李慧慧，熊曉亮，葛佩倩，楊磊

(1.杭州市勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州　310012；　2.杭州澳海控股有限公司，浙江 杭州　310000)

1　工程概況

本工程建設(shè)總用地面積18 800 m2，設(shè)2層地下室。南側(cè)自然地面標(biāo)高(絕對標(biāo)高，余同)為 17.50 m～22.50 m，北側(cè)自然地面高度為 12.50 m，東側(cè)和西側(cè)道路呈一定坡度，兩層地下室底板標(biāo)高為 2.50 m。建筑物采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，局部采用抗浮錨桿，地下室及其周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1地下室及其周邊環(huán)境平面圖

本工程地下室位于斜坡上，場地內(nèi)主要土層為粉質(zhì)黏土混礫砂，滲透性較強(qiáng)。四周場地高差較大，從總體地勢來看，場地東南方向地勢較高，北側(cè)臨道路較低。抗浮設(shè)防水位按建筑物室外地坪下 0.5 m設(shè)防，因地下室周邊地勢起伏不定，應(yīng)注意沿山坡高程差異設(shè)置不同抗浮設(shè)防水位。

2　傳統(tǒng)方法計算難點(diǎn)

對于抗浮設(shè)防水位計算，相關(guān)規(guī)范建議設(shè)置長期水位觀測孔對地下水位進(jìn)行長期觀測，但是本工程前期未設(shè)置觀測井，且后期工期較緊，傳統(tǒng)方法不適合本工程項(xiàng)目。對于有斜坡地段的地下室抗浮水位應(yīng)考慮地下水滲流的影響，采用靜水壓力計算浮力時，應(yīng)根據(jù)土層滲透系數(shù)做相應(yīng)折減[1～2]。張在明認(rèn)為水在土體中多為流動狀態(tài)，由滲流引申出來的孔隙水壓力分析是地下水對建筑工程作用分析的基礎(chǔ)[3]。邱向榮等認(rèn)為由于地下水滲流的復(fù)雜性，要定量確定滲流穩(wěn)定時間和因滲流造成的水頭損失較為困難[4]。

因此，在缺少現(xiàn)場數(shù)據(jù)且場地地形復(fù)雜的情況下，采用數(shù)值計算方法可以很好地定量計算底板所受浮力，同時彌補(bǔ)了靜水壓力計算方法不能考慮滲流的缺陷。

3　三維滲流數(shù)值分析

在傳統(tǒng)的抗浮設(shè)計水位確定方法中，一般按照靜水壓力計算抗浮水位，再根據(jù)土層性質(zhì)和地下室在不同土層的相對位置選取一個折減系數(shù)，這種方法經(jīng)驗(yàn)性太強(qiáng)，只能定性地大概選取一個水位，而且當(dāng)?shù)叵率覂蓚?cè)自然地面標(biāo)高多變時，模型復(fù)雜，不易計算。

數(shù)值模型可以根據(jù)場地的地形變化，綜合分析，合理建模，同時充分考慮不同土層的滲透性造成的水頭損失，與傳統(tǒng)方法相比有其巨大優(yōu)勢。

3.1　三維穩(wěn)定流基本方程

穩(wěn)定流分析是指巖土內(nèi)部和外部的邊界條件不隨時間變化的分析，不考慮土和水的壓縮性以及不存在源項(xiàng)時，均質(zhì)各向異性水頭函數(shù)所滿足的基本方程為[5]：

(1)

其中：h為總水頭，kx、ky、kz分別為x方向、y方向和z方向的滲透系數(shù)。當(dāng)已知邊界條件，便可求解此微分方程，巖土物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

巖土物理力學(xué)指標(biāo)表　　　　　　　　　表1

3.2　模型概況

為使計算結(jié)果更適合分析，模型做適當(dāng)簡化，如圖2所示，最高水位取豐水期水位，位于地表下 0.5 m，北側(cè)較高處和南側(cè)較低處節(jié)點(diǎn)壓力水頭均為地面下 0.5 m。東西側(cè)路面呈一定坡度，作為滲流面考慮。底板及側(cè)墻為不透水邊界。

圖2　數(shù)值計算模型

3.3　數(shù)值計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知，底板南側(cè)孔隙水壓力最大，約為 184 kPa，即總水頭約 20.9 m，南側(cè)孔隙水壓力最小，約為 96 kPa，即總水頭約 12.10 m，數(shù)值計算結(jié)果如圖3所示?？垢≡O(shè)計時可根據(jù)底板水頭分布及上部荷載情況，分塊合理確定不同區(qū)域抗浮設(shè)防水位，合理進(jìn)行抗浮設(shè)計。

圖3　數(shù)值計算結(jié)果云圖

4　結(jié)　論

對于斜坡上地下室，周圍場地標(biāo)高變化較大，采用單一抗浮設(shè)防水位不合理，容易偏保守或偏不安全。可根據(jù)場地水文地質(zhì)條件、周邊地形及地下室分布建立三維滲流模型，得到地下室底板處水頭分布，為建議分塊考慮地下室抗浮設(shè)防水位提供依據(jù)，具有合理性。