黏性土地基中抗浮設(shè)防水位的取值及抗浮措施淺析

尹金香 趙建洲

（1.遼寧省市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110006；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110179）

1.關(guān)于抗浮設(shè)防水位的概述

所謂抗浮設(shè)防水位，其實(shí)就是確保地基安全性及其經(jīng)濟(jì)性的施工現(xiàn)場(chǎng)地下抗浮評(píng)價(jià)。在對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行確定的過(guò)程中，相關(guān)單位需要注意以下兩點(diǎn)：（1）讓地基具備足夠的抗浮設(shè)防安全性，避免地下水浮力對(duì)地基產(chǎn)生不良影響。（2）確保工程的經(jīng)濟(jì)性，避免因抗浮設(shè)防太過(guò)保守而導(dǎo)致的施工經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。就目前來(lái)看，《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T72-2017是抗浮設(shè)防水位具體選擇中的參照標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)單位需根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件來(lái)進(jìn)行抗浮設(shè)防水位的合理確定。

2.場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位確定過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

通過(guò)以往的施工經(jīng)驗(yàn)分析可知，上述規(guī)范中的相關(guān)要求并不能使其實(shí)際的生產(chǎn)需求得以全面滿足。經(jīng)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，其主要問(wèn)題包括以下三個(gè)：（1）現(xiàn)有規(guī)范僅僅對(duì)其水位取值方面的思路予以提出，沒(méi)有明確的取值方法和計(jì)算公式。（2）很多地區(qū)的水位都得不到長(zhǎng)期觀測(cè)，可供參考的依據(jù)只有勘察成果、臨時(shí)觀察以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。（3）因勘察時(shí)間比較短，加之季節(jié)因素影響，使得地下水資料采集比較片面，加之勘察方法限制，使得勘察結(jié)果與實(shí)際情況差異較大。

3.地基中抗浮設(shè)防水位的取值及抗浮措施

3.1 抗浮設(shè)防水位確定的相關(guān)研究

對(duì)于抗浮設(shè)防水位，一些常用規(guī)范對(duì)其確定進(jìn)行了說(shuō)明。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）3.0.4條第1款提出勘察報(bào)告應(yīng)提供用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)防水位。條文說(shuō)明中強(qiáng)調(diào)，合理的抗浮水位參數(shù)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，對(duì)于情況復(fù)雜的重要工程，要在勘察期間預(yù)測(cè)建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時(shí)相當(dāng)困難，應(yīng)根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021），進(jìn)行專門(mén)研究。《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T72-2017）8.6.2條中提出了幾個(gè)關(guān)于抗浮設(shè)防水位確定中的綜合標(biāo)準(zhǔn)：

（1）該水位應(yīng)該按照可能會(huì)遇到的水位最高值來(lái)確定。（2）該水位在施工過(guò)程中可通過(guò)實(shí)際勘察測(cè)量到的最高水位來(lái)進(jìn)行確定，并考慮其他不利因素綜合確定。（3）如果地下水類型很多，且存在水力聯(lián)系，則需要按照每一層的最高混合水位來(lái)確定。

8.6.3條和8.6.4條提出場(chǎng)地位于斜坡地段，情況復(fù)雜時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門(mén)論證，在抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)地下室底板因地下水滲流問(wèn)題所產(chǎn)生的非均勻荷載及其在地下室結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。8.6.5條提供了穩(wěn)定地下水位作用下的浮力計(jì)算方法。《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ476-2019）對(duì)建筑工程中抗浮提出系統(tǒng)性的技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)5.3.3條，使用期抗浮設(shè)防水位應(yīng)取下列地下水水位的最高值：

（1）地區(qū)抗浮設(shè)防水位區(qū)劃圖中場(chǎng)地區(qū)域的水位區(qū)劃圖。（2）水位預(yù)測(cè)咨詢報(bào)告提供的使用期最高水位。（3）設(shè)計(jì)使用年限相同時(shí)限的場(chǎng)地歷史最高水位。（4）與使用期相同時(shí)限的場(chǎng)地地下水長(zhǎng)期觀測(cè)的最高水位。（5）多層地下水的獨(dú)立水位、有水力聯(lián)系含水層的最高混合水位。（6）對(duì)場(chǎng)地地下水水位有影響的地表水系與設(shè)計(jì)使用年限相同時(shí)限的設(shè)計(jì)承載水位。（7）根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)確定的最高水位。

