地下建筑结构设计和施工设防水位的选定与抗浮验算的探讨与研究
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本文针对地下建筑设防水位 h、抗浮设计水头值 H、 抗浮验算公式、 浮力折减等问题进行探讨。期望 工程界同仁恰当地选定设防水位, 即简单又较为实 际地计算地下水压力, 实用地规范抗浮验算。
2 潜水型地下水设防水位 h 及抗浮设计水头值 H 的确定
地表以下第一个连续分布在隔水层上、 具有自 由水面的含水层中的水称为潜水, 其连续自由水面 为潜水面, 水面标高即为潜水位。
基底及地下室外墙的实际地下水压力值与用 P
2001年第1期
= Χw h 公式计算出的水压力值之间存在一定的差 别, 大量的实测资料表明, 地下水压力在垂直方向上 也不一定按照 P = Χw h 公式所反映的, 随深度的增 加而成线性增大。且地下水压力值是动态变化的, 无 论采用何种再精密的模拟数学分析, 要准确的确定 最大地下水压力, 是很复杂的和难于达到的。
的地下水传递自重应力作用于地下建筑结构和岩土
体Байду номын сангаас的力, 称为空隙水压力, 即通常所说的地下水静
水压力。含水层中任一点处的岩土自重应力和地基
附加应力是由岩土固体和水两部分承担, 由水承担
的应力用孔隙水压力计可以进行实测该处的空隙水
建筑物基础抗浮验算的水压力计算, 由于对建 筑设防水位 h 没有具体规定, 带有人为的随意性, 且 对地下水压力打不打折扣问题认识不一, 故水压力 值的计算不准。造成如深圳地区地下建筑结构物出 现过一些在施工中或建筑后上浮的事故; 或为安全 抗浮, 不必要的增设抗浮桩和加厚地下室板厚, 造成 工程投资增加。
深圳地区可形成潜水的地层有人工填土、淤泥、 淤泥质粉质粘土、粉土等饱和软土, 砂、砂卵石强透 水地层, 且有花岗岩残积砾质粘性土广为分布, 化岗 残积砾质粘性土含石英角砾达30% 以上, 也属透水 性地层, 渗透系数> 015 m d。地下水在这类地层中, 具有形成连续自由水面的条件。往往地下水在这类 地层中形成潜水。
1 前言
进行建筑物基础抗浮验算时, 目前规范中涉及 到基底及地下室外墙地下水压力的计算, 系用静水 压强公式 P = Χw h (P 为计算点水压力, Χw 为水的重 度, h 为某计算点至水面的深度) 计算得出。运用上 式进行基底抗浮验算时, 上式变为 P = Χw H = Χw (h - ha)。式中 P 为基底的计算点处水压力, H 为地 下水抗浮设计水头值, h 为岩土工程勘察报告中最 高地下水静止水位标高, 往往选择作为建筑设防水 位标高, h0为基底计算点标高。
地下建筑结构设计和施工设防水位的 选定与抗浮验算的探讨
杨瑞清1, 朱黎心2
(1. 中国有色金属工业长沙勘察设计研究院深圳院, 深圳 518003; 2. 深圳市赛格工程实业股份有限公司, 深圳 518028)
摘要: 如何选定地下建筑结构设计和施工设防水位, 确定基底及地下室外墙水压力值, 解决抗浮验算
滞水水位最高可达标高17100 m , 以此水位作为 建筑设防水位 h, 考虑场地地下水为滞水, 场地又处 深圳冲洪积阶地地貌, 基底嵌入弱透水地层中, 基底 以上有透镜体状透水～ 强透水地层, 不是饱和软土, 其浮力折减经验系数采用 7 = 017。
2001年第1期
图1 滞水中地下水压力的计算
深圳地区的滞水一般是指包气带中局部隔水层 上, 弱透水性 (K≤015 m d) 的粘土、粉质粘土、花 岗岩残积粘性土中的水, 季节性存在或是地表水的渗入 造成的, 旱季或地表截流后, 该层地下水就没有了。
深圳地区花岗岩强风化与残积土交界面附近赋 存不厚的潜水, 在潜水面之上的花岗岩残积粘性土 中往往含有一层滞水。这是深圳地区一种典型滞水 剖面, 应仔细甄别。
(1) 滞水地下水建筑设防水位 h 的确定, 应持慎
44 工程勘察 Geotechn ica l Inves tiga tion & Su rvey ing
重态度, 不能仅仅着眼于勘察期间报告中录得的地 下水位, 必须估计到将来变化的可能性, 所以滞水地 下水设防水位应以历年滞水面最高标高即最高滞水 水位作为地下水的设防水位。静水压力的计算, 仍应 用静水压强公式 P = Χw h 计算。
度; H 抗浮设计水头值。
式中抗浮设计水头值 H 打不打折扣, 原式中没
有说明, 有关规范也未涉及。本文在前面已论及潜水
型地下水抗浮设计浮力的计算, 按全部浮力计算, 不
得折减; 滞水型地下水抗浮设计浮力的计算, 建议打
折扣 (即折减系数) , 提出了浮力折减经验系数 7 。引
