某工程地下水抗浮折减试验研究

孙广利高 涛安 征

(1:吉林大学建设工程学院，长春 130026;2:吉林建筑工程学院测绘与勘查工程学院，长春 130118;3:中交一公局华祥国际路桥有限公司，北京 101100)

1 工程概况

拟建工程地上建筑主楼25层，裙房5～6层，地下3层，总建筑面积110288.0 m2，其中，地上建筑面积84472.0 m2，地下建筑面积25816.0 m2.框架或框剪结构，拟采用筏板基础，基底埋深15.0 m.该工程的工程重要性等级为一级，场地等级为二级，地基等级为二级，岩土工程勘察等级为甲级.

2 场地地质条件

2.1 场地地层条件

本工程场地地貌单元为波状台地.在勘察深度内场地土为巨厚的第四纪黏性土层，按岩土的物理力学性质共分为6层.地层自上而下分述如下:

①人工填土:褐黑色、黄褐色粘性土、建筑垃圾及碎石等杂物组成，稍密状态，层厚1.00 m～3.00 m;

② 粉质黏土:黄褐色，可塑状态，中等压缩性，层厚2.60 m ～7.30 m，层顶标高227.07 m ～230.01 m;

③粉质黏土:黄褐色，褐色，可塑偏硬状态，中等压缩性，层厚0.80 m～7.90 m，层顶标高221.51 m～226.29 m;

④黏土:黄褐色，硬塑状态，中等压缩性，局部为可塑－硬塑粉质黏土，层顶标高216.97 m～222.57 m;

⑤泥岩:紫红、砖红色白垩系软岩，全风化，结构已破坏，呈黏性土状，层顶标高209.33 m～211.12 m;

⑥泥岩:紫红、砖红色白垩系软岩，强风化，结构大部分破坏，呈块状，向下逐渐变为中风化，干钻进困难，层顶标高 207.89 m ～209.95 m.

2.2 水文地质条件

(1)地下水的类型及埋藏、分布特点.勘察深度内，地下水分为两层地下水，第一层为潜水，埋藏于第①～③层土体中，勘察钻孔中实测地下水初见水3.50 m～4.80 m，初见水位标高225.32 m～226.19 m;稳定水位3.20 m～4.00 m，稳定水位标高225.78 m～226.97 m.3个月后勘察钻孔中实测地下水初见水位3.30 m～4.20 m，初见水位标高225.62 m ～228.21 m，稳定水位2.10 m ～4.00 m，稳定水位标高 225.17 m ～229.31 m.第二层为基岩裂隙水，属潜水类型，埋藏在全风化及强风化泥岩中，水量较小.

(2)地下水补给、排泄条件及动态变化.地下水主要补给来源为大气降水补给，主要以蒸发方式排泄.场地地下潜水水位随季节变化，6～9月份为丰水期，水位年变化幅度1.0 m左右.

3 原位测试工作

3.1 测试目的和任务要求

(1)测试目的.测试工作的目的是实测基础底标高处地基土天然条件下孔隙水压力，通过实测数据与理论计算结果的对比，验证黏性土地基中地下水的浮力是否应折减.为该工程的地下水浮力计算及采取经济合理的抗浮措施提供依据.

(2)任务要求.量测基础底面下(地面整平标高下，－15 m)黏土地基中天然条件下的孔隙水压力，提供拟建场地地下水孔隙水压力折减系数.

3.2 测试工作情况

3.2.1 测试孔布置

天然条件下，建筑物基础底面浮力荷载即为地下室底板所在位置的实际孔隙水压力.因此，依据建设场地水文地质特征，考虑地下结构埋设位置与土层及含水层的对应关系，在拟建建筑物基础底面下黏土层中，按照一定水平间距埋设孔隙水压力计，同时布置水位观测井.共布置6个试验点，每个试验点布置孔隙水压力测试孔和水位观测孔各一个.测试孔编号K 1～K 6，其中，5个孔布设在基坑外侧以便长期观测，1个孔位于基坑内，共埋设孔隙水压力计6支.在上述测试孔附近布设地下水位观测孔，编号分别为G1～G6，地下水位观测孔深度与对应试验孔深度相同.通过钻孔将孔隙水压力计埋设在预计地下室底板标高处.每天测读、记录孔隙水压力计读数和观测孔的地下水位.测试工作进行了18 d，并作了原状土的渗透系数室内试验.

3.2.2 仪器性能及孔隙水压力计埋设工作

孔隙水压力计采用天津产型号为TGCY－1－100A振弦式孔隙水压力计，量程为200 kPa;数据采集仪器为振弦频率测定仪.其性能稳定、分辨率较高、时间滞后性小，适合长期静态观测.所使用的孔隙水压力计和数据线满足长期稳定性、自身的密水性能、耐久性、可靠性等要求.原位测试的主要设备及用途如表1所示.

表1 测试设备及材料

孔隙水压力计埋设施工及施工工序.采用G－1型钻机成孔，投放不少于25 cm高的渗透性好的粗砂，适当振密;将孔隙水压力计缓慢放入孔底，再回填约30 cm中粗砂，适当振密，边拔套管边回填直径2 cm左右的风干黏土(膨润土)球，填黏土球至地表附近;安装电缆保护箱，在测试孔附近施工地下水位观测孔.

3.2.3 测试工作

经过透水石沸腾排气的孔隙水压力计在地表读数，测定初始值，并填写记录.孔隙水压力测试过程中，每天采集孔隙水压力计数据，并测定相应观测孔地下水位，测试时间持续了18 d，因降水施工而终止.

4 原位测试成果

图1为试验场地内地下水位动态变化历时曲线，可以看出试验期间场地内地下水位变化幅度不大，场区内地下水位介于227.07 m～229.62 m之间，试验期内没有明显的降雨过程.曲线后段的陡降是降水施工引起的.各传感器测试数据在埋设初期，波动较大，其后呈现随时间逐渐降低趋势.

图2为试验场地内K 2，K 3号孔孔隙水压力计监测的场地孔隙水压力动态曲线.

图1 静止水位时程曲线

图2 孔隙水压力历时变化曲线

5 分析和结论

将该工程地下室基础底板下黏土地基中的孔隙水压力实测值与观测孔静水压力计算值及按最高水位求得的静水压力计算值进行对比，可以看出，基础底板位置的孔隙水压力实测值均不同程度小于计算值.依据测试结果，该场地黏土地基中地下水的浮力可折减.根据施工和测读的具体情况，K2，K3孔资料比较具有代表性，据最后一天的观测数据(见表2)，实测孔隙水压力与据观测孔水位计算的静水压力相比，折减系数分别为 0.86，0.84，平均为 0.85.

表2 实测孔隙水压力与据观测孔水位计算的静水压力比较

若按实测孔隙水压力与按场地最高水位计算的静水压力相比，K 2，K 3，K 4，K 5，K 6测试孔的平均折减系数分别为 0.821，0.828，0.846，0.835，0.778，总平均值为 0.822，取折减系数为 0.85 是可行的.

黏性土地基中抗浮水位的折减问题需要开展更多的测试研究，并应进行理论研究.

[1]中国工程建设标准化协会标准.孔隙水压力测试规程(CECS55:93)[S].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[2]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范(GB50021)(2009年版)[S].北京:中国建筑工业出版社，2009.

[3]袁聚云，钱建固，张宏鸣，梁发云.土质学与土力学(第四版)[M].北京:人民交通出版社，2009:85－86.