川道河谷漫滩地区抗浮设防水位的合理确定★

张仁豪 曲鹏冲 戴彦雄 范寒光 张 芳

(1.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043； 2.陕西省特殊岩土与处理重点实验室，陕西 西安 710043)

0 引言

随着我国社会经济的快速发展及西部大开发战略的进一步实施，国家重大工程规划和城镇化建设向地质条件复杂、构造活动强烈的西北地区不断推进[1]。甘肃省天水市作为西北地区典型的山间河谷盆地型城市，受特殊地形地貌、地质构造、岩土性质等影响因素，地质环境较差，若无法查明并采取相关措施，将严重威胁人民生命财产安全，制约当地经济发展[2,3]。为确保国家重大工程规划和城镇化建设项目的安全与质量，在工程建设及实施中，地下水的抗浮评价，尤其是合理确定抗浮设防水位就显得尤为重要。

近20年来，众多岩土勘察专家根据实际施工经验，对合理确定抗浮设防水位进行了深入探讨。张在明[4]通过研究地下水在土体中动态的渗流状态，提出历史最高水位不能作为抗浮水位，该点在规范里是不合理的，应根据地下室基底最大水压力实测资料，合理确定抗浮设防水位值，但最大水压力的确定，需要通过水的赋存状态和渗流来确定。黄志仑等[5,6]提出不能直接以场地内第一层潜水位作为最高水位，应针对基础的埋深，所处的含水层，分析基底所在含水层的水位，该水位才是抗浮设防水位。张旷成[7]提出每个场地都只对应一个抗浮水位，处于弱透水层处静水压力应考虑折减。此外，许多学者通过实验计算了多个不同含水层水位。常晋沙等[8]发现基坑开挖会导致多层含水层水位的重分布，回填后，各含水层之间会形成水力联系，所以不能直接以多层含水层的最高水头作为抗浮水位，应通过详细分析场地的渗流特点确定。因此，地下水抗浮设防水位的确定需要根据不同地区及地质条件等因素进行具体分析。

本文以岩土工程勘察为基础，考虑研究区复杂的地质环境，通过对天水川道河谷漫滩地区的自然和人为等因素进行分析，多方面探讨抗浮设防水位的合理确定，以期对天水市及类似川道河谷漫滩地段的勘察工作提供指导。

1 地下水位历史的调查及推测

1)河堤修建对地表水的影响是直接的，随着主河道的确定及疏浚，藉河总体上改变了其摆动的运动轨迹，但是，值得注意的是，近年来，随着城市的发展、气候的变化以及人为破坏，藉河逐渐变成了季节性河流，汛期流量暴涨暴落，非汛期干旱少水，甚至断流，较历史上的行洪流量和行洪模式都有了很大的改变。

2)按照目前建设场地的地层情况与成因推断，目前一期漫滩部位建设场地由于其黄土状土与圆砾、卵石的冲洪积构成，历史上必然作为过水通道。

3)从水位角度考虑，目前的现地面应该是地下水位的最高标高或极限标高，超越地面部分原则上属于洪水。

4)目前防洪堤与主河道竖向高程差异约在5 m，建设场地一期漫滩地段高程总体低于防洪堤高程约2 m，较主河道高约3 m。

5)按照防洪堤50年一遇的设计标准，总体推断地表洪水50年一遇极限高程约与防洪堤顶面高程齐平，较目前河道水位高出5 m左右。

2 地下水情况

研究区地下水类型为潜水，主要含水层为圆砾、卵石层，主要补给来源为藉河与大气降水，综合渗透系数可按经验值50 m/d考虑。从勘探揭露情况可看出，地下水位自阶地部位至漫滩部位顺地形逐渐下降，地下水比降约为3%，勘察期间显示出地下水补给河水的特点；顺河道方向地下水位变化与河道坡降趋势一致，地下水比降约为7%。根据勘察情况及对藉河水文历史分析，建设场地地下水显示出如下特点：

1)建设场地一期漫滩部位地下水位比降不大，波动较小，受藉河地表径流影响较大，易受洪水的影响暴涨暴跌；

2)建设场地一期漫滩部位地下水在勘察期间显示出旱季补给河水的性质，但在雨季洪水来临时，前沿靠河部位会受洪水的影响改变其补给方向，显示出河水补给地下水的性质；

3)建设场地一期漫滩部位地下水与藉河地表径流关系紧密，抗浮与防洪问题往往是交织在一起的。

3 地下水位影响因素分析

1)大气降水及地表水。

研究区地下水的主要来源为大气降水的入渗补给与地表藉河水的径流补给，排泄方式多以潜水的蒸发为主，同时藉河水位也主要受降水影响，因此研究区的地下潜水水位的增加及减少都能够当做为降雨入渗和潜水蒸发一致影响的情况，大气降水的补给使得地下水位升高，而潜水的蒸发使得含水层水位降低。研究区夏季多暴雨，降水的突然增加会使得降雨入渗量以及藉河径流补给增大，导致地下水位迅速抬升。