入浮力折减系数, 抗浮设计水头值为 H = h 7 。
浮力对地下结构为永久作用。抗浮安全系数应 采用112。故地下结构竣工后, 或正常使用期间, 已不 能降低地下水位时, 应按下式进行抗浮稳定性验算:
W
Χw
F H
≥ 112
(1)
该式见《建筑工程手册》 (地基与基础设计
P 1884, 地震出版社, 1993) , 式中W 为施工或使用
阶段基底以上全部净荷载; F 基底面积; Χw 水的重
弱松散地层时, 浮力不能折减。深圳地区傍河地带、 滨海地区如深圳福田保税区 (深圳福田保税区地层 浮力计算有如上海地区) , 浮力不能折减。
实例: 拟建深圳××工程为地下2～ 3层宾馆1 栋, 见图1。
地表为人工填土, 底标高15100 m ; 其下有第四 系上更新统粉质粘性土夹透镜体中砂层, f k = 200 kPa, 底标高7100 m ; 其下为花岗岩残积粘性土, f k = 220 kPa, K< 015 m d。
WF
Χw h 7
≥ 112
(2)
式中: h 基底至建筑防水位的距离 (m ) ; 7 浮力折减
经验系数 (015～ 110) 根据情况选择。
2001年第1期
5 讨论
根据岩土体中赋存地下水的条件和地下水力学
作用的特点, 有的学者将地下水压力分为空隙水压
力和渗透压力两类。本文探讨主要是指岩土体中空
隙水压力。岩土体内各种空隙 (孔隙、裂隙和溶穴) 中
中的地下水压力问题, 在目前规范没有具体规定的情况下, 提出了有关的技术问题和对策。
关键词: 设防水位; 地下水压力; 浮力折减系数; 抗浮验算
中图分类号: TU 470
文献标识码: B
Abstract: Concern ing the op tion of defence w ater level fo r structu re design and con struction of underg round bu ild ing s, determ ination of w ater p ressu re value at the base and ou ter w alls of basem en t and so lu tion of g roundw ater p ressu re fo r an ti2floating com p u tation no sp ecific ru les are m en tioned in the state codes at p resen t. R elevan t techn ical issues and m easu res are p ropo sed herein. Key words: defence w ater level; g roundw ater p ressu re; reduction facto r of buoyancy; an ti2floating com p u tation
潜水型地下水设防水位应以历年潜水面最高标 高即最高潜水水位作为设防水位 h。抗浮设计水头值 H 为基底至建筑设防水位的高度。基底及地下室外 墙地下水压力的计算、 浮力的计算, 按全部浮力计 算, 不得折减。
3 滞水型地下水设防水位 h 及抗浮设计水头值 H 的确定
滞水地下水的概念不同于以往“上层滞水”的概念。 滞水地下水所赋予的新概念, 是指潜水位以上
(2) 浮力的计算, 应根据基底至滞水地下水设防 水位的水头值 h, 再考虑是否可以将浮力折减, 乘以 浮力折减经验系数得到抗浮设计水头值 H , 深圳地 区浮力折减的情况可以分为:
①地下结构物基底上下均为弱透水～ 不透水土 层, 即土层的渗透系数 K ≤015 m d, 且无饱和软土, 其浮力折减经验系数 Ω= 015～ 016。深圳地区的花岗 岩、凝灰质砂岩残积粘土深厚场地滞水浮力计算时, 可考虑采用折减经验系数016。
深圳地区滨海一带海积淤泥、淤泥质土、冲填土 虽也有属于弱透水性 (K ≤015 m d) 的土, 但系饱 和软土, 含水量大, 地基承载力低, 往往含薄层砂, 这一类土中的地下水不能认为是滞水, 而应定性为 潜水类型, 应予以注意。
基于目前规范对滞水型地下水浮力打不打折扣 (即折减系数) 没有规定。限于实测资料少, 现仅将本 人多年来在深圳地区处理滞水型地下水浮力折减系 数经验值提出, 供同仁讨论, 盼能引起工程界注意。 滞水地下水设防水位 h、 抗浮设计水头值 H 应从以 下几点考虑:
收稿日期: 2000206220; 修订日期: 2000208231 作者简介: 杨瑞清 (19422) , 男 (汉族) , 湖南长沙人, 高级
工程师.
