楊 明

(閩武長城建設發(fā)展有限公司 福建福州 350013)

0 引言

地下工程是指深入地面以下，為開發(fā)利用地下空間資源所建造的地下土木工程，包含地下房屋、地下構筑物、地下鐵道、公路隧道等。此類工程開展期間，必定涉及開挖作業(yè)，由此產生一個問題——地下土層結構較為復雜，特別是土層中地下水的存在，很可能對工程的進展以及后續(xù)使用造成影響。基于此，必須圍繞抗浮設防水位等參數(shù)的取值進行科學論證，以確保施工過程中及竣工運營后的安全。

1 地下工程抗浮設防水位的內涵分析

1.1 進行抗浮設防水位確定作業(yè)時的注意事項

抗浮設防水位一般是指在地下工程中，位于地下結構埋深內起主導作用的地下水層在建筑物運營期內能夠達到的最高水位[1]。多年以來，因暴雨季節(jié)，連續(xù)強降水，地下水位臨時上升，導致很多工程(包含地面、地下工程)地下結構受到較為嚴重的破壞，甚至引發(fā)重大安全事故。比如江西南昌某地產項目地下室出現(xiàn)底板隆起，造成結構柱變形，墻體開裂事故；貴州某醫(yī)院地下停車場曾因水位上漲而出現(xiàn)部分墻柱裂開的事故；山東某市某住宅小區(qū)地下室底板隆起、開裂、積水過多，導致建筑體結構嚴重變形。由此可見，科學界定抗浮設防水位取值至關重要。進行抗浮設防水位取值確定作業(yè)時注意事項為：第一，若已經掌握一個地區(qū)長期水位觀測資料后，可根據地下水實測最高水位、工程開展期間地下水位的實際變化情況對相關參數(shù)進行確定；若缺乏長期觀測資料，則應將勘察期間實測到的最高水位作為主要參考，并結合工程所在地的地形地貌、地下水補給情況、排泄條件等諸多因素進行綜合確定；若工程所在地在我國臨河、臨海，抗浮設防水位可取河道最高洪水位與最高潮水位。第二，若施工地區(qū)場地有承壓水(充滿兩個隔水層之間的含水層之中的地下水)時，應對承壓水水位進行套管隔離實際測量，判斷其承壓水頭值，并充分考慮對抗浮設防水位取值產生的影響。第三，若施工場地處于地勢低洼地段，場地可能出現(xiàn)淹沒情況，抗浮設防水位應高于室外地坪標高。第四，若工程場地位于殘丘山地，項目分不同標高建設，應結合山地地形地貌、匯水面積、規(guī)劃標高及周邊路網標高等因素，綜合分區(qū)確定項目抗浮水位。第五，若工程所在地地下土層環(huán)境復雜程度并不高，只需圍繞施工期間的抗浮設防進行考慮時，水位的取值可以按照一個水文年的最高水位進行確定。第六，需要掌握的資料主要包含：①工程所在地附近區(qū)域的氣象資料、工程地質及水文地質背景資料；②地下水的補給與排泄關系、賦存狀態(tài)與滲流規(guī)律；③地下水位的長期觀測資料；④基于長期觀測資料與地下水補給、排泄關系，經過縝密、系統(tǒng)性的分析之后，得到各項資料相互之間產生的影響；⑤影響工程所在地地下水位發(fā)生變化的主要因素；⑥場地周邊路網及排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀或規(guī)劃情況。

1.2 影響地下水位和抗浮設防水位確定的相關因素

地下水活動的三要素為補給、徑流、排泄。其中，影響地下水位確定的主要影響因素集中在兩個方面：第一：地下水的補給，包含雨雪河湖等地表水下滲、側向徑流補給、上下層地下水的滲流補給、人類活動(人工注水)等。第二：排泄因素，包含側向排泄、上下層地下水的滲流排泄、人類活動(抽取地下水)等?？傮w而言，當?shù)叵滤a給量超過排泄量時，地下水位呈現(xiàn)出上升的趨勢，反之，則呈現(xiàn)出下降的趨勢。若一段時間之內，一個地區(qū)地下水的補給、排泄較為均衡且量級相近，則地下水位會處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。通常情況下，抗浮設防水位的確定與地下水位之間存在一定的關聯(lián)，但還需注意大氣降水、地下水開采、其他水系之間聯(lián)系等其他影響因素。

2 某地下工程抗浮設防水位的取值分析

2.1 工程概況

福州市某地產高層小區(qū)住宅，地上建筑共11層，地下1層停車庫。工程設計地坪標高±0.00(羅零高程9.40 m)。地下室底板標高羅零高程3.35 m，本工程建筑體擬采用框剪結構，并使用樁筏基礎。場地四周情況：北側為排洪渠，渠底標高約4.0 m～5.5 m，渠頂標高約8.0 m～9.0 m，西側為已建道路，路面標高約8.5 m，東側為規(guī)劃道路，規(guī)劃標高約8.5 m，南側已建小區(qū)，地坪標高為9.5 m。

