如何確定地下結構抗浮設防水位

吳自金

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局物化探總隊，貴州 貴陽 550000)

0 引 言

隨著中國城市建設的高速發展，建筑不僅向天空發展，而且向地下掘進，很多高層建筑基礎埋深超過15 m，甚至達到30 m以上，加上建筑體型常常較復雜，建筑結構下部有時存在裙房和“廣場式建筑”的純地下室部分。抗浮設防水位與場地所在地貌單元、地層結構、地下水類型、各層地下水水位及變化幅度和地下水補給、徑流、排泄條件等因素有關。在地下室外墻承載力驗算和抗浮設計中，正確確定抗浮設防水位不僅關系著建筑結構的安全，而且對工程的造價、施工工期、施工難度都有較大影響，是工程建設中的一個重點及難點問題。

1 確定地下結構抗浮設防水位的難點

地下水水位往往隨著時間的變化而變化，有季節變化規律，也有年變化規律，隨著場區的水文地質環境條件變化而變化，如大的挖方和填方、地下結構的修建等因素都會改變地下水文地質環境。勘察規范中加重了初步勘察階段對地下水勘察的要求，但是初勘單位和詳勘單位常常不是同一單位，而且很多項目往往直接是詳勘階段，一般詳勘階段時間緊迫，只能了解勘察時刻的地下水狀態，這對巖土工程師掌握場區地下水位長期動態變化規律帶來較大的困難。

地下結構面積大，基礎埋置深，抗浮設防水位定得過高，工程費用可能浪費較大；定得過低，如地下結構底板及梁柱發生局部破壞，甚至發生整體上浮，后果將會很嚴重，處理起來也非常困難。抗浮設防水位一般取地下結構自施工期間至全使用壽命周期間可能遇見的最高水位，這個水位不是勘察期間實測到的場地最高水位，也不是歷史上觀測到的最高水位，而是地下結構整個壽命周期可能遇到的最高水位。抗浮設防水位是巖土工程師根據場地條件和當地經驗預測的未來可能出現的一個水位，既反映了巖土工程師的經驗判斷水平，也反映了當地的技術經濟發展水平。而在地下結構未來的五十年甚至上百年使用期間，地下水位變化可能較大，周邊場地條件也可能發生較大的改變，這給合理確定抗浮設防水位帶來較大的困難。

2 地下結構抗浮設防水位的確定

(1)抗浮設防水位一般取地下結構自施工期間至全使用壽命周期間可能遇見的最高水位。

當有地下水長期觀測資料時，可根據歷史上最高水位來推定今后使用期間的地下水最高水位。當沒有地下水長期觀測資料時，但是對不同地貌單元地下水有季節變化幅度經驗數據時，可按“勘察期間實測地下水位+地下水季節變化幅度+意外補給可能帶來的地下水升高值”，來預測地下水抗浮設防水位。地下水季節變化幅度旱季勘察時加變化幅度大值，雨季勘察時加變化幅度小值。

(2)施工期間的抗浮設防水位可按勘察時的實測最高水位，并根據季節變化導致的地下水可能升高的因素、結構自重和上覆土未施加，浮力對地下結構的不利因素等因素綜合確定。

(3)建筑場地存在上層滯水、潛水和承壓水等多層地下水時，各層地下水分別有各自的獨立水位，若隔水層屬飽和狀態，說明各類地下水有水力聯系，而且場地勘察時打穿所有含水層，樁基施工時和地下結構肥槽回填未處理好也可能將各類含水層聯通起來，因此，地下結構使用期間，各類地下水實際是相互聯通的，故抗浮設防水位按各層地下水的混合最高水位確定。

(4)建筑場地臨近水庫、河流、湖泊、海洋等大型地表水體時，當與場地地下水有水力聯系時，可按地表水體百年一遇高水位及波浪雍高，結合地下排水管網等情況和當地經驗綜合確定抗浮設防水位。

(5)對于低洼地區，如貴州地區的一些洼地，雨季會遭遇特大暴雨，降水在低洼地區往往來不及排走，形成水澇，產生“盆池效應”，特別是當遇地下結構施工時，基坑形成匯水區，造成地下結構上浮，其災害難以阻止。為保證地下結構安全，抗浮設防水位取室外地坪高程。

3 地下結構抗浮設設防水位確定應注意的幾個問題

(1)當某些場地地下水賦存條件復雜，補給和排泄在建筑使用期間可能發生較大改變，如近年一些城市濕地公園的建設或周邊水庫應急放水等都可能對該場地地下水產生較大影響，抗浮設防水位應由建設單位委托有資質的單位進行專門論證后提出。