工程勘察 Geotechn ica l Inves tiga tion & Su rvey ing 43
潜水的动态具有明显的季节变化, 年水位变化 幅度较大, 为了掌握潜水水位变化幅度, 岩土工程勘 察往往应布置地下水位的长期观测井, 对潜水水位 进行一个水文年以上的观测。
实测基底及地下室外墙地下水压力值, 就要根 据勘察报告提供的岩土工程地质、水文地质条件, 在 拟建建筑物基底及地下室外墙分组设置若干个量测 不同深度水压力的地下水观测孔、和地下 (孔隙) 水 压力计孔, 以监督不同深度和基底附近的水压力大 小。如果当抗浮稳定性验算成为制约工程安全性和 经济性的重要参数时, 实测基底及地下室外墙实际 地下水压力值, 是必要的。
的弱含水层中重力水及人为渗漏补给的层中孔隙 水。能在岩土孔隙中渗透流动, 符合渗流原理。
滞水地下水的特征是指包气带中局部的、 暂时 性的集水, 分布不广, 不连续, 埋藏浅。直接接受大 气降水或地表水补给, 以蒸发或逐渐向下渗透的形 式排泄, 动态极不稳定, 受季节性影响大。雨季有水 位迅速上升的现象, 干旱时则消失或水位迅速下降, 水位变化幅度大。滞水可在包气带内不同地段出现, 也可在同一地段的不同深度上重复出现。
此时地下2层底板处水压力为: 10 kN m 3× (17100- 4170)m ×017= 86 kPa 地下3层底板处水压力为:
10 kN m 3× (17100- 1170) m ×017= 107 kPa 应注意到该例中抗浮稳定性验算是重要的, 且
地下室的周围填土要用粘土夯实。二层地下室底板
③地下结构物基底下为弱透水～ 不透水层, 基 底以上透水～ 强度水地层是饱和软土, 其浮力折减 经验系数 7 = 019。深圳地区海积阶地地区上部地层 为海陆交互地层, 下部地层为花岗岩残积粘性土 (K < 015 m d) , 当基底嵌入残积粘性土中时, 可考虑采 用折减经验系数019。
④地下结构物基底下为透水～ 强透水地层; 或 地下结构物基底下为淤泥、淤泥质粘性土、粉土等软
处抗浮设计水头值 H 为8160 m , 三层地下室底板处 抗浮设计水头值 H 为10170 m。本例二层地下室仅 嵌入花岗岩残积粘性土213 m , 如果嵌入花岗岩残积 粘性土, 深达3 m 以上, 浮力折减经验系数可采用 016。因为基底嵌入粘性土愈深, 浮力愈小。
4 抗浮验算及抗浮安全系数的取值
②地下结构物基底下为弱透水～ 不透水土层, 基底以上有透水～ 强透水土层 (即土层的渗透系数 K ≥015 m d) , 且不是饱和软土, 其浮力折减经验系 数 7 = 017～ 018, 深圳地区冲洪积阶地地区上部地 层有透镜体的砂、卵石, 下部地层为花岗岩残积粘性 土 (K< 015 m d) , 当基底嵌入残积粘性土中时, 可 考虑采用折减经验系数017～ 018。
2 潜水型地下水设防水位 h 及抗浮设计水头值 H 的确定
地表以下第一个连续分布在隔水层上、 具有自 由水面的含水层中的水称为潜水, 其连续自由水面 为潜水面, 水面标高即为潜水位。
基底及地下室外墙的实际地下水压力值与用 P
2001年第1期
= Χw h 公式计算出的水压力值之间存在一定的差 别, 大量的实测资料表明, 地下水压力在垂直方向上 也不一定按照 P = Χw h 公式所反映的, 随深度的增 加而成线性增大。且地下水压力值是动态变化的, 无 论采用何种再精密的模拟数学分析, 要准确的确定 最大地下水压力, 是很复杂的和难于达到的。
的地下水传递自重应力作用于地下建筑结构和岩土
体Байду номын сангаас的力, 称为空隙水压力, 即通常所说的地下水静
水压力。含水层中任一点处的岩土自重应力和地基
附加应力是由岩土固体和水两部分承担, 由水承担
的应力用孔隙水压力计可以进行实测该处的空隙水
