如何确定北京地铁工程的抗浮设防水位

永定河较远，地下水位基本不受永定河放水的影响。从地层结构上来说，属于典型的粘性土与砂土互层。
（2）场区地质条件与工程情况
该站基础埋深17m，埋置标高为18.5m。根据勘察报告，在20m深度范围内的地层分布以粉土、粘性
土、砂层互层为主。
地层分布一览
表1
沉积年代 地层代号 岩性名称
Leabharlann Baidu标高
（3）历年最高水位
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方向的增量并非传统意义上的线性增加，传统方法过高的估计了基底水压力。在对黏土地基上基础的受 力情况进行的模拟试验中，发现地基所受的浮力远小于阿基米德定律的计算值，需要折减，折减系数可 达0.65[6]。显然，这个水头损失对工程造价影响不小。工程实测数据表明[7]，静水头与动水头的孔隙水压 力能差几倍。但对于在具体工程如何考虑，并没有具体规定。 1.4 北京地区地下水位的变化趋势
3.1 基本原则 北京地铁工程里程长、一般同时跨越多个水文地质单元，因此它的抗浮水位确定和单体建筑物略有
不同，需考虑各单元之间的协调性、前后工点抗浮水位的合理性，与地下水的总体变化规律是否相符， 因此在提出水位前对整个区域的各个影响因素进行系统分析。
（1）在勘察方案实施前，首先收集、分析工程场区及其附近区域的工程地质、水文地质背景资料和地下 水位长期观测资料，需对沿线的地层条件和水文条件进行系统分析，划分水文地质单元，明确地质单元界限。 并确定各水文单元的地下水分布规律、补给排泄条件以及各水文地质单元间地下水的变化趋势。
在不少的工程中，勘察单位提出的抗浮设防水位都已经高于超过1971-1973年水位甚至1959年水位， 那么这种可能是否会发生？在一些抗浮水位讨论会议中，通常认为抗浮水位不能高于1959年水位，但也 有专家认为不能高于1971-1973年水位，在北京，规范中规定可按近3-5年的最高水位考虑，也有的认为比 可能1959年水位还要高。在实际工程中，是否可以当做一个衡量的标准？
‰与0.8‰。
可见，永定河放水的补给范围主要在中轴路以西部位，对于东部、东南部及北侧影响较小。在确定
抗浮水位时需要根据场地与永定河的相对位置区别对待。
（4）人工开采
自50年代以来，随着人口的增加，地下水开采量逐渐加大，在70年代初期随着工业的发展，地下水
开采量猛增，使得北京地区的地下水长期处于超采状况。即使现在采取了多项改善措施，如果没有南水
在渗流过程中，由于需克服固体分子与水分子之间的阻力，从而消耗一定的水力坡度，造成孔隙水 压力减小。不论是理论分析、模型试验、还是工程实测数据都表明场地的孔隙水压力一般小于理论值。 作者在文献[5]中也认为，在存在多层地下水的场区，地基渗流场都存在较大竖向渗流分项，水压力沿深度
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（3）考虑各影响因素（地下水开采量减少、官厅水库放水以及“南水北调（中线）”工程等人为活
动）对场区地下水位的上升幅度和趋势进行预测。虽然抗浮水位是按最不利组合考虑，但不宜将各种影
响进行简单的叠加。对于特大降雨量、南水北调及永定河放水等，应考虑各种因素都产生最大影响的可
能性。建议通过可靠度分析来考虑各个因素的影响。 3.2 工程实例
所谓上层滞水，是指包气带中隔水层上的重力水，由雨水、融雪水等渗入时被隔水层阻滞而成，通 过蒸发及隔水层边缘下渗的方式排泄。严格意义上的上层滞水由于是包气带水，具有不连通性，没有自 由面，不需考虑其浮托作用[2]。但也有专家认为浮力的产生与水的来源与性质无关，只要有产生浮力条件 的水存在即可。 1.3 渗流阻力的影响
如何确定北京地铁工程的抗浮设防水位
何翠香
（北京城建勘测设计研究院有限责任公司）
