地下工程抗浮设防水位研究现状及展望

地下工程 抗浮设防水位 研究现状及展望

吕林海

南宁轨道交通集团有限责任公司，广西南宁 530029

摘要：随着我国城镇化进展的加速，地下空间发展前景越来越广阔，同时，地下结构遇到的问题也越来越多，地下结构抗浮就是其中一个较为突出的问题，而如何准确获得抗浮设防水位是抗浮研究中最为重要的。首先，总结梳理了国内外各规范对抗浮设防水位的规定；接着论述了各学者在抗浮设防水位的研究成果；最后，对抗浮设防水位研究现状进行了探讨，并对今后工作提出了展望。

关键词：地下工程；抗浮设防水位；地下水

0引言

随着我国城镇化进程的不断推进，地上空间不断被开发，地下空间发展和利用已经成为提高城市容量、缓解城市交通、改善城市环境的重要手段，这也导致地下结构遇到的问题也越来越多，其中一个问题就是水浮力对地下结构造成的破坏。由于对抗浮设防水位认识不足，地下结构经常受到水浮力作用而造成破坏时有发生，如海口“梦幻园”住宅小区、某地下停车场、珠三角某高层住宅、惠州某商住楼、厦门市某地下2层车库等遭受暴雨导致基础整体上浮造成结构损坏或产生裂缝^[1-5]。 因此，开展地下结构抗浮理论研究，尤其是如何确定抗浮设防水位对工程具有实际意义。

1 抗浮设防水位研究现状

抗浮设防水位是一个十分复杂的问题，涉及到水文地质、工程地质、土力学和水力学等多个学科领域，再加上我国幅员辽阔，水文气象条件、地质地形、地下水分布等条件千差万别，因此，想要准确的确定抗浮设防水位是十分困难的。抗浮设防水位的选取直接影响水浮力的大小，如果设防水位取值偏小，会因为地下结构抗浮不足而导致结构破坏；如果设防水位取值偏大，又会导致工程造价过大，造成浪费。因此，合理确定设防水位就变得十分重要。通过对目前相关规范关于设防水位取值的问题进行梳，我们不难得出各规范对抗浮设防水位的规定都未统一，较多的规范都是简单的将历史最高水位作为地下结构抗浮设防水位，如《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）、《福建省建筑地基基础技术规范（DBJ13-07-2006）、《湖北省建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2014）、欧洲规范《EN1997-1：2004》；部分规范考虑了承压水、周边水系及地质地形情况对抗浮设防水位的影响；我国第一部专门针对抗浮的《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476-2019）规定，抗浮设防水位根据施工期、使用期和特殊场地三种情况来确定，考虑的影响因素也较为全面。

我国学者对抗浮设防水位也开展了较多研究，张思远^[6]提出各层地下水最高水位的计算方法，即各层地下水最高水位=勘察期间该层地下水最高水位+该层地下水位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。该计算方法统筹考虑了最高水位、水位变幅值及意外补给水位，较为准确的反映了抗浮设防水位的实际情况，该方法在实际抗浮设防水位取值中使用较为广泛，同时，他还指出建筑物基底地下水浮力的大小由建筑物基底所在地层和标高决定。

张在明等^［7－8］首次将孔隙水压力分布和地下水水位预测等科学方法引入到抗浮水位分析中，并在大量的长期观测地下水数据基础上，首次建立了北京地区抗浮水位分析的场域法分析体系。

张旷成^［9］提出场地抗浮设防水位应以区域水文地质条件、场地地下水埋藏条件和地下水长期观测资料为基础；场地抗浮设防水位是各层地下水位最高水位的最高者；每个场地只有一个“场地抗浮设防水位”。但该方法确定的抗浮水位经常偏大，容易给工程投资造成浪费^［10］。

黄志仑^［11-12］提出了当基础底面位于相对隔水层中时浮力的计算方法，并探讨了地下结构在位于多层含水层中时，要弄清楚场地内有几层地下水，基础底板位于哪一层水中，该层水位就是抗浮设防水位。

同样，较多学者在抗浮设防水位数值方面也进行了有益的研究，陈立^［13］结合以往研究工作和野外实地调查，通过Processing MODLFOW软件对乌鲁木齐轨道交通2号线百年一遇的洪水工况进行了模拟，最终确定了该工程的抗浮设防水位。王宇博在综合考虑了周边水系及极端降雨的因素，通过GMS软件中的MODLFOW模块并依据水均衡分析参数进行建模，确定了石家庄地铁一号车站基底的浮力强度^[14]和北京保利未来城基底水压力。唐沛采用FEFLOW软件建立了哈尔滨市区范围内三维地下水非稳定流数值模型，综合抗浮水位取值标准和工程附近远期最高水位，确定了典型站点抗浮设防水位取值。

在无法准确获得孔隙水压力的情况下，通过测量地下水位间接计算地下水浮力是当前抗浮计算的主要方法，准确获得地下水位在当前抗浮计算具有现实意义。

2抗浮研究现状探讨及展望

抗浮设防水位受水文气象条件、地质地形及地下水分布等影响，想要准确确定抗浮设防水位是十分困难的。并且各个规范对抗浮设防水位的规定也不一样，目前对抗浮设防水位论述最详细的是《建筑工程抗浮技术标准》，该规范分别规定了施工期、使用期和特殊条件下的水位确定方法。目前常用的地下水位预测方法是历史最高水位法，但历史水位并不完全等同于远期水位，尤其是有些条件出现不可再现情况下，并且，历史最高水位法也不能代表建筑工程全生命周期里的最高水位，因此需要根据地水下位动态规律不同而区别对待。根据目前国内地下结构受浮力作用而破坏的例子来看，地下结构大部分都是因为受到大暴雨作用下才导致破坏的，各规范在规定抗浮设防水位时并未考虑大雨或暴雨的重要影响。数值方法是理论上相对最完善的方法，但需要大量资料和数据作为建模分析的支持，同时模型也需要根据最新数据不断更新。

3结语

因此，今后应加强区域性地下水位长期监测的室内外试验研究，积累丰富的基础性资料，并利用现代数据管理技术进行数据动态管理，为该地区水位变化提供实时预警服务。其实，想要真正获得地下结构水浮力，最直接有效的方法就是测量孔隙水压力，获得真实的基底水压力，而不是通过抗浮设防水位间接计算水浮力。

参考文献

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