地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工設(shè)防水位的選定與抗浮驗(yàn)算的探討

王靖

河北易拓工程設(shè)計(jì)有限公司 河北唐山 063000

建筑物抗浮驗(yàn)算的時(shí)候，規(guī)范中，主要涉及到的就是基底與地下室的外墻水壓計(jì)算。此時(shí)要用靜水壓強(qiáng)的計(jì)算公式，確定基底的抗浮驗(yàn)算狀況。建筑物的基礎(chǔ)抗浮驗(yàn)算水壓，因沒有防水位的h具體設(shè)定，所以一般會(huì)出現(xiàn)比較隨意的問題，沒有準(zhǔn)確認(rèn)知，勢必會(huì)影響到計(jì)算效果。所以一定要做好現(xiàn)場勘查、數(shù)據(jù)計(jì)算，其具有現(xiàn)實(shí)意義。假設(shè)抗浮穩(wěn)定性的驗(yàn)算會(huì)成為制約工程經(jīng)濟(jì)性、安全性的必要條件，那么水壓大小的檢測就成為了必要性工作。

1 潛水型地下水設(shè)防水位h與抗浮設(shè)計(jì)水頭值H確定方法

一般來說，地表下第一個(gè)隔水層連續(xù)分布，擁有自由水面含水層，就是潛水。潛水面說的就是擁有連續(xù)自由水面的部分，潛水位說的是水面標(biāo)高[1]。

很多地方的潛水地層，都有粉土、淤泥粉質(zhì)粘土、淤泥、人工填土、砂卵石、砂、軟土，廣泛分布著花崗巖，是透水底層，滲透的系數(shù)能夠超過0．5m/d。這類地層中的地下水，具備連續(xù)自由水面形成條件，這類地層中的地下水就會(huì)變成潛水。

從表現(xiàn)來看，潛水動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出明顯季節(jié)變化問題。每年的水位變化都有比較大的幅度。為了控制潛水位變化幅度，在操作前，也就是勘查環(huán)節(jié)，有必要設(shè)置長期觀測井用于了解地下水位變化情況，維持一個(gè)水文年甚至更久的觀測。

潛水地下水的防水位設(shè)置，一般用歷年淺水面的最高標(biāo)高，也就是最高潛水位當(dāng)做防水位。這里的h是抗浮設(shè)計(jì)水頭值，這里的H是基底到建筑物的設(shè)防水位高度[2]。在計(jì)算浮力、地下水壓的時(shí)候，要用全部浮力進(jìn)行計(jì)算，不能進(jìn)行任何折減。

2 滯水型地下水設(shè)防水位h與抗浮設(shè)計(jì)水頭值H確定方法

與傳統(tǒng)上層滯水概念不同的是，滯水地下水概念是一種新概念，說的是在潛水位上面的弱含水層認(rèn)為滲透補(bǔ)給層中孔隙水與重力水，能夠滲透與流動(dòng)于巖土孔隙，與滲流原理相同。

滯水地下水特點(diǎn)就是在包氣帶中局部且暫時(shí)性集水。這種集水埋藏淺、不連續(xù)、分布不廣泛。直接受到地表水補(bǔ)給和大氣降水補(bǔ)給。用逐漸向下滲透或是蒸發(fā)的形式排泄，沒有穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)，在季節(jié)因素作用下，發(fā)生明顯變化。季節(jié)水位有迅速上升情況。在干旱的時(shí)候，水位快速降低或是消失。面對較大的水位變化情況，滯水會(huì)出現(xiàn)在包氣帶內(nèi)不同地段，甚至也有可能重復(fù)出現(xiàn)在同一地段不同深度地點(diǎn)。

本人所參與的某工程中，滯水就是包氣帶中局部隔水層上面，弱透水性花崗巖、粉質(zhì)粘土、黏土當(dāng)中的殘留水、地表水、季節(jié)水。在地表節(jié)流以及旱季的時(shí)候，這些地下水就會(huì)消失。在殘積土交界面與花崗巖強(qiáng)風(fēng)化周圍通常有不厚的潛水[3]。淺水面花崗巖的殘留黏土通常都有一定量滯水。在討論中應(yīng)該仔細(xì)分析與研究。

