关于“抗浮水位”的讨论.

关于“抗浮水位”的讨论中国有色金属工业长沙勘察设计研究院曾昭建二○一○年十一月关于“抗浮水位”的讨论一、基本概念二、抗浮设防水位的应用三、抗浮设防水位的确定四、关于长沙地区抗浮设防水位五、结语一、基本概念•1、几个相关的名词解释•根据与来源：《水文基本术语和符号标准》（GB/T50095－98）及《岩土工程基本术语标准》（GB/T50279－98）•1.1地下水——狭义指埋藏于地面以下岩土孔隙、裂隙、溶隙饱和层中的重力水，广义指地面以下各种形式的水。（存在于地面以下岩石和土孔隙、缝隙的孔洞中的水。）•1.2水位——自由水面相对于某一基面的高程。一、基本概念•1.3包气带——地面以下潜水面以上与大气相通的地带。•1.4上层滞水——包气带中局部隔水层上所积聚的具有自由水面的重力水。（包气带中局部隔水层或弱透水层上积聚的具有自由水面的重力水。）•1.5潜水——地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水。（埋藏在地表以下具有自由表面的地下水。）•1.6承压水——充满于上、下两个隔水层之间的含水层，对顶板产生静水压力的地下水。（充满在上下两个隔水层之间的含水层中，水头高出其上层隔水顶板底面的地下水。）一、基本概念•1.7重力水——当土水的含量超过土垠颗粒的吸引力和毛管力所能保持范围，在重力作用下，由上往下运移多余的水。•1.8孔隙水——存在于岩土孔隙中的重力水。•1.9隔水层——结构致密、透水性极弱的导水速率不足以对井或泉提供明显水量的岩土层。（渗透率小到可以忽略不计的岩土层——又称不透水层。）一、基本概念•2、定义•在二十一世纪之前，或者更早一点的九十年代之前，在工程界，对于“抗浮”及“抗浮设防”没有提到重要的议事日程，也就是没有普遍提到或者引起足够的重视，那个时候，在工程界注意得多的是地下水的“静水压力”、“动水压力”、“动态变化”等等。•1998年12月11日发布，1999年5月1日起实施的《水文基本术语和符号标准》（GB/T50095－98）以及1998年12月11日发布，1999年6月1日起实施的《岩土工程基本术语标准》（GB/T50279－98）均没有给出“抗浮”、“抗浮水位”或者“抗浮设防水位”的定义。一、基本概念•随着城市的高速发展，特别是上世纪八十年代后期以来，城市的高层建筑及超高层建筑的大量兴建，地下室及超深地下室，纯地下室及地下广场等，地下水的赋存和渗流形态对基础工程的影响日渐突出。地下水的抗浮设防水位成为了一个重要的议题。•2000年以后的相关的工程建筑领域的规范都不廻避抗浮这个课题，均都对抗浮设防水位作出了相应的规定。•·《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72—2004，J366—2004）对抗浮设防水位给予了明确的定义：•抗浮设防水位——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位。一、基本概念•·关于抗浮水位与抗浮设防水位。•抗浮水位是一个广义的，是一个“俗称”——也就是人们一个习惯的叫法。•抗浮设防水位是一个狭义的，是一个具有工程价值的定名——也就是直接为工程服务的。•一般来说，抗浮水位与抗浮设防水位，对于工程来说，应该就是一回事，也就是说是同一个概念。•严格来说，抗浮水位只能是历史的最高水位，而抗浮设防水位是有条件的，对工程所用的，一定时效的最高水位。二、抗浮设防水位的应用•1、什么情况需要考虑抗浮•·对于高层建筑的地下室，在建成之后的使用阶段，一般抗浮是没有问题的。•·在地下室的施工阶段，当地下室的侧墙已经施工完毕，如果场地没有采取降水措施或者已经停止了降水，即浮力就已经产生，这时如果荷载由于过小的话将是相当危险的，但如果高层建筑采取了桩基，桩基本身是能够承受拉力的，如果这时桩基能起作用的，也是没有问题的。•·抗浮问题比较严重的是纯地下车库或地下广场式建筑，上面没有楼房，一般只覆盖了些土做些绿化，这种情况在工程的使用期间的抗浮验算一般是通不过的，这时就应考虑抗浮设防需要抗浮桩或抗浮锚杆。