吳自金

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊，貴州 貴陽 550000)

0 引 言

隨著中國城市建設(shè)的高速發(fā)展，建筑不僅向天空發(fā)展，而且向地下掘進(jìn)，很多高層建筑基礎(chǔ)埋深超過15 m，甚至達(dá)到30 m以上，加上建筑體型常常較復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)下部有時存在裙房和“廣場式建筑”的純地下室部分。抗浮設(shè)防水位與場地所在地貌單元、地層結(jié)構(gòu)、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(guān)。在地下室外墻承載力驗算和抗浮設(shè)計中，正確確定抗浮設(shè)防水位不僅關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)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(shè)中的一個重點及難點問題。

1 確定地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)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(jié)變化規(guī)律，也有年變化規(guī)律，隨著場區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境條件變化而變化，如大的挖方和填方、地下結(jié)構(gòu)的修建等因素都會改變地下水文地質(zhì)環(huán)境。勘察規(guī)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(tài)，這對巖土工程師掌握場區(qū)地下水位長期動態(tài)變化規(guī)律帶來較大的困難。

地下結(jié)構(gòu)面積大，基礎(chǔ)埋置深，抗浮設(shè)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(jié)構(gòu)底板及梁柱發(fā)生局部破壞，甚至發(fā)生整體上浮，后果將會很嚴(yán)重，處理起來也非常困難?？垢≡O(shè)防水位一般取地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整個壽命周期可能遇到的最高水位?？垢≡O(shè)防水位是巖土工程師根據(jù)場地條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗預(yù)測的未來可能出現(xiàn)的一個水位，既反映了巖土工程師的經(jīng)驗判斷水平，也反映了當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。而在地下結(jié)構(gòu)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(fā)生較大的改變，這給合理確定抗浮設(shè)防水位帶來較大的困難。

2 地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)防水位的確定

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

當(dāng)有地下水長期觀測資料時，可根據(jù)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(dāng)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(jié)變化幅度經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，可按“勘察期間實測地下水位+地下水季節(jié)變化幅度+意外補給可能帶來的地下水升高值”，來預(yù)測地下水抗浮設(shè)防水位。地下水季節(jié)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(shè)防水位可按勘察時的實測最高水位，并根據(jù)季節(jié)變化導(dǎo)致的地下水可能升高的因素、結(jié)構(gòu)自重和上覆土未施加，浮力對地下結(jié)構(gòu)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(tài)，說明各類地下水有水力聯(lián)系，而且場地勘察時打穿所有含水層，樁基施工時和地下結(jié)構(gòu)肥槽回填未處理好也可能將各類含水層聯(lián)通起來，因此，地下結(jié)構(gòu)使用期間，各類地下水實際是相互聯(lián)通的，故抗浮設(shè)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(dāng)與場地地下水有水力聯(lián)系時，可按地表水體百年一遇高水位及波浪雍高，結(jié)合地下排水管網(wǎng)等情況和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗綜合確定抗浮設(shè)防水位。

(5)對于低洼地區(qū)，如貴州地區(qū)的一些洼地，雨季會遭遇特大暴雨，降水在低洼地區(qū)往往來不及排走，形成水澇，產(chǎn)生“盆池效應(yīng)”，特別是當(dāng)遇地下結(jié)構(gòu)施工時，基坑形成匯水區(qū)，造成地下結(jié)構(gòu)上浮，其災(zāi)害難以阻止。為保證地下結(jié)構(gòu)安全，抗浮設(shè)防水位取室外地坪高程。

3 地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)設(shè)防水位確定應(yīng)注意的幾個問題

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

(2)位于斜坡場地或可能產(chǎn)生明顯水頭差的地下結(jié)構(gòu)，抗浮設(shè)計應(yīng)考慮地下水滲流在地下結(jié)構(gòu)底板產(chǎn)生的非均布荷載對地下結(jié)構(gòu)的影響。

(3)地下結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定地下水位作用下的浮力應(yīng)按靜水壓力計算，即使在粘性土地基或地下結(jié)構(gòu)底板直接與基巖接觸的情況下也不宜折減。當(dāng)遇因暴雨等因素產(chǎn)生的臨時高水位，如該水位持續(xù)時間短，在粘性土中不能形成有效浮力，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗折減。

4 貴州某項目抗浮設(shè)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(zhì)粘土、砂卵石和泥灰?guī)r，砂卵石層滲透性非常好。濕地公園位于項目區(qū)北側(cè)和西側(cè)，于2011年4月開工建設(shè)，目前已滿負(fù)荷運行，污水處理量約為5萬m3/d，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，污水凈化池內(nèi)水位基本與進(jìn)出水管高度持平，水面標(biāo)高約507.50 m。根據(jù)現(xiàn)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(jìn)入本項目范圍內(nèi)的水主要來自于濕地公園側(cè)向徑流補給低高程卵石層及向下補給基巖，約4 000 m3/d經(jīng)過卵石層流經(jīng)項目區(qū)，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(biāo)高為490.70～491.90 m。預(yù)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(jù)區(qū)域水文地質(zhì)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(biāo)高可能達(dá)到494.90 m，地下室抗浮設(shè)防水位按標(biāo)高494.90 m取值。

該建筑物為地下二層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，室外地坪標(biāo)高500.1 m，地下結(jié)構(gòu)-2F標(biāo)高490.1 m，進(jìn)行了抗浮錨桿設(shè)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(cè)墻出現(xiàn)局部滲水現(xiàn)象，9月初地下室混凝土側(cè)墻滲水區(qū)增多，-2F地下室底板出現(xiàn)局部起拱、上浮現(xiàn)象，部分框架梁、柱、現(xiàn)澆板等混凝土構(gòu)件開裂。建設(shè)方采取緊急排水措施，在-2F底板起拱、上浮區(qū)域緊急開設(shè)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(nèi)水位急劇上升，最深約為2.2～2.5 m，隨后通過數(shù)個抽水泵將水體抽出地下室。發(fā)現(xiàn)地下室-2F底板起拱、上浮時，降水井內(nèi)水位標(biāo)高為496.85 m。

4.2 事故原因分析及建議

事故發(fā)生后，建設(shè)方委托另一家勘察單位對該場地進(jìn)行了水文地質(zhì)勘查，并提供《水文地質(zhì)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(dāng)周邊場地施工降水結(jié)束后，使本項目場地地下水位回升；②場區(qū)內(nèi)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(xù)不斷向場地補水情況下，地表水與地下水形成水力聯(lián)系，并對場地地下水長期持續(xù)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(jié)構(gòu)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(jìn)入地下室底板之下；④結(jié)合勘察區(qū)實際情況、濕地公園水位及相關(guān)工程經(jīng)驗，建議抗浮設(shè)防水位按標(biāo)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(shè)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(jié) 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(guān)系，并充分了解相鄰地表水體在建筑物使用期內(nèi)可能達(dá)到的最高水位，在此基礎(chǔ)上綜合分析確定抗浮設(shè)防水位。

(2)確定抗浮設(shè)防水位應(yīng)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(wěn)定水位，場地周邊有無降水情況等；

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