012年延安市通過平山、填溝、造地、建城，“削峁建塬”擴展城鎮化建設用地，具有顯著的經濟、生態、社會效益。

“削峁造塬”后，隨著建設項目逐步開發，后期開始利用綜合坡度為10%的坡地投入建設，為滿足人防工程、地下車庫、基礎埋深和其他設施要求，同時為了充分利用土地資源，擬建建筑物均會設置面積較大的地下室，部分建筑物還存在純地下室及地下廣場，當工程場地發育有地下水且影響建筑物抗浮穩定時，不得不考慮抗浮設防水位問題[8]。而這些場地地下水位往往由于監測時間短，地下水滲流規律未查明，難以得出合理的抗浮設防水位，尤其是發生暴雨、管道滲漏等極端情況。黃土坡地地下水特征一般表現為地下水埋藏較深，當需要考慮抗浮水位時，由于地下水水流系統復雜，抗浮建筑物前后水頭差較大，歷史最高水位難以獲取，抗浮設防水位的確定較為困難。本文通過延安黃土斜坡場地實際工程案例分析探討類似場地地下水抗浮設防水位問題。

1 抗浮設防水位確定的相關研究

常用相關規范標準針對抗浮設防水位的確定做了一些說明。《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）[9]3.0.4條第1款提出勘察報告應提供用于計算地下水浮力的設防水位。條文說明中強調，抗浮設防水位是重要設計參數，對于情況復雜的重要工程，要在勘察期間預測建筑物使用期間水位可能發生的變化和最高水位有時相當困難，應根據《巖土工程勘察規范》（GB50021）[10]，進行專門研究。《高層建筑巖土工程勘察標準》（JGJ/T72-2017）[11]8.6.2條給出了抗浮設防水位綜合確定的5款規定。①抗浮設防水位宜取可能遇到的最高水位；②施工期間的抗浮設防水位可按勘察時實測的場地最高水位，并考慮其他不利因素綜合確定；③對于多類型地下水有水力聯系時，宜按各層水的混合最高水位確定。8.6.3 條和8.6.4 條提出場地位于斜坡地段，情況復雜時，應進行專門論證，在抗浮設計時，“應分析地下水滲流在地下室底板產生的非均布荷載對地下室結構的影響”。8.6.5 條提供了穩定地下水位作用下的浮力計算方法。《建筑工程抗浮技術標準》（JGJ 476-2019）[12]對建筑工程中抗浮提出系統性的技術要求。該標準5.3.3條，使用期抗浮設防水位應取下列地下水水位的最高值：①地區抗浮設防水位區劃圖中場地區域的水位區劃圖；②水位預測咨詢報告提供的使用期最高水位；③設計使用年限相同時限的場地歷史最高水位；④與使用期相同時限的場地地下水長期觀測的最高水位；⑤多層地下水的獨立水位、有水力聯系含水層的最高混合水位；⑥對場地地下水水位有影響的地表水系與設計使用年限相同時限的設計承載水位；⑦根據地方經驗確定的最高水位。

一些專家學者對于抗浮設防水位的確定進行了分析研究。如張思遠[13]指出在確定建筑物基礎抗浮水位時，對于存在多層地下水的場地，宜分層預測最高地下水位。楊瑞清等[14]提出潛水型地下水設防水位應以歷年潛水面最高標高即最高潛水水位作為設防水位；滯水地下水設防水位應以歷年滯水面最高標高即最高滯水水位作為地下水的設防水位，同時也提出浮力折減系數的概念。張曠成等[15]認為每個場地只有一個“場地抗浮設防水位”，一般情況下，上層滯水不考慮浮力，并提出k≤0.5m/d 的弱透水層，在考慮滲流情況下，靜水壓力可以考慮折減。

2 研究區場地概況

2.1 研究區場地工程地質條件

研究區場地原始地貌為黃土斜坡區，經大面積削山造地工程施工后，場地斜坡經削山工程形成挖方區，根據與削山造地前原始地形圖對比，最大挖方厚度約30m，南側溝谷區經回填形成填方區，最大填方厚度約10m，場地削山前原始地形圖見圖1。場地現狀地形為黃土坡地，東北高西南低，綜合坡度約10%，見圖2，場地現狀全景圖見圖3。