二、抗浮设防水位的应用•·如果使用期间的验算抗浮没有问题，不需要考虑设置抗浮桩等的话，但是，一定要注意施工期间的验算，也就是当地下室的侧墙已经做好，顶板和上部荷载尚未完全施加时，千万不能因为施工已不再需要降水而将其停了，如果停了肯定要浮起来。•·很多高层建筑的基础埋深超过10m，甚至超过20m，高层建筑的基础埋置超深或较深时，一般都有地下室抗浮问题，尤其是施工期间地下室刚做好而上部建筑还未施工时，如果遇暴雨，常发生地下室上浮等问题。二、抗浮设防水位的应用•·地下室上浮是非常严重的工程事故，上浮时地下室可能开裂，而且产生倾斜，最终将报废等。•深圳市布吉某高层建筑，二层地下室，底板直接浇筑在微风化花岗岩上，地下室建至地面后停工一年多，地下室由于长期受雨水浸泡，于1998年发生上浮，整个底板与基岩被冲填了10～50cm厚泥沙，后来花费很大代价进行泥沙清理和基础加固。•深圳南头某地下室位于花岗岩残积土上，天然地基，于1997年夏天台风暴雨期间发生上浮，整个地下室倾斜，高差达70多厘米。•珠海拱北海关附近某高层建筑附属地下停车场，上部结构荷载较小，地下水水位接近地表，在上部结构尚未竣工时，1999年底板上抬数厘米，造成地下室梁板严重开裂。在1990年代，海南曾经发生过地下室浮出地面的事故。二、抗浮设防水位的应用•2、抗浮设防水位的求取•《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2002年版）•4.1.13工程需要时，详细勘察应论证地基土和地下水在建筑施工和使用期间可能发生的变化及其对工程环境的影响，提出防治方案，防水设计水位和抗浮设计水位的建议。•《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）•4.1.13详细勘察应论证地下水在施工期间对工程和环境的影响。对情况复杂的重要工程，需论证使用期间水位变化和需提出抗浮设防水位时，应进行专门研究。二、抗浮设防水位的应用•·抗浮设防水位是很重要的设计参数，但要预测建筑物使用期间水位可能发生的变化和最高水位有时相当困难，不仅与气候，水文地质等自然因素有关，有时还涉及地下水开采，上下游水量调配，跨流域调水等复杂因素，故规定应进行专门研究。•地下水工程的防水高度，已在《地下工程防水技术规范》（GB50108）中明确规定，不属于工程勘察的内容。该规范第3.1.3条规定，地下工程的防水设计，应考虑地表水，地下水，毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。单建式的地下工程应采用全封闭、部分封闭防排水设计，附建式的全地下或半地下工程的防水设防高度，应高出室外地坪高程500mm以上。二、抗浮设防水位的应用•·《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）•7.1.3对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价，基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。•·《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72-2004、J366-2004）•3.0.8高层建筑经勘察后，当条件特别复杂时宜由有岩土工程咨询设计资质的单位对高层建筑地基基础方案选型、主楼与裙房差异沉降的计算和处理、深基坑支护方案，降水或截水设计，地下室抗浮设计以及有关设计参数检测的试验设计等岩土工程问题，提供专门的岩土工程咨询报告。•·地下水抗浮设防水位或者抗浮设计水位，对有些地区以及高层建筑等是至关重要的问题，是需要认真解决和对待的，如果估计高了，抗浮设计需花费的代价会增加甚至于很高，但一旦估计低了，将造成工程安全问题并且危险性也很大。对坑浮设防水位的研究是相当重要的，并且是一个正在发展中的领域及课题。所以，对于地下水的抗浮设防水位应进行专门研究或进行专门的岩土工程咨询。二、抗浮设防水位的应用•·正确确定抗浮设防水位成为了一个涉及面广，尚处于发展中，工程建设中必须解决的十分关键的问题。它不仅仅只与勘察有关，也不仅仅是只通过详细勘察就能完全解决的问题。