建筑物基础抗浮验算的水压力计算, 由于对建 筑设防水位 h 没有具体规定, 带有人为的随意性, 且 对地下水压力打不打折扣问题认识不一, 故水压力 值的计算不准。造成如深圳地区地下建筑结构物出 现过一些在施工中或建筑后上浮的事故; 或为安全 抗浮, 不必要的增设抗浮桩和加厚地下室板厚, 造成 工程投资增加。
深圳地区可形成潜水的地层有人工填土、淤泥、 淤泥质粉质粘土、粉土等饱和软土, 砂、砂卵石强透 水地层, 且有花岗岩残积砾质粘性土广为分布, 化岗 残积砾质粘性土含石英角砾达30% 以上, 也属透水 性地层, 渗透系数> 015 m d。地下水在这类地层中, 具有形成连续自由水面的条件。往往地下水在这类 地层中形成潜水。
1 前言
进行建筑物基础抗浮验算时, 目前规范中涉及 到基底及地下室外墙地下水压力的计算, 系用静水 压强公式 P = Χw h (P 为计算点水压力, Χw 为水的重 度, h 为某计算点至水面的深度) 计算得出。运用上 式进行基底抗浮验算时, 上式变为 P = Χw H = Χw (h - ha)。式中 P 为基底的计算点处水压力, H 为地 下水抗浮设计水头值, h 为岩土工程勘察报告中最 高地下水静止水位标高, 往往选择作为建筑设防水 位标高, h0为基底计算点标高。
地下建筑结构设计和施工设防水位的 选定与抗浮验算的探讨
杨瑞清1, 朱黎心2
(1. 中国有色金属工业长沙勘察设计研究院深圳院, 深圳 518003; 2. 深圳市赛格工程实业股份有限公司, 深圳 518028)
摘要: 如何选定地下建筑结构设计和施工设防水位, 确定基底及地下室外墙水压力值, 解决抗浮验算
滞水水位最高可达标高17100 m , 以此水位作为 建筑设防水位 h, 考虑场地地下水为滞水, 场地又处 深圳冲洪积阶地地貌, 基底嵌入弱透水地层中, 基底 以上有透镜体状透水～ 强透水地层, 不是饱和软土, 其浮力折减经验系数采用 7 = 017。
2001年第1期
图1 滞水中地下水压力的计算
深圳地区的滞水一般是指包气带中局部隔水层 上, 弱透水性 (K≤015 m d) 的粘土、粉质粘土、花 岗岩残积粘性土中的水, 季节性存在或是地表水的渗入 造成的, 旱季或地表截流后, 该层地下水就没有了。
深圳地区花岗岩强风化与残积土交界面附近赋 存不厚的潜水, 在潜水面之上的花岗岩残积粘性土 中往往含有一层滞水。这是深圳地区一种典型滞水 剖面, 应仔细甄别。
(1) 滞水地下水建筑设防水位 h 的确定, 应持慎
44 工程勘察 Geotechn ica l Inves tiga tion & Su rvey ing
重态度, 不能仅仅着眼于勘察期间报告中录得的地 下水位, 必须估计到将来变化的可能性, 所以滞水地 下水设防水位应以历年滞水面最高标高即最高滞水 水位作为地下水的设防水位。静水压力的计算, 仍应 用静水压强公式 P = Χw h 计算。
度; H 抗浮设计水头值。
式中抗浮设计水头值 H 打不打折扣, 原式中没
有说明, 有关规范也未涉及。本文在前面已论及潜水
型地下水抗浮设计浮力的计算, 按全部浮力计算, 不
得折减; 滞水型地下水抗浮设计浮力的计算, 建议打
折扣 (即折减系数) , 提出了浮力折减经验系数 7 。引
入浮力折减系数, 抗浮设计水头值为 H = h 7 。
浮力对地下结构为永久作用。抗浮安全系数应 采用112。故地下结构竣工后, 或正常使用期间, 已不 能降低地下水位时, 应按下式进行抗浮稳定性验算:
W
Χw
F H
≥ 112
(1)
该式见《建筑工程手册》 (地基与基础设计
P 1884, 地震出版社, 1993) , 式中W 为施工或使用
阶段基底以上全部净荷载; F 基底面积; Χw 水的重
弱松散地层时, 浮力不能折减。深圳地区傍河地带、 滨海地区如深圳福田保税区 (深圳福田保税区地层 浮力计算有如上海地区) , 浮力不能折减。
实例: 拟建深圳××工程为地下2～ 3层宾馆1 栋, 见图1。