摘要：抗浮设防水位是地铁工程重要的设计参数之一，不少专业人士对此进行过研究和分析，但一直在多个方 面存在争议，给技术人员产生了不少困惑。本文笔者从工作经验出发，阐述了个人在分歧上的观点及原因，对 北京地区地下水位变化趋势进行了分析，认为北京地区的地下水位不能超过59年甚至71-73年水位。并根据地 铁工程的特点，针对确定地铁抗浮水位时容易出现的问题提出了自己的方法和建议。 关键词：抗浮设防水位;场地;长期观测孔;地铁工程;分层地下水位;意外影响因素
因此笔者比较赞同根据浮力产生的实质来确定抗浮水位，即它只与对基底产生浮力作用的那层水有 关，建议分层考虑抗浮设防水位。对于同一场地的不同埋深的构筑物，抗浮设防水位是不相同的。地铁 埋深一般在15m以上，最深能达到30m以上，按场地最高水位来考虑与分层最高水位考虑的话，其抗浮建 议值最大能相差好几米。
勘察期间的最高水位并结合场地的地层情况、地下水的补给排泄条件等因素综合确定”。按最高水位考 虑，也就是说一个场地只有一个抗浮水位，与建（构）筑物埋深无关，它不考虑地下水的分层性。作者[2] 认为受钻探施工、基础开挖、肥槽回填的影响，场地各层地下水已经基本串通为工程安全起见，应按最 高水位来确定抗浮设防水位。
田、绿地灌溉水补给量也是比较稳定的甚至逐步减少。
（2）南水北调 南水北调工程每年将向北京地区补充水量12亿m3，其中约有3亿m3用于地下水回灌，一定程度的会使
地下水下降趋势缓解甚至上升。但是，上升幅度会受到限制，政府不可能用跨流域调水来无节制地提高
水位，以致影响地下设施和市政工程的正常使用，制造人为灾害。
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（2）对工点的地质条件、水文条件、基础埋深进行具体分析，概化场区地层分布条件和地下水分布特征，
确定是哪层地下水对基础产生浮力作用。并对该场区的长期观测资料与勘察期间的水位进行对比分析。
下面以某15号线某地铁站的抗浮水位分析过程为例予以说明。
（1）地质单元划分
根据沿线地貌、地层结构、含水层与隔水层的分布特点，可将15号线的地下段分为4个工程地质单元。
工程地质单元Ⅰ为古温榆河与古金沟河河间地块；工程地质单元Ⅱ为小中河故道；工程地质单元Ⅲ为河
间地块；工程工程地质单元Ⅳ为古潮白河故道。本工点位于望京地区，属于工程地质单元Ⅰ。该单元与
当然，对于地下水的串通不能不考虑。但在北京地区，抗浮设计的重点是地下车站。在这些车站中， 一般采用明挖或暗挖法施工，在施工前均需进行大面积的降水，待主体结构完成一段时间后才停止抽降 并回填，只要保证回填质量，各层地下水串通是可以避免的。因此，只要加强施工管理可以使抗浮水位 降低，从而降低投资，减少设计难度。 2.2 上层滞水可能产生浮力作用
作者[3]从浮力的基本定义出发，从物理学的角度，根据阿基米德基本原理，认为浮力只与作用在基底 的含水层有关，只有基础直接持力层的静水压力才能对建（构）筑物产生浮力。杨翠珠（2007）[4]从实例 出发，用场地最高水位、分层最高水位对西郊区、老城区两地的抗浮设防水位进行了分析，根据第一种 理论估算的设防水位建议值比按第二种理论估算的高4m，并认为在工程中还是应该分层考虑。 1.2 上层滞水到底产生浮力否
人工 填土层
第四 纪全 新世 冲洪 积层
2 笔者个人观点
2.1 分层考虑地下水抗浮设防水位 北京地区的地层分布具有明显特点，对于西边场地来说，主要为单一的砂卵石地层，只存在一层地
下水，一般只有一个抗浮设防水位，这无可争议。而对于东部、南部和东南部来说，第四系沉积物以粘 性土、砂土互层为主，存在多个含水层，基本上每层含水层都赋存地下水。在地铁15号线中，20m深度范 围内通常存在3层地下水，其性质多为潜水或层间潜水，有的具有一定的承压性，但承压性较弱，下一层 水的水头标高远远低于上一层地下水位。隔水层则多为粘性土，常常处于不饱和状态，甚至呈负孔隙水 压力状态。
实际上，不少专业人士对抗浮设防水位进行过研究，还进行过相关的模拟实验，《高层建筑岩土工 程勘察规程》JGJ72-2004[1]（以下简称“高规”）及其它规范也就如何取值有详细的规定。本人对有关专 业成果及规范进行了学习，发现专业人士在以下方面有一些分歧。
1 主要分歧