2.2 抗浮設防水位確定作業(yè)期間的要素梳理

2.2.1 土層資料簡析

根據上文所述，若要準確確定抗浮設防水位，需對工程所在地的地下土層結構、水文條件、地形地貌等條件進行綜合考量。其中，巖土設計參數(shù)建議值是極其重要的參考依據。在本工程中，高層商用建筑體工程所在地周邊地形整體處于相對平整狀態(tài)，無起伏地段，且地勢較為開闊?？辈炱陂g，勘測點測定的孔口地面高程大部分界于9.0 m～10.0 m之間。具體的土層資料分布情況如下：

①雜填土：雜色，松散～稍密，干～稍濕，未經專門壓實處理，呈欠固結狀態(tài)，主要由建筑垃圾(碎石、砼塊、磚塊等)、黏性土及風化土組成，層厚0.30 m～6.70 m。

②中細砂：灰黃色，褐黃色，稍濕～飽和，松散～中密，該層以中細砂為主，礦物成分主要為石英、長石，形狀多呈次渾圓狀，充填物主要為黏土；層厚4.10 m～15.90 m，層頂埋深0.90 m～6.70 m(標高3.62 m～10.80 m)。

③粉質黏土：褐黃,可塑,濕,切面光滑,稍有光澤，無搖振反應,干強度與韌性中等,以粉黏粒為主，含鐵錳氧化物，大部分地段有分布，層厚1.60 m～10.80 m，層頂埋深11.10 m～21.20 m(標高-10.40 m～-0.53 m)。

④中砂：褐黃色、飽和、稍密～密，本層以中砂為主，砂粒礦物成份主要為石英、長石,顆粒形狀多為次渾園狀,未全部揭穿，揭示層厚12.19 m～20.70 m,層頂埋深20.20 m～23.90 m(標高-13.58 m～-9.46 m)。地層分布情況代表性剖面如圖1所示。

圖1 地層分布情況代表性剖面圖

2.2.2 場地地表水與地下水賦存情況分析

第一，本工程北側為排洪渠，渠寬約5.00 m，常年流水，水深約0.50 m～1.00 m， 渠內水流量變化大，據本勘期間實際測量：即時水位標高約為4.57 m。根據現(xiàn)場測量情況與堤岸浸潤線分析，最高水位標高約6.72 m。

第二，本工程地下水主要賦存于②中細砂層中的孔隙潛水與④中砂層中的孔隙承壓水。其中，②中細砂層中的孔隙潛水受即大氣降水與側向逕流補給，其富水性受季節(jié)性與一定的人為因素(廢水排放)制約；④中砂層中的孔隙承壓水，勘察期間對ZK25、ZK27采用分層止水措施(套管隔水)后測得其水頭值(靜止水位)距現(xiàn)地面分別為：19.90、20.50 m(標高-8.64 m、-10.34 m)，高于層面2.00 m～2.50 m，根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2011)附錄W中公式:γm(t+Δt)/Pw≥1.1進行驗算，驗算結果如表1所示。根據計算結果，④中砂層中的孔隙承壓水對抗浮水位取值影響不大。

表1 承壓突涌分析計算表

第三，本工程勘察期間測得的鉆孔穩(wěn)定水位標高約4.0 m～5.0 m，但勘察期間不在豐水期。故得到的地下水位數(shù)值盡管可作為參考，但與正常值相比依然存在一定的差距。為解決該問題，勘察技術人員通過調查歷年來地下水位的資料，最終確定，本場地近3～5年地下水位最高可達6.00 m(標高)。

2.2.3 各巖土層滲透性分析

根據該項目巖土工程勘察報告得到各巖土層滲透系數(shù)如下：

①雜填土：滲透系數(shù)3.0×10-3cm/s，屬中等透水層；

②中細砂：滲透系數(shù)1.9×10-2cm/s，屬強透水層；

③粉質黏土：滲透系數(shù)2.0×10-6cm/s，屬微透水層。

2.3 抗浮設防水位分析與確定

根據《建筑工程抗浮技術標準》(JGJ476-2019)[2]中第5.3.3條款，抗浮設防水位應取下列地下水位的最高值：①地區(qū)抗浮設防水位區(qū)劃圖中場地區(qū)域的水位區(qū)劃值；②水位預測咨詢報告提供的使用期最高水位；③與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對場地地下水存在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。本工程在確定抗浮設防水位具體值時參照《建筑工程抗浮技術標準》相關要求，并且應結合地形地貌、場地巖土層性質、周邊路網規(guī)劃情況、歷史最高水位(洪水位)等因素。滿足上述條件之后，地下工程的抗浮設防水位取值才可被視為“具有實際意義和應用價值”。在本工程所處地段，近3～5年地下水位最高可達6.00 m(標高)，北側排洪渠勘察期間最高水位標高6.72m。但該數(shù)值并非實地測算而得，故是否直接將該數(shù)值作為抗浮設防水位取值，尚存疑慮。在結合本地區(qū)近年的自然氣候變化規(guī)律，調查排洪渠歷年最高洪水位標高為7.70 m，本場地歷史最高水位標高亦取7.70m。最終抗浮設防水位的注重取值設定為7.70 m(標高)?？傮w而言，該取值的確定過程具備科學性，可滿足抗浮要求。

