日照石臼岩体风化带抗浮水位探讨.doc

O 日照石臼岩体风化带抗浮水位探讨 Study on the anti-floating water level of weathered rockzone in Shijiu, Rizhao City 摘要该文就日照市石臼岩体风化带地层模型抗浮水位进行了分析，探讨了石臼岩体几种常见地层结构地下建筑物抗浮设计水位的取值问题，建议加强地下水水位观测，用观测资料不断修正地层模型。 关键词石臼岩体，风化带，地层模型 ，抗浮水位 Abstract The paper analyses the anti-floating water level on the weathered rockzone in Shijiu, Rizhao,using the subsurface model. The problem of how to confirm the value of underground building anti-floating water level in the common stratal configuration is discussed. The paper suggests to strengthen groundwater water-level observation and continuously revise subsurface model with observational material. Keywords Shijiu rock, weathered rockzone, subsurface model, the anti- floating water level. 1 前言 日照市新市区位于石臼岩体上，石臼岩体是艾山阶段第二次花岗闪长岩类的侵入体似斑状花岗闪长岩（γδ53）,分布于石臼高家村大岭村一带，出露面积约30km2，岩体呈NW向展布，该岩体岩性比较单一，均为似斑状中粒中粗粒黑云母花岗闪长岩，岩石基质呈似斑状结构，块状构造，斑晶为钾长石，一般都在4-5cm以上，主要矿物成分为钾长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石，属S型地壳重熔性花岗岩类。 由于人防工程的需要及日照市城市的发展，新市区地下建筑越来越多，而地下建筑设计中遇到的一个重要问题就是抗浮设计问题。其关键就是抗浮水位的确定问题。水压力计算不准确，要么会造成施工过程中或竣工后结构物的底板开裂、上浮等事故，要么为安全起见增加地下室底板厚度或增加覆土厚度，造成工程投资的增大。在实际工作中，笔者经常会遇到甲方拿到勘察报告后要求勘察单位调整抗浮设计水位，而勘察单位提出的抗浮水位基本均采用稳定地下水水位地下水变化幅度，缺乏对抗浮水位的定性分析。 日照市石臼岩体风化带裂隙水属于风化裂隙水，多为潜水，被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存承压水。风化裂隙含水层水量不大，就地补给，就地排泄。 2 有关规范关于抗浮设计的说明 现行的有关规范对抗浮设计均有说明，但均不具体。岩土工程勘察规范（GB50021-2001第7.3.2条规定“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；对解理裂隙不发育的岩石含粘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”。高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004第8.6节中规定“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，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、排泄等因素综合确定”。可见规范要求对结构物进行抗浮验算，但具体方法没有明确。现有的岩土工程勘察报告也是只提及最高水位及常年平均水位，常使一些对水文地质条件不熟悉的设计人员处于安全的考虑简单地以最高水位作为设计水位，这种简单的设计方法显然缺乏合理性和经济性，因此探讨该问题很有必要。 3 设计水位的确定 设计水位与地下水位并不是等同的概念。地下水位包括历年最高水位、最低数位、静止水位、初见水位、稳定水位等，它是随季节或补给条件而改变的。设计水位确切的指建筑物设计基准期内可能发生的最高水位。 