论文部分内容阅读
摘 要：城市建设的快速发展带动了地下空间的快速发展，就不可避免要面对地下结构的抗浮问题，本文从地下水赋存状态与渗流特性，归纳总结了抗浮设防水位的合理选取。
关键词：地下结构物；抗浮设防水位；水文地质
随着我国城市建设的迅速发展，地下空间开发利用的发展也非常迅速，目前常见的有地下停车场、地下人防工程及商场、地下轨道交通等。这些地下结构物设计首先要解决的就是抗浮问题，其很大的技术难点就是抗浮设防水位的确定。抗浮设防水位取值过高，势必要采取很多技术措施来满足结构物修建和使用期间抗浮稳定性及结构安全性，从而增加混凝土及钢筋的用量，造成浪费。抗浮设防水位取值过低，很难抵抗各种工况下地下水位上升带来的危害，以致造成地下结构物渗水、开裂，甚至抗浮失效而失衡，近年来此类工程安全事故屡有发生。
1 抗浮设防水位工程应用的现状
现行的有些规范对抗浮设防水位有所体现，但不太明确。如《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）7.3.2—1：“对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用；对节理不发育的岩石和黏土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定；有渗流时，地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价”；再如《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72—2004）8.6.2—1：“当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定”。以上可见，规范对地下结构物抗浮的问题均有所提及，但都是框架性的技术指导意见，还有很多关键的细节问题没有说明，真正实现起来还有很大的差距；以至于工程应用中的《岩土工程勘察报告》一般也只是提及最高水位及常年平均水位，造成的结果就是对水文地质不熟悉的工程技术人员出于安全考虑保守地以最高水位作为抗浮设防水位，这种简单的处理方法显然是不合理的，很不经济，因此很有必要对这个问题认真分析和总结一下。
2 抗浮设防水位的定义
《高层建筑岩土工程勘察规程》2.1.6给出了抗浮设防水位的定义：地下室抗浮评价计算所需的、保证抗浮设防安全和经济合理的场地地下水水位。抗浮设防水位是保证结构物使用期间整体稳定性的必要条件；另外，抗浮设防水位是整个工程场地水位，不能以某个结构物单独来考虑其变动规律，其不但与地下水天然变幅、地层赋存条件以及气候变化、降水多少等自然因素有关，而且还和地下水开采、储存等人为因素有关。因此，抗浮设防水位的确定应根据整个场地的水文地质条件，工程场地的排泄情况等方面综合确定。
3 了解工程场地所处区域的水文地质条件
确定抗浮设防水位前应先了解工程所在地的水文地质条件。首先，搞清楚地下水的赋存状态。地下水依据赋存状态划分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水是指包气带内局部隔水层之上积聚的具有自由水面的重力水。其由雨水、融雪水等渗入时被局部隔水层阻滞而形成，消耗于蒸发及沿隔水层边缘下渗。其性质基本与潜水相同，主要依靠大气降水补给。承压水是指充满于两上稳定隔水层之间的地下水，承受一定的静水压力，它的埋藏区与地表补给区不一致，因此，承压水的动态变化受局部气候因素影响不明显。
其次，必须了解当前场地含水层的分布、补给、径流、排泄关系。通过地质勘察，察明场地地下水类型和分布，了解工程场地附近地面水体与其地下水的侧向补给情况，掌握近几年内地下水位的年变化幅度。地下水位的变化主要受到大气降水与人类活动的影响，大气降水对年变化幅度有较大影响，但对多年的水位变化幅度较小；若人类活动剧烈，会改变各层地下水的赋存和渗流状态，此时对已建工程和拟建工程造成的影响很大。
最后，要了解结构物基底所在含水层是否有弱水层存在。若有弱透水层存在，其会改变地下水的补排关系，形成了各自的赋存和渗流特征。在水力梯度驱动下，不同含水层间会发生越流渗透。由于弱透水层渗透性小，地下水垂直进人该层后水力坡度增大，水头衰减加快。经过长期对工程现场观察与测试，验证了水头在通过弱透水层越流补给过程中会发生较大的“水头损失”。
4 确定抗浮设防水位
有了工程地质水文知识及了解工程所在地的地质情况后，就可以进行抗浮设防水位确定的工作了。首先对结构物基底埋深与地下土层的相对关系进行分析，确定了地下结构物基底所含水层后，结合该水层补给、排泄条件和年度变化情况对其后期的最高水位进行预测分析。目前随着很多地下工程建设的需要，有些地方开发了地下水位预测预报系统，本系统是在系统研究了当地总体规划区内的浅层地下水赋存与渗流特性、水位变化的历史过程和影响因素的基础上开发的，已经很好地服务于当地地下工程建设。目前，应用比较方便的经验公式是：地下水最高水位=勘察期间该层地下水最高水位+该层地下水在相当于勘察时期的年变幅+可能的意外补给（意外补给指非本区大气降水的补给，如水库放水或引水工程等）造成的该层水位上升值。其中，该层地下水位在相当于勘察时期的年变幅即为：在枯水期勘察加整个年变幅，在丰水期勘察根据工程当地情况及工程经验决定加的幅度。
5 结语
确定抗浮设防水位是一個系统的工程，不但需要具备一定的工程地质知识，还要熟悉工程区域的水文地质情况及丰富的地下工程经验，然后以区域水文地质条件、现场勘察资料、地下水赋存状态及补给条件为基础，合理判断工程场地可能的最高水位，以此作为抗浮设防水位。
参考文献
[1]高伟.岩土工程勘察中的几个问题[J].铁道勘察，2008，34（6）：83-85.