一些專家學(xué)者對(duì)于抗浮設(shè)防水位的確定進(jìn)行了分析研究。如張思遠(yuǎn)指出在確定建筑物基礎(chǔ)抗浮水位時(shí)，對(duì)于存在多層地下水的場(chǎng)地，宜分層預(yù)測(cè)最高地下水位。楊瑞清等在研究中提出，對(duì)于潛水類抗浮設(shè)防水位，需要按照歷年來(lái)的最高潛水面標(biāo)高，也就是潛水水位的最大標(biāo)高來(lái)進(jìn)行確定；而在對(duì)滯水類型的地下水進(jìn)行設(shè)防水位的具體確定中，則需要將滯水面在歷年來(lái)的最大標(biāo)高作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行確定，同時(shí)也提出浮力折減系數(shù)的概念。張曠成等認(rèn)為在每一個(gè)場(chǎng)地中，抗浮設(shè)防水位都應(yīng)該只有一個(gè)，通常來(lái)講，上層滯水并不需要對(duì)浮力進(jìn)行考慮，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。

3.2 抗浮設(shè)防水位取值的規(guī)定

在《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T72-2017中，在對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行綜合確定方面做出了以下幾項(xiàng)規(guī)定：第一，將從地下室施工開(kāi)始一直到使用壽命范圍內(nèi)有可能會(huì)遇到的最高水位用作抗浮設(shè)防水位，這個(gè)水位需要按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地層結(jié)構(gòu)、地貌單元以及地下水等來(lái)綜合確定，如果具備長(zhǎng)期的地下水觀測(cè)資料，則需要結(jié)合觀測(cè)資料，結(jié)合地下室的設(shè)計(jì)使用期限來(lái)進(jìn)行抗浮設(shè)防水位的科學(xué)確定。第二，在施工過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際勘察測(cè)量中獲得的最大水位值來(lái)設(shè)定抗浮設(shè)防水位；同時(shí)需要將季節(jié)變化對(duì)地下水位變化所造成的影響作為依據(jù)，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)自重以及上部覆土重量，來(lái)進(jìn)行抗浮設(shè)防水位的合理設(shè)定。第三，如果場(chǎng)地中的地下水為多種類型，雖然每一種類型的水位都具有獨(dú)立性，但是如果相對(duì)隔水層已經(jīng)達(dá)到了飽和，且每一類地下水之間都具有水力聯(lián)系，則需要根據(jù)其混合水位的最高值來(lái)確定抗浮設(shè)防水位。第四，如果地下結(jié)構(gòu)和江河湖海等的各種地表大型水體鄰近，且這些地表水與現(xiàn)場(chǎng)地下水之間存在水力聯(lián)系，則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網(wǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行抗浮設(shè)防水位確定。第五，如果現(xiàn)場(chǎng)處在城市低洼地帶，可將室外地坪高程用作抗浮設(shè)防水位取值標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3.3 抗浮設(shè)防水位取值中需要考慮的因素

由于很多因素都會(huì)對(duì)抗浮設(shè)防水位產(chǎn)生影響，所以在對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行取值的過(guò)程中。相關(guān)單位與工作人員需要對(duì)以下幾個(gè)方面的因素加以綜合考慮：第一是地表水的入滲補(bǔ)給，對(duì)于地下水而言，一個(gè)關(guān)鍵的補(bǔ)給來(lái)源就是地表水入滲，同時(shí)，這一來(lái)源也會(huì)對(duì)地下水位變化產(chǎn)生重要影響。因此在抗浮設(shè)防水位取值中，需要將地表水入滲這一因素加以重點(diǎn)考慮，包括地面上的河流湖泊入滲以及大氣降雨降雪入滲等。具體考慮中，需要將水文、氣象資料作為依據(jù)來(lái)進(jìn)行推測(cè)，且降雨量等的預(yù)測(cè)需要按照50年及以上一遇的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。第二是地下水徑流補(bǔ)給以及排泄，此項(xiàng)因素也會(huì)對(duì)地下水位變化產(chǎn)生明顯影響，因此，為實(shí)現(xiàn)抗浮設(shè)防水位的合理預(yù)測(cè)，具體取值中，也需要對(duì)此項(xiàng)因素加以重點(diǎn)考慮。第三是人工抽水和注水，包括工農(nóng)業(yè)和生活中的人工地下水抽取、污水排放中的下滲等情況，這些情況都將會(huì)在短期內(nèi)對(duì)地下水位產(chǎn)生顯著影響，因此也需要將其作為抗浮設(shè)防水位的取值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這些因素的綜合考慮，才可以實(shí)現(xiàn)抗浮設(shè)防水位的科學(xué)取值。