地表为人工填土, 底标高15100 m ; 其下有第四 系上更新统粉质粘性土夹透镜体中砂层, f k = 200 kPa, 底标高7100 m ; 其下为花岗岩残积粘性土, f k = 220 kPa, K< 015 m d。
WF
Χw h 7
≥ 112
(2)
式中: h 基底至建筑防水位的距离 (m ) ; 7 浮力折减
经验系数 (015～ 110) 根据情况选择。
2001年第1期
5 讨论
根据岩土体中赋存地下水的条件和地下水力学
作用的特点, 有的学者将地下水压力分为空隙水压
力和渗透压力两类。本文探讨主要是指岩土体中空
隙水压力。岩土体内各种空隙 (孔隙、裂隙和溶穴) 中
中的地下水压力问题, 在目前规范没有具体规定的情况下, 提出了有关的技术问题和对策。
关键词: 设防水位; 地下水压力; 浮力折减系数; 抗浮验算
中图分类号: TU 470
文献标识码: B
Abstract: Concern ing the op tion of defence w ater level fo r structu re design and con struction of underg round bu ild ing s, determ ination of w ater p ressu re value at the base and ou ter w alls of basem en t and so lu tion of g roundw ater p ressu re fo r an ti2floating com p u tation no sp ecific ru les are m en tioned in the state codes at p resen t. R elevan t techn ical issues and m easu res are p ropo sed herein. Key words: defence w ater level; g roundw ater p ressu re; reduction facto r of buoyancy; an ti2floating com p u tation
潜水型地下水设防水位应以历年潜水面最高标 高即最高潜水水位作为设防水位 h。抗浮设计水头值 H 为基底至建筑设防水位的高度。基底及地下室外 墙地下水压力的计算、 浮力的计算, 按全部浮力计 算, 不得折减。
3 滞水型地下水设防水位 h 及抗浮设计水头值 H 的确定
滞水地下水的概念不同于以往“上层滞水”的概念。 滞水地下水所赋予的新概念, 是指潜水位以上
(2) 浮力的计算, 应根据基底至滞水地下水设防 水位的水头值 h, 再考虑是否可以将浮力折减, 乘以 浮力折减经验系数得到抗浮设计水头值 H , 深圳地 区浮力折减的情况可以分为:
①地下结构物基底上下均为弱透水～ 不透水土 层, 即土层的渗透系数 K ≤015 m d, 且无饱和软土, 其浮力折减经验系数 Ω= 015～ 016。深圳地区的花岗 岩、凝灰质砂岩残积粘土深厚场地滞水浮力计算时, 可考虑采用折减经验系数016。
深圳地区滨海一带海积淤泥、淤泥质土、冲填土 虽也有属于弱透水性 (K ≤015 m d) 的土, 但系饱 和软土, 含水量大, 地基承载力低, 往往含薄层砂, 这一类土中的地下水不能认为是滞水, 而应定性为 潜水类型, 应予以注意。
基于目前规范对滞水型地下水浮力打不打折扣 (即折减系数) 没有规定。限于实测资料少, 现仅将本 人多年来在深圳地区处理滞水型地下水浮力折减系 数经验值提出, 供同仁讨论, 盼能引起工程界注意。 滞水地下水设防水位 h、 抗浮设计水头值 H 应从以 下几点考虑:
收稿日期: 2000206220; 修订日期: 2000208231 作者简介: 杨瑞清 (19422) , 男 (汉族) , 湖南长沙人, 高级
工程师.