有些地區(qū)海積淤泥、沖填土、淤泥質(zhì)土雖然也呈現(xiàn)出了弱透水性，不過是飽和軟土，有著較大的含水量，沒有足夠的地基承載能力。包括了薄層砂，這類土地下水不可以看作是滯水，要定性潛水多加留意。

考慮到當(dāng)前規(guī)范中，沒有明確的滯水地下水浮力折扣規(guī)定，且資料很少，所以需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)討論，從而漸漸梳理出思路，應(yīng)對各種問題。

2.1 h確定

要謹(jǐn)慎處理，絕不能只看勘察報(bào)告得到的地下水位情況就輕易的判斷今后的變化可能性與問題。滯水地下水的防水位設(shè)置，應(yīng)當(dāng)按照歷年的最高滯水面標(biāo)高確定防水位。計(jì)算靜水壓力的時(shí)候，要用靜水壓強(qiáng)公式。

2.2 浮力計(jì)算

計(jì)算浮力的時(shí)候，要結(jié)合基底到滯水地下水設(shè)防水位水頭值并考慮浮力的折減，最后乘以折減經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。其中地下結(jié)構(gòu)基底的上下部分如果是弱透水，不透水土層，那么滲透系數(shù)就是小于等于0．5m/d，并且沒有飽和軟土。如果地下基底是弱透水，不透水土層，并且基底上面有透水，強(qiáng)透水層，則系數(shù)是大于等于0．5m/d，并且并非飽和軟土。如果地下基底是弱透水，不透水層，基底上是透水，強(qiáng)度水層，則是飽和軟土。假設(shè)地下基底是透水，強(qiáng)透水底層，或地下基底是粉土、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥這種軟弱松散地層，沒有浮力折減，為非飽和軟土。

要明確的是，抗浮穩(wěn)定性的驗(yàn)算非常關(guān)鍵，地下室周圍一定要用粘土填土夯實(shí)。

3 抗浮驗(yàn)算與抗浮安全系數(shù)取值

對基底標(biāo)高常年處于水位以下的地下結(jié)構(gòu)來說，浮力有著永久作用，抗浮安全系數(shù)建議使用1．2。在地下結(jié)構(gòu)完工以后，正常使用過程中，不能隨意降低地下的水位，此時(shí)要使用建筑工程手冊當(dāng)中給出的公式計(jì)算荷載和驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性。

4 討論

按照地下水力學(xué)作用以及地下水條件，有一些學(xué)者在分類的時(shí)候，將地下水壓分成了滲透壓力與空隙水壓力兩種類型。本文所討論的是巖土體當(dāng)中的空隙水壓力，在巖土體內(nèi)部的空隙，也就是溶穴、裂隙、孔隙中地下水在自重應(yīng)力問題的影響下，施加給巖土體壓力、建筑結(jié)構(gòu)壓力，統(tǒng)稱空隙水壓力，也就是我們經(jīng)常說到的地下水靜水壓。在含水層，不論是哪點(diǎn)巖土的自重應(yīng)力都適合地基附加應(yīng)力，一切由水、巖土固體共同承擔(dān)的。水承擔(dān)應(yīng)力需要做好空隙水的壓力計(jì)算，得出空隙水壓力情況。按照靜水壓力的原理，通常來說，飽和巖土體每一個(gè)點(diǎn)的斷面單位面積作用水壓力都要用到水重度×斷面平均水高度×有效作用面積的系數(shù)。

空隙水壓有著比較復(fù)雜的壓力變化，這里要參考巖土體透水性、動(dòng)態(tài)變化條件、地下水分布邊界條件。巖土體滲透性是地下水壓力變化與分布的根本，地下水位變化十分關(guān)鍵。

地下建筑的抗浮驗(yàn)算，需要用到浮力折減。著手于空隙水壓和有效作用面積概念，得出相當(dāng)?shù)膶?shí)質(zhì)性內(nèi)容。地基浮力能夠折減，從地下水壓測試中可以看到明顯的結(jié)果。當(dāng)然這里并沒有規(guī)范，所以暫時(shí)需要參考經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

為了保障建筑物穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算十分重要，尤其是地下部分。本文結(jié)合筆者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)敘述了在工作中如何取用防水位及抗浮安全系數(shù)，希望能夠?yàn)橥侍峁┮欢ǖ膮⒖寂c支持。也希望有更完善的制度和規(guī)章，能夠?yàn)槲覈慕ㄖ袠I(yè)發(fā)展提供支持。