3.4 抗浮設(shè)防水位取值難點(diǎn)分析

確定抗浮設(shè)防水位在執(zhí)行規(guī)范要求時(shí)也有些難點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下。

（1）大多數(shù)勘察項(xiàng)目工期較短，主要針對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察，不會(huì)針對(duì)地下水抗浮進(jìn)行專門(mén)勘察，也不具備地下水長(zhǎng)期觀測(cè)條件，大多數(shù)場(chǎng)地沒(méi)有地下水長(zhǎng)期觀測(cè)資料或難于收集到這方面的資料，地下水變化幅度往往為勘察人員憑經(jīng)驗(yàn)所提出，其準(zhǔn)確性存在問(wèn)題。

（2）勘察階段勘察人員無(wú)法全面掌握尚未完全確定的建筑設(shè)計(jì)和功能要求，難于預(yù)測(cè)施工后場(chǎng)地的邊界條件變化，進(jìn)而無(wú)法根據(jù)變化后的場(chǎng)地邊界條件提出較為準(zhǔn)確的抗浮設(shè)防水位值。在勘察階段，建設(shè)單位一般只提供地下室的平面圖及正負(fù)零高程，有的地下室底板標(biāo)高都是勘察人員按5m～6m往下預(yù)估的，而后期地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、周邊環(huán)境條件及施工后的現(xiàn)實(shí)邊界條件難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。場(chǎng)地水文地質(zhì)條件和邊界條件密切相關(guān)，地下水水位會(huì)隨著邊界條件的改變而改變。比如，由于基坑開(kāi)挖，基坑四周地下水改變?cè)辛飨蚨蚩觾?nèi)流入，如遇強(qiáng)降雨且排水不暢，基坑內(nèi)可能會(huì)積滿水，地下水位可能達(dá)到室外地坪。又比如，施工過(guò)程中常見(jiàn)基坑周邊堆土或臨時(shí)道路，堆土導(dǎo)致基坑周邊匯水面積增大及水頭增高，基坑內(nèi)水量將變大，水頭將變高，臨時(shí)道路有時(shí)將原本排水的通道堵塞而導(dǎo)致場(chǎng)地地下水位上升。以上這些都是勘察階段難于預(yù)測(cè)且又常常是地下水位上升導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)破壞的原因。

（3）施工質(zhì)量不符合要求而引發(fā)地下水位上升。這種情況主要有兩種：基坑四周肥槽回填不合格和地下室底板土層沒(méi)有壓實(shí)。地下室底板柱基之間土層用柱基礎(chǔ)開(kāi)挖后的土進(jìn)行回填，特別是用風(fēng)化巖塊回填的，沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行壓實(shí)，空隙較多，這將導(dǎo)致地下室底板下有較大的儲(chǔ)水空間。如果肥槽沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填壓實(shí)，將導(dǎo)致大氣降水、地表水與地下室底板底以下地層發(fā)生水力聯(lián)系。若遇強(qiáng)降雨，地下室底板底的地下水浮力將取決于肥槽內(nèi)積水的水頭高度。

通過(guò)以上分析，勘察階段提抗浮設(shè)防水位確實(shí)存在一些困難，所以JGJ476-2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》5.3.1條規(guī)定了設(shè)計(jì)人員在確定抗浮設(shè)防水位時(shí)，應(yīng)綜合分析勘察報(bào)告所提建議值、長(zhǎng)期觀測(cè)資料、補(bǔ)給排泄條件及年變幅、洼地淹沒(méi)可能性等因素，綜合確定一個(gè)設(shè)防水位，因此最終抗浮設(shè)防水位的確定應(yīng)由設(shè)計(jì)人員全盤(pán)考慮后決定，而不是完全依照勘察報(bào)告所推薦的[2]。

3.5 實(shí)踐中常見(jiàn)的幾種不利工況抗浮設(shè)防水位取值探討

結(jié)合多年勘察經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見(jiàn)的幾種情況其抗浮設(shè)防水位討論如下。

（1）關(guān)于上層滯水水位。上層滯水位于局部隔水層之上，水量較小，受季節(jié)性影響很大，沒(méi)有統(tǒng)一的自由水面，且一般水位較高。若其水位位于地下室底板之上，由于開(kāi)挖后其流入坑內(nèi)，可以通過(guò)抽水排出坑外，可以不考慮其對(duì)抗浮設(shè)防的影響；若水位位于地下室底板之下，由于其水位高于地下室底板時(shí)對(duì)底板會(huì)有浮力，所以應(yīng)考慮其影響。