工程勘察 Geotechn ica l Inves tiga tion & Su rvey ing 43
潜水的动态具有明显的季节变化, 年水位变化 幅度较大, 为了掌握潜水水位变化幅度, 岩土工程勘 察往往应布置地下水位的长期观测井, 对潜水水位 进行一个水文年以上的观测。
实测基底及地下室外墙地下水压力值, 就要根 据勘察报告提供的岩土工程地质、水文地质条件, 在 拟建建筑物基底及地下室外墙分组设置若干个量测 不同深度水压力的地下水观测孔、和地下 (孔隙) 水 压力计孔, 以监督不同深度和基底附近的水压力大 小。如果当抗浮稳定性验算成为制约工程安全性和 经济性的重要参数时, 实测基底及地下室外墙实际 地下水压力值, 是必要的。
的弱含水层中重力水及人为渗漏补给的层中孔隙 水。能在岩土孔隙中渗透流动, 符合渗流原理。
滞水地下水的特征是指包气带中局部的、 暂时 性的集水, 分布不广, 不连续, 埋藏浅。直接接受大 气降水或地表水补给, 以蒸发或逐渐向下渗透的形 式排泄, 动态极不稳定, 受季节性影响大。雨季有水 位迅速上升的现象, 干旱时则消失或水位迅速下降, 水位变化幅度大。滞水可在包气带内不同地段出现, 也可在同一地段的不同深度上重复出现。
此时地下2层底板处水压力为: 10 kN m 3× (17100- 4170)m ×017= 86 kPa 地下3层底板处水压力为:
10 kN m 3× (17100- 1170) m ×017= 107 kPa 应注意到该例中抗浮稳定性验算是重要的, 且
地下室的周围填土要用粘土夯实。二层地下室底板
③地下结构物基底下为弱透水～ 不透水层, 基 底以上透水～ 强度水地层是饱和软土, 其浮力折减 经验系数 7 = 019。深圳地区海积阶地地区上部地层 为海陆交互地层, 下部地层为花岗岩残积粘性土 (K < 015 m d) , 当基底嵌入残积粘性土中时, 可考虑采 用折减经验系数019。
④地下结构物基底下为透水～ 强透水地层; 或 地下结构物基底下为淤泥、淤泥质粘性土、粉土等软
处抗浮设计水头值 H 为8160 m , 三层地下室底板处 抗浮设计水头值 H 为10170 m。本例二层地下室仅 嵌入花岗岩残积粘性土213 m , 如果嵌入花岗岩残积 粘性土, 深达3 m 以上, 浮力折减经验系数可采用 016。因为基底嵌入粘性土愈深, 浮力愈小。
4 抗浮验算及抗浮安全系数的取值
②地下结构物基底下为弱透水～ 不透水土层, 基底以上有透水～ 强透水土层 (即土层的渗透系数 K ≥015 m d) , 且不是饱和软土, 其浮力折减经验系 数 7 = 017～ 018, 深圳地区冲洪积阶地地区上部地 层有透镜体的砂、卵石, 下部地层为花岗岩残积粘性 土 (K< 015 m d) , 当基底嵌入残积粘性土中时, 可 考虑采用折减经验系数017～ 018。