目前日照市风化带抗浮设计水位应用的比较简单的计算公式是地下水历年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化幅度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整个年变幅，在丰水期勘察就少加甚至不加；意外补给系指非本区大气降水的补给，如引水工程等。 笔者试图根据石臼岩体风化带地层简化模型，归纳石臼岩体风化带常见地层模型与地下室埋深的结构关系在排水条件良好的情况下的抗浮水位确定方法。表一为地下室与含（隔）水层的几种关系。 日照市石臼岩体风化带抗浮设计水位可按如下方法综合确定 1、有资料表明风化带渗透系数0.5m/d的地层，抗浮水位不需折减，对于地下室底板以下强风化带发育地带，且基础位于风化带含水层中，建议采用实测最高水位和建筑物使用期间地下水的变化确定。 表1地下室埋深与含（隔）水层的几种关系 2、对于风化壳发育较厚，且钻探深度范围内未见到地下水，渗透系数大于0.5m/d的地层，且地表水排水条件良好的地段，可不采取抗浮措施，但应设置必要的检查井。 3、日照市石臼岩体中风化带不发育，现仅考虑地下室位于基岩微风化带的情况，日照市微风化花岗岩可作为相对隔水层。 水对地下建筑的浮力大小遵循阿基米德原理，水对物体的浮力等于物体排开同体积水的重量。容易引起忽视的是水的浮力同时遵循连通器原理，即不同界面尺寸（包括土中细微的孔道）的各连通管水位等高，且压强相等。因此，当地下建筑物与周围岩土介质间因地下水通过大孔道或微小的空隙渗入达到一定水位时，无论水的性质是潜水、上层滞水或承压水，无论渗入水量的多少，即使是岩土介质与地下结构外墙、底板间形成薄层水膜，即可产生浮力，当水浮力强度大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水不断补充，建筑物将继续上浮。所以建筑物浮起是一个渐进过程。水位高低是控制建筑物上浮的基本要素。 日照市微风化花岗岩正如上面所述情况，如因降雨等地表水流入肥槽，在岩土介质与地下结构外墙、底板间形成薄层水膜，必然会产生浮力，为安全起见，建议地下室抗浮设计水位取地下水排水设施底高程。 4、对于地下室一部分位于强风化带，一部分为位于微风化带，且存在地下潜水的地层，建议取强风化带最高潜水水位作为抗浮设计水位。 5、对于地下室位于斜坡地段，且强风化带发育，存在潜水的地层，建议先进行局部抗浮设计，分段进行抗浮验算，最后再进行整体抗浮验算，局部抗浮水位分段取值，整体抗浮水位取平均值。 6、对地下室一部分位于强风化带，一部分位于微风化带，且在勘探深度范围内未见地下水，周围不存在汇水的情况下，建议取强风化带底高程作为抗浮设计水位。 7、对于紧临市区内香店河、营子河、沙墩河等河流和经常发生内涝的场地（譬如林家滩），因城市有防洪要求，一般取防洪水位，但不能高于室外地坪设计标高。 4 结论与建议 地下水位变化是一个随机过程，受人为因素（开采地下水，水库放水）和自然因素（大气降水）影响很大，因此如何确定合理的抗浮力设计水位十分困难，合理确定方法是对长期水位观测的数据进行分析，在结构设计基准期内选择一个合理的可靠度指标，使建筑物上浮的概率满足设计要求，在此基础上确定抗浮水位。此外抗浮水位还要考虑工程建设完成后对地下水的影响，以及场区周围人类活动对地下水的影响， 在排水条件良好的情况下，地下水浮力计算应针对基础底板与含水层、隔水层的关系区别对待。地下水赋存状态与基础埋置深度决定了地下水浮力的计算办法，因此不能一味地按场地室外地坪标高取值，应合理选用地层模型，才能使得结构物抗浮设计既经济又安全。 对抗浮设防水位的确定，依赖于长期完整的水文观测记录，以及对今后流域变化的预测，对工程造价影响很大，政策性很强，应建立政府主导的公共源及法规。 笔者认为应在日照市石臼岩体风化带不同地层地貌单元布置一定数量的水位观测井，定期观测，收集资料。用实践观测去不断修正地层模型，才能更好的解决好目前比较突出的地下水抗浮问题。 在今后勘察工作中，对抗浮问题突出的工程，应增加解决抗浮问题的勘探测试工作 凡有抗浮力问题的拟建场地，至少应布设３－５个专门的水文地质钻孔，分层测定各含水层的水位，并以此兼作各含水层水位的长期观测孔，观测各含水层水位的变化。 每个不同的水文地质单元体设置３－５各孔隙水压力观测孔和敞口测压管，从原始地貌状态至基坑形成以后均进行观测，以获得实测孔隙水压力或静水压力随深度变化的实测曲线。 参考文献 [１]张旷成 关于抗浮设防水位及浮力计算问题的分析讨论 岩土工程技术 2007，⑴ [ 2 ]贾明鹏 无地下水场地基坑抗浮水位取值 工程设计与研究2004，⑵ [ 3 ]肖林峻 地下结构抗浮设防水位和浮力计算 河北理工大学学报 2009，⑷