地下室抗浮设防水位确定方法及实例分析

摘要: 地下室等地下建筑必须面临地下结构物的防水与抗浮问题。抗浮设计关系到地下室工程的质量和造价，抗浮设计的重点就是设防水位的确定。所谓抗浮设防水位就是指地下室抗浮评价计算所需的、保证设防安全和经济合理的地下水位。本文就地下室抗浮设防水位的确定谈了笔者的一些看法，并结合实例加以分析，对如何合理确定地下室抗浮设防水位有一定的参考价值。

关键词:地下室；抗浮设防水位；抗浮设计；

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

0.引言

随着城市化进程的加快，城市建设用地相对紧张，为了满足需要，地下车库、地下室的开发和利用越来越多。抗浮问题是地下室等地下建筑设计的关键。《高层建筑岩土工程勘察规程》中给出了抗浮设防水位的概念，即: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。设防水位是保证建筑物服役安全，在此期间不致因地下水上升、浮力加大而引起抗浮失效；另外，设防水位是场地水位，从较大范围的整个场地来考虑，而不是以某个单独建筑来考虑。

根据有关规范规定，确定抗浮设防水位，要提出该场地历年地下水最高水位和场地近3～5年地下水最高水位，但规范没有谈如何确定和如何利用这一水位。常使一些对水文地质条件不太熟悉的设计人员，简单地把近3～5年地下水位高程与建筑物地基底板高程之差作为抗浮水头设计，这样的计算方法，常得到过大的基底地下水浮力，从而被迫做出各种抗浮措施设计。这种简单的抗浮水头设计方法，问题出在忽略了不同含水层有不同的地下水位，不同的含水层有不同的最高地下水位。首先要了解场地水文地质条件，场地有几个含水层，各含水层的补给、排泄关系和相互间的影响，以及各含水层各自的历年最高地下水位，其次要了解建筑物地基砌置于哪个含水层，只有弄清了这些问题，才能正确的做出合理的基底地下水浮力的结论。

1.确定抗浮设防水位的方法

地下水位是随机变化的，且受多种自然因素和人为因素影响。抗浮设防水位的确定应根据整个场地的水文地质条件，从地下水的类型、分布、含水层数目、岩性结构、埋藏深度、含水层构造特点及地下水的补给、排泄条件等方面综合确定。

1.1 前期准备工作

首先，要了解场地的水文地质条件，弄清地下水的赋存状态。地下水依据赋存状态划分为上层滞水、潜水和承压水。上层滞水存在于地表浅处，主要依靠大气降水补给。潜水埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，其补给得益于雨水渗透或河流渗入，排泄依靠大气蒸发或河流流入。承压水埋藏在上下两个隔水层之间的地下水，是依靠大气降水与河流湖泊水通过潜水补给的。不同赋存状态的地下水对地下结构的作用效应是不同的。

其次，要了解当前场地含水层的分布、径流、补给、排泄关系及其相互间的作用和影响。地下水位的动态变化主要受到大气降水与人类活动的综合影响。通过地质勘察，探明场地地下水类型和分布，了解场地附近地面水体与场地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。研究表明，大气降水对年动态变化有较大影响，但不会引起多年的水位升降变化；而人为因素影响较为剧烈，甚至可以改变各层地下水的赋存关系和渗流状态，对已建工程和拟建工程造成重大影响。

然后，要了解建筑物基底所在含水层层位和标高。结构基底浮力是由基底所处的地下水层最高水位标高来控制。而弱透水层的存在，改变了地下水的补排关系，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，地下水垂直进入该层后水力坡度增大，水头衰减加快。当基底位于两个含水层间的弱透水层中某一高程时，要根据上下层地下水最高水位标高，对地下水经过弱透水层渗流衰减后到达基底高程后的水头高程计算，经过衰减后，哪层地下水的水头高，基底的地下水浮力就由哪层地下水的压力决定。

1.2 设防水位的合理确定

在查询本区域水文地质研究资料和多年水位动态变化统计资料的前提下，需对建筑物施工期及近百年使用期可能产生的最高水位进行合理计算。抗浮设防水位的确定主要取决于地下结构基础底板所处土层地下水类型和水头高度。首先要对地下结构埋深与地下土层的相对关系情况进行分析，地下结构与地下水层的相对关系如表1所示。

表1地下结构与地下水层的相对关系

其次，明确了地下结构物所受上浮力的控制含水层后，需结合该水层补给、排泄条件和年度变化幅度对其后期的最高水位进行预测和分析。当前，研究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后而开发的地下水位预测预报系统，已经很好地服务于工程建设。然而，目前我国很多城市还缺乏本地区水文地质系统研究的资料，也没有长期观测网络，更没有相应的水文分析预报系统，因此，地下结构物抗浮设防只能结合水文地质条件和工程经验来综合确定。当前，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:在枯水期勘察加上整个年变幅，在丰水期勘察就少加甚至可以不加；意外补给是指非本区大气降水的补给，如水库放水或引水工程等。

1.3 现场实测法

地下水经过弱透水层渗流，会有一定的水压力衰减，其程度与渗透系数ki和弱透水层厚度mi有关。通过现场测试原始水压力或孔隙水压力，绘制勘察深度内的分布曲线，分析推断衰减规律，据此计算基底浮力。

2.工程实例分析

2.1 工程简介

某工程地上5层，地下4层，地勘资料显示该场地有3层地下水。第1层为台地潜水，水位标高29.25～35.82m，年变幅2～3m；第2层为层间潜水，水位标高21.12～23.40m，年变幅1～2m；第3层为承压水，水位标高16.43～19.12m，年变幅4～5m。每层间均有一厚度约5m的弱透水层。建筑物基底高程为19.50m，基底位于层间潜水层中。工程要求论证建筑物基底地下水设防水位，并对抗浮措施提出建议。

2.2 设防水位论证

基础底板位于层间潜水中。考虑到勘察期间正值丰水期，地下水位较高，所以，在勘察最高水位的基础上再加少量的年变幅是趋于安全的；为保证经济安全，并方便计算，这里选择半个年变幅。对于本区可能的意外补给，需要考察周边地区水利设施活动对场地地下水的影响。本场地所在区域水位升高近4m。勘察资料显示，层间潜水水位年变幅约为承压水位年变化幅度的一半，因此，人为放水对层间潜水的影响亦按承压水情况的一半考虑，台地潜水不受河流泄水的影响。

场地各层地下水可能的最高水位计算如下:台地潜水:35.82+1/2(2～3)+0=37.32m；层间潜水:23.40+1/2(1～2)+2=26.40m；承压水层:19.12+1/2(4～5)+4=25.62m。

由于基底位于层间潜水层中，所以该工程抗浮设防水位标高按层间潜水层的最高水位26.40m考虑。

3.结束语

抗浮设防水位的确定既关系到建筑物的抗浮安全，也关系到工程的投资造价，应根据场地工程地质、区域水文地质、建筑条件和地貌情况，分析各种因素对抗浮设防水位的影响，采用最合理、科学的确定方法，综合确定地下室的设防水位，使得抗浮设计既合理，又经济、安全。

参考文献

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[2] 熊维,王瑞海,刘佳忆.如何确定场地抗浮设防水位[J].山西建筑,2012(23).