(2)位于斜坡場地或可能產生明顯水頭差的地下結構，抗浮設計應考慮地下水滲流在地下結構底板產生的非均布荷載對地下結構的影響。

(3)地下結構在穩定地下水位作用下的浮力應按靜水壓力計算，即使在粘性土地基或地下結構底板直接與基巖接觸的情況下也不宜折減。當遇因暴雨等因素產生的臨時高水位，如該水位持續時間短，在粘性土中不能形成有效浮力，可根據當地經驗折減。

4 貴州某項目抗浮設防事故分析

4.1 工程概況

場地地貌單元屬劍江水系Ⅰ級階地，地層分布為填土、粉質粘土、砂卵石和泥灰巖，砂卵石層滲透性非常好。濕地公園位于項目區北側和西側，于2011年4月開工建設，目前已滿負荷運行，污水處理量約為5萬m3/d，根據現場調查，污水凈化池內水位基本與進出水管高度持平，水面標高約507.50 m。根據現場水位觀測，濕地公園范圍水位處于最高位置，濕地公園水補給地下后向四周徑流，直接進入本項目范圍內的水主要來自于濕地公園側向徑流補給低高程卵石層及向下補給基巖，約4 000 m3/d經過卵石層流經項目區，最終流入劍江。

詳勘期間正值地下水平水期，周邊施工場地降水對本項目有影響，地下水位標高為490.70～491.90 m。預計至豐水期，在自然條件下無降水影響時，場地地下水位將上升。根據區域水文地質資料，地下水變幅為1.5～3.0 m按不利組合的情況考慮，原詳勘階段本場地最高地下水位標高可能達到494.90 m，地下室抗浮設防水位按標高494.90 m取值。

該建筑物為地下二層框架-剪力墻結構，室外地坪標高500.1 m，地下結構-2F標高490.1 m，進行了抗浮錨桿設計與施工且抗浮錨桿檢測合格。2015年6月底，地下室混凝土側墻出現局部滲水現象，9月初地下室混凝土側墻滲水區增多，-2F地下室底板出現局部起拱、上浮現象，部分框架梁、柱、現澆板等混凝土構件開裂。建設方采取緊急排水措施，在-2F底板起拱、上浮區域緊急開設排水孔，開孔初期地下水噴涌而出，隨著水體涌出-2F地下室內水位急劇上升，最深約為2.2～2.5 m，隨后通過數個抽水泵將水體抽出地下室。發現地下室-2F底板起拱、上浮時，降水井內水位標高為496.85 m。

4.2 事故原因分析及建議

事故發生后，建設方委托另一家勘察單位對該場地進行了水文地質勘查，并提供《水文地質勘查報告》，主要原因分析如下：①未充分考慮周邊場地施工降水對該項目場地地下水位的影響，當周邊場地施工降水結束后，使本項目場地地下水位回升；②場區內主要地層為上部中等透水填土層及中部強透水卵石層，粘性土層和基巖雖然透水性較弱，但在濕地公園持續不斷向場地補水情況下，地表水與地下水形成水力聯系，并對場地地下水長期持續補給，補給量約4000 m3/d；③地下室剪力墻與基坑之間肥槽回填物為含粘土、建渣和碎石的雜填土，結構松散，滲透性好，形成了良好的地下水滲流通道，在暴雨工況下，大量雨水以及濕地公園滲透水通過肥槽回填層進入地下室底板之下；④結合勘察區實際情況、濕地公園水位及相關工程經驗，建議抗浮設防水位按標高497.9 m考慮。

綜上所述，由于周邊場地停止施工降水、雨水及相鄰濕地公園地表水對場地地下水的大量補給，形成了高于該場地原詳勘報告提供的抗浮水位的水頭，大大超過抗浮錨桿設計的抗浮能力，地下水高水頭對地下室底板形成較大的上浮作用，引起底板起拱、開裂。

5 結 語

(1)勘察時必須查明相鄰濕地、河流、水庫等地表水體與場地地下水的補給徑流關系，并充分了解相鄰地表水體在建筑物使用期內可能達到的最高水位，在此基礎上綜合分析確定抗浮設防水位。

(2)確定抗浮設防水位應充分考慮勘察處于豐水期枯水期平水期，勘察測得的水位是否為真實的正常穩定水位，場地周邊有無降水情況等；

(3)在任何地質條件下，勘察報告均應強調地下室肥槽及時回填，回填應選用隔水性好的材料，且應提出夯實度要求，盡可能避免地表水通過肥槽回填層進入地下室底板之下。