地下结构减压抗浮环境影响概述

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1、地下结构减压抗浮环境影响概述第一章绪论1.1课题研究背景与意义随着中国的城市化的加速发展，城市数量不断的增加，而且规模不断的扩大，城市人口的迅速增加，城市交通拥挤、环境污染等问题越来越严重。发达国家在城市建设过程中也曾出现过此类问题，而问题的根源都在于城市土地资源稀缺。为满足人类生存的需要，如何使现有的城市空间得到合理利用，已成为迫切需解决的问题[1]。为了缓解各种城市问题，促进城市的可持续发展，一些发达国家通过大规模开发利用城市地下空间来实现。自1863年英国伦敦修成世界上第一条地铁开始[2]，国外

2、的地下空间开发利用已有150年，经历了从地铁建设发展至地下快速轨道交通系统，从大型建筑物向地下延伸发展至地下商城，从地下管网发展至综合排水、供水及污水处理系统等。如：瑞典拥有世界领先的大型地下排水系统，污水处理率达100%；美国勘萨斯市地下城位于地下20m～30m，面积达350万m2；日本约有1/9的国民进出其著名的地下商业街等。我国地下空间开发利用始于20世纪60年代，随着城市化进程的加速，我国地下空间利用也正经历着由点状地下空间形态发展至线状地下空间形态[3]，并且结合点状及线状构成较大面积的网状

3、地下空间形状，即由单个的地下室、地下商场发展至地下轨道交通、地下管线，而结合两者又形成城市地下街、地下城等等。如大连市的地下不夜城、沈阳新车站地下街、广州珠江新城核心区地下空间等等。1.2地下结构减压抗浮研究的发展概况20世纪初期，随着工程建设规模变大，地下水浮力的危害问题逐渐凸现。而关于浮力对结构的危害最先在水利行业得到重视，水利行业采用扬压力来表述水工结构所受到的浮力。1882年[13]，英国工程师Deacon,G.F最先提出扬压力的概念。关于扬压力的计算始于法国科学家Levy向法国科学院提交的一

4、份关于1895年Bouzey溃坝事故的报告[14]。20世纪中后期人们不断提出关于扬压力的计算方法，包括柯斯拉提出的独立变数法[15]、美国垦务局规定的三角形分布[14]、努麦罗夫的渐近线法[16]、丘加也夫于阻力系数法[17]和毛昶熙、周保中提出的改进阻力系数法[18]。1925年，Terzaghi提出了饱和土有效应力原理[19]。为了弄清水、土骨架之间的关系，许多学者在单一土体和水土共同作用两方面进行不断的研究。但由于地下水是动态变化的，受含水层数、赋存条件、渗流性状等的影响，其浮力计算十分复杂，

5、至今仍未得到行之有效的计算方法。龚晓南(1997)[20]认为可通过确定设防水位而间接计算作用于地下结构的浮力，而浮力就等于作用于其上的静孔隙水压力。孙保卫、徐宏声、张在明(1998,2001)[21]指出建筑物抗浮设防水位问题十分尖锐，各类规范尚未有具体取值规定，设防水位需分析地下水动态变化规律，并进行测试分析确定。同时指出了北京市地下水位受大气降水入渗、人为开采量、官厅水库放水影响[22]。吴建虹(2002)[23]指出内陆河流防洪堤附近的地下室建成后场地最高地下水位受外江河洪水位影响，往往会出现

6、地下水位超过室外地面标高。第二章减压抗浮基本思路及需要解决的问题2.1降水减压与压重、抗浮锚桩的联合运用降水减压、压重和抗浮锚桩是地下结构抗浮的三种方法，可以单独运用，但多数情况下为两者或三者结合使用，下面将通过一具体算例来说明多种抗浮方法结合使用的好处。某一滨海地下工程占地约2万m2，地下2层设为大型商场，结构深度约10m，地面建为休闲广场，抗浮设防水位取为场地自然地表处。根据工程经验，每层结构平均自重为10kPa/m2。底板厚度取为500mm，则底板自重约12kPa/m2，覆土厚度定为1m，覆土自

7、重约18kPa/m2。则扣除结构自重、底板及覆土自重后本工程需承受的平均地下水浮力为50kPa/m2，总浮力1.0106kN。若本工程单独采用锚杆进行抗浮，地下结构底板以下主要是泥质粉砂岩，采用《CECS22：2005岩土锚杆（索）技术规程》计算锚杆孔直径150mm，锚固长度为6.5m的单根锚杆抗拔承载力特征值为240kN[45]。..2.2截渗在降水减压中的作用对于平原地区的地下结构，减压抗浮往往需与截渗措施相结合，截渗在减压抗浮中往往起到延长渗径、降低水压力的作用。以下将从不设截渗墙降水、设截渗墙

8、不降水以及有截渗墙条件下降水减压三个方面进行讨论，说明降水与截渗相结合的作用。根据国土资源部2009年颁发的《我国主要城市和地区地下水水情通》可以了解到，东北地区、华北地区以及华东地区浅层地下水位埋深多在几米和几十米之间，西北地区浅层地下水埋藏一般在百米间，而地下水埋藏比较浅的主要为西南地区及华南地区，特别是华南地区，地下水位埋深多在1m到20m之间。由此可以看出地下水位埋深较浅的主要是沿江沿海地区，当工程修建于这些地区时，则需考虑抗浮措施。沿江沿海地区