圖1 場地削山前原始地形圖

圖2 場地削山造地后現狀地形圖

根據現場鉆探揭露，場地地層結構為壓實填土層、黃土層、古土壤層、粉質粘土層、基巖，典型工程地質剖面見圖4，主要地層結構如下：

圖3 場地現狀全景圖

粉質粘土N2：棕紅—褐紅色，堅硬—硬塑。結構致密，含較多白色鈣質結核及少量黑色斑點，局部鈣質結核含量較大，并富集成層，該層埋藏較深。

圖4 典型工程地質剖面圖

砂巖、泥巖J ：強風化—中風化，灰黃—青灰色。強風化砂巖泥巖巖石結構基本被破壞，大部分已風化成塊狀。中風化砂巖泥巖巖芯呈短柱—柱狀，薄層—中厚層狀構造，砂巖礦物成分以石英長石為主，該層埋藏較深。

2.2 研究區場地水文地質條件

一般情況下，延安黃土斜坡區地下水位埋藏較深，可不考慮抗浮設防水位。但研究區由于削山造地，上部地層開挖后導致地下水位埋深減小，而擬建建筑物基礎埋深較大，當地下水影響建筑物安全穩定時，應考慮抗浮設防水位問題。

據延安市氣象站1951～2005 年資料，年內降水主要集中在6～9月，占全年降水量的70%左右，延安氣象站氣象要素見圖5。潛水的自然水位動態和季節變化有關，本次勘察時所測的地下潛水位接近年內季節性變化中的高水位期水位。

按水力性質及含水介質特性，本場地內地下水主要為第四系孔隙潛水，局部為基巖裂隙水，本場地主要含水地層為離石黃土層，地下水補給區與徑流區一致，以大氣降水、地表水入滲為主要補給來源，補給形式主要為活塞式下滲[16]，即入滲水的濕鋒面整體向下推進。勘察期間為豐水期，水位處于高水位。地下水排泄主要受地貌形態控制，在黃土層由地勢較高區域向較低徑流，排泄至場地下游的排水盲溝，部分下滲為基巖裂隙水。本項目勘察期間（2019年7月30日～8月12日）及2019 年10 月29 日進行二次測量，場地內大部分鉆孔勘探深度范圍內見地下水。

3 抗浮設防水位的確定

研究區位于黃土斜坡區，分布建筑物12棟和6棟純地下車庫。根據建筑物基底標高與地下水位進行比較，共3棟建筑物及5棟純地下車庫受到地下水位影響。

根據研究區建筑物在場地內分布特征及場地地形地貌，對面積分布范圍較大的地下車庫，按照地下水流場特征劃分抗浮設防分區分區處理。根據文獻[12]中第5章5.3節，場地內無監測水位，難以預測地下水位，研究區內主要通過鉆孔獲取穩定地下水水位并考慮地下水位年變化幅度2.0～3.0m的不利工況，通過考慮場地地貌、地下水類型、地下水補給、徑流、排泄特征等因素，綜合確定擬建場地抗浮設防水位，詳見表1。其中擬建6#、7#、9#建筑物僅在施工期間需考慮抗浮設防水位，而各地庫分區在施工期間至建筑物全壽命使用期間均需考慮抗浮設防水位，建議本工程各地庫分區需考慮設置壓重或抗浮樁或抗浮錨桿。后期應注意硬化地面，降低降雨入滲量，減少地下水補給，同時場地內涉水管道應做定期檢漏工作，防止地下水位出現大幅抬升。

4 結論及建議

（1）通過本工程實例，加深對黃土斜坡區地下水位抗浮設防水位及抗浮設防措施確定的認識，為今后工作積累經驗。

（2）一般情況下，黃土斜坡區涉及地下水、提供抗浮水位項目較少，相關研究和文獻匱乏。當實際工程項目中遇到類似問題，應重點查清場地穩定地下水位，并通過豐、枯水期分析場地地下水水位變幅，以謹慎態度提出抗浮設防水位。

（3）近年來，貴州、山東等地建筑場地在施工期間因短時間內強降雨引起地下水水位上升或地表水進入基坑，導致地下結構上浮破壞。本項目施工期間，降水強度較大時，強度超過入滲能力后，轉化為地表徑流，短時間內侵入已開挖基槽，尤其是6#地庫，可能會造成地下結構上浮破壞，因此建議施工期間應注意增強防、排水措施。

表1 抗浮設防水位一覽表

（4）當研究區內建筑物全壽命使用期間場地硬化、排水系統完善后，地下水補給量減小，地下水水位下降，建筑物上浮風險減小。

（5）有條件的工程項目，盡可能進行地下水位長期觀測，積累資料，以便提出更準確合理的抗浮設防水位。