[2]常士骠.工程地质手册[M].中国建筑工业出版社，2007.
关键词：地下结构物；抗浮设防水位；水文地质
随着我国城市建设的迅速发展，地下空间开发利用的发展也非常迅速，目前常见的有地下停车场、地下人防工程及商场、地下轨道交通等。这些地下结构物设计首先要解决的就是抗浮问题，其很大的技术难点就是抗浮设防水位的确定。抗浮设防水位取值过高，势必要采取很多技术措施来满足结构物修建和使用期间抗浮稳定性及结构安全性，从而增加混凝土及钢筋的用量，造成浪费。抗浮设防水位取值过低，很难抵抗各种工况下地下水位上升带来的危害，以致造成地下结构物渗水、开裂，甚至抗浮失效而失衡，近年来此类工程安全事故屡有发生。
1 抗浮设防水位工程应用的现状
现行的有些规范对抗浮设防水位有所体现，但不太明确。如《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）7.3.2—1：“对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用；对节理不发育的岩石和黏土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定；有渗流时，地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价”；再如《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72—2004）8.6.2—1：“当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定”。以上可见，规范对地下结构物抗浮的问题均有所提及，但都是框架性的技术指导意见，还有很多关键的细节问题没有说明，真正实现起来还有很大的差距；以至于工程应用中的《岩土工程勘察报告》一般也只是提及最高水位及常年平均水位，造成的结果就是对水文地质不熟悉的工程技术人员出于安全考虑保守地以最高水位作为抗浮设防水位，这种简单的处理方法显然是不合理的，很不经济，因此很有必要对这个问题认真分析和总结一下。
2 抗浮设防水位的定义
《高层建筑岩土工程勘察规程》2.1.6给出了抗浮设防水位的定义：地下室抗浮评价计算所需的、保证抗浮设防安全和经济合理的场地地下水水位。抗浮设防水位是保证结构物使用期间整体稳定性的必要条件；另外，抗浮设防水位是整个工程场地水位，不能以某个结构物单独来考虑其变动规律，其不但与地下水天然变幅、地层赋存条件以及气候变化、降水多少等自然因素有关，而且还和地下水开采、储存等人为因素有关。因此，抗浮设防水位的确定应根据整个场地的水文地质条件，工程场地的排泄情况等方面综合确定。
3 了解工程场地所处区域的水文地质条件
确定抗浮设防水位前应先了解工程所在地的水文地质条件。首先，搞清楚地下水的赋存状态。地下水依据赋存状态划分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水是指包气带内局部隔水层之上积聚的具有自由水面的重力水。其由雨水、融雪水等渗入时被局部隔水层阻滞而形成，消耗于蒸发及沿隔水层边缘下渗。其性质基本与潜水相同，主要依靠大气降水补给。承压水是指充满于两上稳定隔水层之间的地下水，承受一定的静水压力，它的埋藏区与地表补给区不一致，因此，承压水的动态变化受局部气候因素影响不明显。
其次，必须了解当前场地含水层的分布、补给、径流、排泄关系。通过地质勘察，察明场地地下水类型和分布，了解工程场地附近地面水体与其地下水的侧向补给情况，掌握近几年内地下水位的年变化幅度。地下水位的变化主要受到大气降水与人类活动的影响，大气降水对年变化幅度有较大影响，但对多年的水位变化幅度较小；若人类活动剧烈，会改变各层地下水的赋存和渗流状态，此时对已建工程和拟建工程造成的影响很大。
最后，要了解结构物基底所在含水层是否有弱水层存在。若有弱透水层存在，其会改变地下水的补排关系，形成了各自的赋存和渗流特征。在水力梯度驱动下，不同含水层间会发生越流渗透。由于弱透水层渗透性小，地下水垂直进人该层后水力坡度增大，水头衰减加快。经过长期对工程现场观察与测试，验证了水头在通过弱透水层越流补给过程中会发生较大的“水头损失”。
4 确定抗浮设防水位
有了工程地质水文知识及了解工程所在地的地质情况后，就可以进行抗浮设防水位确定的工作了。首先对结构物基底埋深与地下土层的相对关系进行分析，确定了地下结构物基底所含水层后，结合该水层补给、排泄条件和年度变化情况对其后期的最高水位进行预测分析。目前随着很多地下工程建设的需要，有些地方开发了地下水位预测预报系统，本系统是在系统研究了当地总体规划区内的浅层地下水赋存与渗流特性、水位变化的历史过程和影响因素的基础上开发的，已经很好地服务于当地地下工程建设。目前，应用比较方便的经验公式是：地下水最高水位=勘察期间该层地下水最高水位+该层地下水在相当于勘察时期的年变幅+可能的意外补给（意外补给指非本区大气降水的补给，如水库放水或引水工程等）造成的该层水位上升值。其中，该层地下水位在相当于勘察时期的年变幅即为：在枯水期勘察加整个年变幅，在丰水期勘察根据工程当地情况及工程经验决定加的幅度。
5 结语
确定抗浮设防水位是一個系统的工程，不但需要具备一定的工程地质知识，还要熟悉工程区域的水文地质情况及丰富的地下工程经验，然后以区域水文地质条件、现场勘察资料、地下水赋存状态及补给条件为基础，合理判断工程场地可能的最高水位，以此作为抗浮设防水位。
参考文献
[1]高伟.岩土工程勘察中的几个问题[J].铁道勘察，2008，34（6）：83-85.
[2]常士骠.工程地质手册[M].中国建筑工业出版社，2007.