1.1 一个场地是否只有一个抗浮水位 高规[1]规定：“当场地有长期观测资料室，场地的抗浮设防水位可以采用实测的最高值，否则可以按
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“对节理不发育的岩石或粘土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定。”由于目前还没有十分成
熟的经验，建议在分析过程中以100%计算，其渗流影响作为工程的安全储备来考虑。 2.4 未来北京地区的水位很难高于 1959 年水位
地下水位的变化趋势取决于补给量与排泄量的相互关系，就北京地区而言，补给来源主要为大气降
雨、河渠水、农田绿地灌溉水、永定河放水、南水北调，而人工开采则是主要的排泄方式。
（1）大气降雨与河渠补给
根据有43位两院院士和近300位院外专家参加完成的《中国可持续发展水资源战略研究》介绍，未来
的大气降雨量将会保持一个稳定的水平，甚至会有一个缓慢下降的趋势。受城市化的影响，河渠水、农
地铁工程的设计使用周期为100年，在这100年内，地下水位是继续保持目前这种下降的趋势或者维 持现在的水平？是否有可能逆转上升，如果上升，会达到多少？回答这个问题的确比困难，它涉及到水 文、气象、北京市规划发展等多个领域，但它对于确定抗浮水位却又至关重要。
实际上，各层水的最高水位=勘察期间该层地下水的最高水位+该层水在相当于勘察期间的年变幅+ 可能的意外补给造成的该层水位上升值。在北京地区，意外因素包括南水北调、永定河放水、特大自然 降雨等，这些因素之间有何关联？常用的方法是对各个结果进行累加，这样是否具有科学依据？
不过，由于地铁埋深较大，一般情况下上层滞水不是直接作用基底的地下水，所以其对地铁工程的 抗浮设防水位建议值的影响不大。 2.3 渗流阻力作为安全储备
目前，规范还没有明确如何对弱透水层的水压力进行折减，“高规”在8.6.5节中指明按静水压力进 行计算，在粘性土中临时高水位下的浮力作用，需根据当地经验折减[1]。在国标[9]7.3.2中也有同样的规定：
上层滞水与潜水是相对的。受大气降雨、绿化灌溉的影响，表层的上层滞水有的只是局部存在，无 固定的自由面，分布极不稳定。但如果某个地段的填土下存在较好的含水层，那么上层滞水在小范围内 汇集，具有连续的自由水面，将会对构筑物产生浮力作用。实际上，一些游泳池出现裂缝甚至底鼓，主 要是没有考虑上层滞水的浮力作用造成的。
因此，笔者认为，在今后100年内，北京市城区地下水位将长期处于目前的低水平状态；即使在丰水
年地下水补给量有所增加，地下水位也很难回升到上世纪60年代初期的水平。因此今后100年潜水可能达
到的最高地下水位应低于1959年最高水位，大部分地区应低于1971-1973年水位。
3 关于地铁工程的抗浮水位的确定
北调工程，地下水仍是短缺，总量约为0.70亿m3。根据北京市水利局资料分析，北京市平原区平均地下 水位的变化量（△Y/m）与地下水资源变化量（△X/亿m3）呈正相关，回归方程为：
△Y＝0.1953△X
（1）
△Y：平均地下水位的变化量
△X： 地下水资源变化量 即每补给或超采1亿m3，地下水位将上升或下降0.1953m，即北京地区的地下水位在0.2m左右。
0 前言
在地铁工程中，抗浮设计是工程设计的一个重要问题，而作为抗浮设计的核心参数——抗浮设防水 位一直颇有争议，因为它不来自于试验，也不来自于工程观测，而是需要综合考虑多项因素的一个预测 值。它涉及到气象、水文、物理、城市规划等领域。对于同一个场地的同一个工程，不同的岩土工程师 在综合分析后会有不同的建议值，可能会有一米甚至好几米的出入，设计人员对此比较困惑，也引发了 不少争议。
（3）永定河放水
永定河放水对北京地区的地下水位影响较大，尤其是西郊一带，且由西向东逐渐减小。地下水位观
测数据表明，青塔地区在放水后，潜水水位由原来的33m上升到46m，此处非饱和卵石层中水力坡度为3.5
‰，在西三环西局附近地下水位上升至36m，在西单附近上升至32m，在西局与西单的水力坡度分别为2.0