2)地形地貌。

研究区位于地势较低的河漫滩，天然的地势条件使得研究区形成一个面积较大的汇水区，在降雨作用下地表水迅速汇集，造成地表水的入渗补给量增大，地下水位随之抬升。

3)地层岩性。

根据勘察工作可知研究区地下水主要赋存于圆砾及卵石层中，为透水性较好的含水层，当降雨入渗量、地表入渗量及藉河径流补给量增加时，地下水位抬升较快。

4)人为因素。

研究区在未来工程建设中会产生大规模挖方、填方活动，改变了地表径流、地下水的补给、排泄，使得地下水位发生改变。

4 抗浮设防水位初判

研究区距离藉河较近，地下水与藉河水联系紧密，考虑最危险情况，研究区地下水位随藉河最高防洪水位上升5 m，分为以下两种情况初步抗浮设防水位：

1)地下水位埋深相对较深的部位，若考虑汛期地下水位抬升5 m后仍旧在原地层中，由于原地层均属强透水层，则抗浮水位可按原地下水位抬升5 m考虑。

2)地下水位埋深相对较浅的部位，若考虑汛期地下水位抬升5 m后在现地面以上，则抗浮设防水位按传统判定方法可按现地面采用。

5 抗浮设防水位的再分析

勘察阶段抗浮设防水位的确定是根据场地水文地质条件，如勘察期间的地下水水位、地下水的类型(上层滞水、潜水、承压水)、含水层的渗透性、含水层的边界条件(与地表水的关系、多含水层之间的相互关系)、地形地貌条件、水文气象条件等因素综合考虑地下水水位的变化幅度，提供一个比较合理的抗浮水位[9,10]。依据工程勘察规范的原则，抗浮设防水位的综合确定宜符合下列规定：当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。综上所述，确定抗浮设防水位时要针对不同工程、不同工况确定不同的抗浮设防水位。

根据国内目前相关学者的研究情况，临近江河侧畔时，如果地表水流与地下室基坑土体地下水存在流通联系，考虑不利因素，抗浮设防水位的取值可达至地表河流的最高水位[11-13]。

当前建设工程由于工期紧，地下水位缺乏长期观测资料，因此抗浮设防水位需按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件、历史最高水位等因素综合确定。通过调研分析水文地质条件，研究区抗浮设防水位的确定主要考虑以下几个方面：

1)研究区内地下水主要受降雨入渗和藉河径流补给，当夏季遇大雨甚至暴雨情况，研究区由于地势条件汇水量增加，藉河水位抬升，同时由于地下水所在含水层为强透水层，含水层厚度大，渗透性及富水性良好，形成良好的入渗条件和径流条件，造成地下水位迅速抬升；

2)从地貌成因上分析，研究区所在地貌单元为河漫滩，河漫滩是在洪水时被淹没，枯水时出露的滩地。根据研究区所揭露地层情况，结合对研究区的历史水位进行的相关调查，研究区所在位置曾被河水浸没，洪水对地下水位有过较高幅度地抬升；

3)研究区在未来工程建设中将进行场地整平，会形成较大规模的挖方、填方，而这些工程活动会改变地表径流条件，地下水的补给排泄条件等，填方部位虽有隔水作用，但填筑体可能受毛细作用对地下水位产生抬升效果，长期作用下，结合地表水位的周期变化及填方部位密实度对入渗水的阻滞作用，易联通产生自由水面，从而提升地下水位。在确定抗浮设防水位考虑填方工程的同时，也要考虑由于工程活动造成地下水位变化对工程建设的影响；

4)研究区距离藉河较近，随着气候变暖，降雨增多，未来河水位极大可能升高甚至发生洪水，作为地下水的主要补给源会造成地下水位大幅度抬升；

5)研究区场地范围较大，地表及地下水标高有所起伏，同时设计地坪标高差异较大，需考虑分区确定抗浮设防水位。

综合以上方面因素，位于填方区内建筑抗浮设防水位考虑按照原5 m的最高洪水位进行上浮是合理的，具体而言，即洪水来临之际，地表水将在填方区转换为地下水，并对建筑物基础产生较大影响。

6 结论及意义

针对类似复杂工程条件的项目勘察工作，本次研究具有一定的指导意义，具体表现为以下几个方面:

1)建设场地距离地表水系较近时，除调查场地地下水条件外，还需调查地表水系高程，洪痕线，历史水位变化等水文资料，确定地表水与地下水的补给关系，由此预测地下水的历史最高水位。

2)在类似川道河谷漫滩地段，建设场地的防洪问题往往与建筑物的抗浮问题相互交织，勘察工作中需充分理解设计意图，才能将防洪问题和抗浮问题进行分解，提出有针对性的建议，保证建设工程的安全。

3)场地需要挖填方整平时，需考虑工程活动对地下水补排条件的影响，如填方产生的毛细作用导致地下水位上升等，抗浮设防水位应相应提高，同时地基下还需布设一定的排水系统。

4)地势低洼场地需考虑地表大面积汇水引起的地下水位抬升，除提高抗浮设防水位外，还需在场地四周采取排水措施，减少由于大雨、暴雨引起的地表水汇集量。

5)当建筑物的竖向设计标高有所起伏时，宜考虑多方面后按建筑物分别确定抗浮设防水位。