（2）地下室底板地層為黏性土等相對(duì)隔水層時(shí)，有兩種情況，一種是沒(méi)有承壓水的情況，一種是有承壓水的情況。當(dāng)?shù)撞繘](méi)有承壓水時(shí)，地下室底板地層為相對(duì)隔水的黏性土，勘察時(shí)通常沒(méi)有水，這時(shí)主要考慮大氣降水、地表水進(jìn)入基坑引起的“水盆效應(yīng)”，并且要考慮地形地貌導(dǎo)致的排水是否通暢問(wèn)題。若為易積水的低洼地段，由于大氣降水、地表水體容易積聚，如靠近江河湖等型地表水體周邊、低洼處等，建議提至室外地坪，易積水高出室外地坪時(shí)，則考慮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；若為不易積水地段，則考慮“水盆效應(yīng)”的最高水頭，由于其通過(guò)肥槽滲透至底板，會(huì)有一定的水頭損失，可略低于其最高水頭（室外地坪），考慮肥槽回填質(zhì)量，不宜低于室外地坪以下0.5m～1m，回填質(zhì)量越差，其抗浮設(shè)防水位0.5m～1m為水頭損失經(jīng)驗(yàn)值[3]。

當(dāng)?shù)装逵谐袎核畷r(shí)，這種情況主要位于山前地帶，應(yīng)先驗(yàn)算其底板隆起穩(wěn)定性。若底板隆起穩(wěn)定，由于承壓水對(duì)底板沒(méi)有直接的水力作用，無(wú)需考慮承壓水的抗浮設(shè)防影響，其抗浮設(shè)防水位按上述條件考慮即可。若底板隆起驗(yàn)算不穩(wěn)定，則應(yīng)考慮承壓最高水頭減去底板不透水層壓重后的水頭高度，這個(gè)高度若高于室外地坪，則按這個(gè)水頭高度抗浮設(shè)防；若低于室外地坪以下1m，綜合入滲水頭損失經(jīng)驗(yàn)1m，抗浮設(shè)防水位按室外地坪以下1m考慮；若位于室外地坪與室外地坪以下1m之間，建議按室外地坪考慮，主要考慮暴雨工況及承壓水位一定的安全儲(chǔ)備。

（3）地下室底板以下地層為強(qiáng)透水層時(shí)。有兩種情況，一種是歷史最高水位高于底板，另一種是最高水位低于底板。其歷史最高水位要收集長(zhǎng)期觀測(cè)資料，獲得較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，若沒(méi)有長(zhǎng)期觀測(cè)資料，建議考慮周邊地形地貌、和地表水體水力聯(lián)系、水位年變化幅度、周邊道路高程綜合確定。當(dāng)歷史最高水位高于底板，其抗浮設(shè)防水位可按歷史最高水位考慮，若高出室外地坪且易積水地段，可高出室外地坪0.5m。當(dāng)歷史最高水位低于底板，由于底板以下為強(qiáng)透水層，對(duì)基坑入滲的地表水及大氣降水很快會(huì)入滲于底板以下強(qiáng)透水地層中，對(duì)地下室底板一般構(gòu)不成浮力作用，這種情況一般可不設(shè)抗浮，但由于施工過(guò)程中的不確定性、地層的復(fù)雜性，考慮其入滲速度，可適當(dāng)按地下室底板以上1m～2m不等，適當(dāng)做抗浮設(shè)防[4]。

（4）當(dāng)周邊有市政道路、排水設(shè)施時(shí)，且低于建筑場(chǎng)地高程時(shí)，建筑場(chǎng)地的地下水可向周邊道路、排水設(shè)施排泄，建議其抗浮設(shè)防水位取周邊道路高程以下約0.5m，若道路有坡度，則按平均高程以下約0.5m，這一數(shù)值主要考慮排水設(shè)施頂部和道路高程跌幅，約為0.5m。

（5）當(dāng)鄰近江、河、湖等較大型地表水體時(shí)，要判定巖土層是否和它有水力聯(lián)系，是否易淹沒(méi)，有水力聯(lián)系時(shí)要按最高地表水體水位確定，一般至室外地坪，易淹沒(méi)地段可高出室外地坪。

4.結(jié)語(yǔ)

地基工程抗浮設(shè)防水位確定與抗浮技術(shù)選用具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的抗浮設(shè)防水位確定、抗浮技術(shù)選用等內(nèi)容，則提供了可行性較高的抗浮設(shè)防路徑，而為了更好地開(kāi)展地基工程建設(shè)，“引水抗浮”措施的探索、安全系數(shù)的合理選擇同樣需要得到重視。