2.4 抗浮技術措施的比選與建議

本工程抗浮水位標高7.70 m，設計地坪標高9.40 m，地下室底板標高(含板厚)3.35 m，地下室凈高4.75 m，底板厚度0.50 m，頂板厚度0.20 m，頂板上覆土厚度0.6 m，水重度10 kN/m2，覆土重度17 kN/m2，鋼筋混凝土重度27 kN/m2(含地下室內墻體、柱)。簡易計算地下結構單位面積浮力與抗力如下：

純地下室部分單位面積浮力：G×h=10×(7.70-3.35)=43.5 kN/m2

純地下室部分單位面積抗力：

G土×h+G砼×h=17×0.6+27×(0.5+0.2)=29.1 kN/m2

29.1 kN/m2÷43.5 kN/m2=0.669<1.10(抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kw)，故應進行抗浮設計。

2.4.1 常用的抗浮措施及特點

壓重抗浮法：即增加基礎底板及結構荷載，設置重型混凝土等壓重、填充材料等方式，實現(xiàn)抗浮力增大的方法。本方法適用于抗浮力與浮力相差較小的情況，但由于壓載會使建(構)筑物的設計空間與使用功能受到一定的影響，且本工程單位面積抗浮力與浮力相差14.4kN/m2，故此方法不適應本工程使用。

結構抗浮法：即增加底板或結構剛度和抗拔承載力；利用基坑圍護結構增加豎向抗力；連接荷載大結構形成整體抗浮結構。本方法主要適用于抗浮力分布較小區(qū)域地下結構底板剛度不均的工程，有效作用范圍不大。但本工程純地下室面積較大，采用結構法造價較大，故本工程不適宜采用此種方法。

錨固抗浮法：即抗浮錨桿、抗浮樁。該方法不影響建筑結構使用功能，后期維護簡單，且較易實現(xiàn)抗浮效果。以抗浮錨桿為例：設計參數(shù)取值：錨固體直徑150 mm，錨桿長度6.0 m(其中穿越②中細砂5.0 m、③粉質黏土1.0 m)，組合系數(shù)γF=1.00,結構重要性系數(shù)γ0=1.10,土體與錨固體極限粘結強度標準值qsia:②中細砂取55 kPa、③粉質黏土取45 kPa，錨固體抗拔安全系數(shù)K=2.0。

單根錨桿承擔的荷載標準值：

Nt=πdqsiala/K=3.14×0.15×(55×5.0+45×1.0)/2=75.36 kN

單根錨桿荷載設計值：

N=Nt/(γF×γ0)=75.36/(1.00×1.10)=68.51 kN

單位平米浮力與抗浮力差值：43.5×1.1-29.1=18.75 kN/m2

錨桿布置面積S<68.51kN/18.75kN/m2=3.65 m2

故本工程抗浮錨桿間距采?。?.90 m×1.90 m=3.61 m2<3.65 m2，即可滿足抗浮設計要求。

2.4.2 CMC靜水壓力釋放技術

CMC靜水壓力釋放技術屬于排水抗浮法的一種，其主要特點為：通過在基礎下方設置具有過濾、導水、集水、出水功能的靜水壓力釋放層，使基底以下的壓力水通過該釋放層中的透水系統(tǒng)，之后經過給水系統(tǒng)，在無需外力作用的情況下，自動流至出水系統(tǒng)排除，最終達到控制靜水壓力的目的[3]。

當排除地下室底板地下水遠大于周邊地下水滲流補給時，底板將不會形成超額水壓力，從而實現(xiàn)抗浮目的。該技術與傳統(tǒng)的抗拔樁技術、增加自重等技術不同，能夠實現(xiàn)永久抗浮，且成本投入較低。采用此種方法排除地下水壓力，無需外力作用，主要采用自然溢流方式，與基坑強降水措施不同，因為對場地周邊地下水位變化影響也不嚴重。

3 結語

總體而言，在地下工程施工期間，圍繞抗浮設防水位進行取值，對相關參數(shù)進行分析是必不可少的環(huán)節(jié)。但影響預測抗浮設防水位的因素較多，且預測抗浮設防水位存在邊界條件(一旦超出“邊界”，則預測取值的準確性便無法得到保證)的?；诖耍瑸楸Ｕ先≈档臏蚀_程度(即保證抗浮設防水位取值的有效性)，需在勘察階段、規(guī)劃設計、施工、后續(xù)使用階段加以重視，而后采取合理、可行、科學的抗浮技術措施，才能做到為工程負責，確保工程抗浮設防投資滿足既安全又經濟的目的。