坡地地下室渗流减压抗浮分析

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1、坡地地下室渗流减压抗浮分析赵辉曹洪骆冠勇(华南理工大学土木与交通学院广州510640)摘要：地下结构受地下水扬压力作用可能发生上浮或底板开裂等事故，目前各类规范尚无全面明确的抗浮验算方法．尤其南方多雨地区的坡地超大型建筑物，地下水位较高，原有坡地渗流场在建筑物的干扰下形成全新渗流状况，对地下室产生复杂影响．针对此问题，以广州某商业住宅小区为实例，通过多地层水平二维有限元方法对最危险工况下的渗流场进行分析，并提出较为经济合理的“减压井+砂垫层”抗浮方案，经验算可以满足抗浮要求．最后还通过监测数据来进一步验证这一方法的合理性．关键词：地下室抗浮；扬压力；减压井1．引言土体空隙及岩体裂隙

2、赋存有大量地下水，地下水对埋置于岩土体之中或之上的地下结构会产生浮托力。地下结构的抗浮问题常常没有得到足够霞视而引发抗浮事故[1～2】。其原因一是设计时未考虑施工工况中的最不利情形(浮力产生时地下室顶面填土未完成，结构自重尚未形成)，二是地下水位超过了设计水位(如暴雨期)。抗浮不力最终会导致基坑失稳、基坑突涌、地下室底板开裂、地下室整体上浮等问题，还可能影响周边管线或邻近建筑。目前处理抗浮问题的措施有抗拔桩、抗拔锚杆、压重减排等。但抗浮问题的分析计算方面，目前各类规范中未给出全面、明确的抗浮验算计算方法以及相关参数选取的统一标准【3“】。尤其对于南方多雨地区的坡地超大型建筑物，地下

3、水位较高，原有坡地渗流场在超大型建筑物的干扰下形成全新渗流状况，对地下室的影响变得非常复杂。地下室水浮力计算取值若偏小，将造成安全储备偏低甚至发生事故，若取值保守，则导致建筑造价过高[7】。本文针对广州某坡地商业住宅小区地下室进行抗浮分析并提出相应解决方案，在施工期进行了地下室底板扬压力的监测，这些将对解决抗浮问题提供有益的经验。2．工程概况该工程位于广州萝岗区东部，小区场地地势较低，三面环山。山顶高程约为80～lOOm，地处谷地，其低处高程约为34．5m，基本为南西——北东走向。由于三面环山，丰富的地下水向场地汇集，引起地表出溢，形成鱼塘和冲沟。场地周边均设有道路，东南边道路高程

4、39--45m，东北边道路高程在37m左右，西面道路高程在38-。45m左右。2．1地层特征与水文情况该区地层按地质成因依次分为：第四系填土层(Qml)、第四系冲(洪)积层(Qal+p1)的淤泥质土(淤泥)和砂层、第四系坡积层(Qdl)、残积层(Qel)和基岩(花岗岩)风化岩带(Y)。场地内填土层、粉质粘土层及残积层砂质粘性土均属弱透水层。填土层下的冲积层含有透水性较好的砂层。砂层孔隙水的补给来源主要靠大气降水及地表水侧向补给(鱼塘)。岩层中的裂隙水，主要为鱼塘补给，补给量受岩体破碎程度及地势起伏程度影响明显。场地的典型地质剖面图见图l。3792．2地下室埋深及上部荷载图1典型地质

5、剖面示意图场区内拟建多栋建筑，层高多为12层，下部为单层整体式地下室，地下室的面积约为56000m2。建筑±000标高为+4215m。地下室底板标高不统一，有跃级，其主要标高有以下三个：+3625m(Al基)、+3365(B区)和+3775(C区)，如图l地下室底板底标高及上部恒载所示。各分区上部恒载的重量分别为33kPa(AN)，28kPa(B区),gl33kPa(Cl爱)，计算上部荷载时未计入地面塔楼重量．地下室项面覆土取06m厚，重度为18kN／m3。3．存在的问题图1地下室底板底标高殛上部恒载坡地地下结构四周存在一定的水头差，如按照常规方法取上游水位值为抗浮水位就会增加建设

6、成本，如取F游水位值则抗浮设计得不到满足容易发生事故。且在地下结构的作用下．坡地渗流场产生更复杂变化．为使坡地地下结构的抗浮设计更加科学合理，必须对坡地地下结构的洛流场研究透彻，掌握地下结构所受浮力的分布情况。为此，初步分析时先将场地地层按照渗流特性进行简化合并为覆盖层、砂层和不透水层三层考虑。然后根据场地内的140个地质钻资料孔，对分析区域的地面高程、地下水位、砂层顶面高程和砂层底面高程采用自然邻近法进行插值。由地层和水位插值结果．剖分若干典型剖面分析知．透水层呈承压性质．而地下室处于覆盖层中，未深入到透水层．对透水层的导水性没有产生干扰。比较地F事的埋深及地下水位可知．地下室平

7、均受到30．-40kPa的扬压力，局部山脚处高达50kPa。水位是在勘探期间未下雨的条件下测得，在多雨季节地下室的抗浮稳定问题会更突出。尤其是靠近山脚处(场地的南面、西南面和西北面)或地下室底板较低处，地下室受到扬压力威胁更大。经初步分析知应主要解决以下问题：一，在不利(暴雨)条件下，对场地进行渗流分析，得出地下水室所受的扬压力；二，提出有效、安全、经济的抗浮减压措施。4．抗浮渗流分析4．1计算区域及边界条件计算区域边界理论上应划分至分水岭，考虑到坡地渗流场分布特点，