•·地下水的抗浮设防水位是一个有如抗震设防一样的重要技术经济指标，较为复杂，故对于重要工程的抗浮设防水位应委托有资质的单位进行专门论证后提出。二、抗浮设防水位的应用•3、地下室抗浮评价•·根据《高层建筑岩土工程勘察规范》，地下室抗浮评价应包括以下基本内容：•①当地下水位高于地下室基础底板时，根据场地所在地貌单元、地层结构、地下水类型和地下水位变化情况，结合地下室埋深，上部荷载等情况，对地下室抗浮有关问题提出建议；•②根据地下水类型、各层地下水位及其变化幅度和地下水补给，排泄条件等因素，对抗浮设防水位进行评价；•③对可能设置抗浮锚杆或抗浮桩的工程，提供相应的设计计算参数。三、抗浮设防水位的确定•《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004、J366-2004）•8.6.2场地地下水抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：•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；•2、场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响；•3、只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。三、抗浮设防水位的确定•·从“高规”的8.6.2条不难看出：抗浮设防水位综合确定的三个方面，都涉及到一个名词——最高水位，所以说抗浮水位本身就是场地的最高水位，只是这个最高水位根据工程需要的不同以及我们拥有的资料（有否长期观测资料）不同而已，我们确定的一定应是“最高水位”。•·仅按勘察期间的实测水位来确定抗浮设防水位，是不够确切的，应结合场地地形、地貌、地下水补给、排泄条件和含水层顶板标高等因素综合确定。•·我国南方滨海和滨江地区，经常发生街道水浸现象，抗浮设防水位可取室外地坪标高。若承压水和潜水有水力联系时，应分别实测其稳定水位，取其中的高水位作为抗浮设防水位。三、抗浮设防水位的确定•8.6.4对位于斜坡地段的地下室或其他可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计时，应考虑地下水渗流在地下室底产生的非均布荷载对地下室结构的影响；对地下室施工期间各种最不利荷载组合情况下，应考虑地下室的临时抗浮措施。•·地下室若处于斜坡地段或施工降水等原因产生稳定渗流时，渗透压力在地下室底板将产生非均布荷载，勘察报告宜提请抗浮设计人员注意这种非均布荷载对地下室结构的影响。•·直接位于高层建筑主体结构下的地下室，主要是施工期间的临时抗浮稳定问题，一般可通过工程桩或基坑临时强排水等措施来解决，而对于附属的裙房或主楼以外独立结构的地下室，则属于永久抗浮问题。四、关于长沙地区抗浮设防水位•1、长沙地区地质特征：•·地形：从整体来看，长沙市地形恰似一盆地。呈现为西南高东北低。湘江以东地势平坦，略向江面倾斜，往南地势增高，且起伏增大，往东地势低洼，地形平坦。湘江以西地形起伏较大，从岳麓山到江边，呈一狭长的平坦地带。•·地貌：长沙大地貌（区域地貌）单元属湘中丘陵区。长沙市除部分（如岳麓山）为低山丘陵外，大部为河流冲积阶地，分为河漫滩及一级～五级阶地。•·地层：区内地层发育，除震旦纪，第三纪地层部分缺失及志留纪地层全部缺失外，从中元古代冷家溪群至新生代第四纪地层均有出露；其中以震旦系板岩，白垩系及第三系砂砾岩，泥质粉砂岩及第四系粘性土、砂、圆砾、卵石等分布最广；新生代第四纪地层具有明显的二元结构。四、关于长沙地区抗浮设防水位•·水文地质条件：•属亚热带温湿气候带；•降雨比较丰沛，年降雨量达1500～1600mm；•有湘江、浏阳河、捞刀河等地表河流分布，地表水体与其附近的地下含水层有着密切的水力联系；•地下水比较丰富，含水类型多样，有上层滞水、潜水、基岩裂隙水；大气降水与地表水是地下水的主要补给来源。四、关于长沙地区抗浮设防水位•2、抗浮设防水位评价现状•·在勘察报告中提出场地抗浮水位，需要进行长期的地下水位观测，积累地下水位随时间变化的规律与具体数据，并综合分析影响地下水位变化的因素，才能够比较可靠地进行预测并提出。•·第一、地下水的赋存状态是随时间变化的，不仅有年变化规律