李勇军

0 引言

地下建筑卧置于地下土层中，在富含地下水的地区或者受暴雨、山洪、泄洪等极端天气影响的时候以及南水北调、兴修水利等人为因素影响下，地下水会发生变化，地下建筑将受到地下水的托浮作用。根据《建筑工程抗浮技术标准》第6.1.1 条，依据水源、水头、土层分布以及土层的透水性，一般将地下水压力区分为稳定水头产生的静水压力、地下水坡降产生的渗流压力和扣减上覆不透水层土体重力后的承压水等三种作用。一般在平原地区，往往不考虑承压水的影响。但是在盐城地区，往往存在承压水头低于抗浮设防水位的情况。本文讨论在此情况下，采用打碎石井将不透水层击穿从而释放承压水水压力作用的一种方案。

1 工程概况

盐城某棚改安置房建设项目，共分为东西两个地块。其中东地块项目共有地面住宅6 栋，下设连体配套车库。地下车库整体一层、局部二层（面积约4 100m），层高均为3.50m，顶板覆土1.20m；地库采用小柱网，横向尺寸为5.40m，纵向尺寸按停车位5.00m、行车道6.40m 设计；地库顶板覆土顶标高为绝对标高（国家85 高程）3.40m。根据同类工程经验以及试算，本项目取顶板0.25m 厚，中间层楼板0.20m 厚，一层区域地库底板0.350m厚，二层区域车库底板0.40m 厚，地库典型剖面见图1。

图1 地库剖面图

根据地勘资料显示，拟建场地抗浮设防水位为绝对标高（国家85 高程）2.96m，对地下车库地下结构底板可能产生浮力的为第5～7 层土中的承压水，承压水水头标高为绝对标高1.90m，典型地质剖面如图2。

图2 地勘典型剖面图

2 自然条件及典型地质剖面

根据地勘资料揭示，本项目场地主要土层为：1 层杂填土，层厚在 0.6～1.1m 左右，主要成份为粉质粘土，土质松散、不均匀，基坑开挖时易产生坍塌与渗水现象；2 层粉质粘土，呈可塑状，无摇震反应，切面稍有光滑，干强度及韧性中等，土质较均匀，场区普遍分布；3 层淤泥质粘土、流塑、夹少量粉土团块或薄层，具有明显的微层理，无摇震反应，切面稍有光滑，干强度及韧性中等，土质较均匀，场区普遍分布，为本项目持力层；4 层粉质粘土，可塑、无摇震反应，切面稍有光滑，干强度及韧性中等，土质较均匀，场区普遍分布，为本项目主要不透水层；5 层土为粘质粉土，很湿，稍密，摇震反应中等，无光泽反应，干强度及韧性低、土质不均匀，场区普遍分布，为本项目内含承压水土层之一；6 层砂质粉土，摇震反应迅速、无光泽反应、干强度及韧性低、土质不均匀，场区普遍分布，为本项目内含承压水土层之一；7 层粘质粉土，摇震反应中等，无光泽反应，干强度及韧性低，土质不均匀，场区普遍分布，亦为本项目内涵承压水土层；8层粘土层，饱和、可塑、局部硬塑，场区普遍分布，该层钻至地面以下31m，未揭穿（不透水层）。

3 承压水计算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第3.1.2 条、《建筑工程抗浮技术标准》3.0.1 条规定，本项目桩基设计等级为甲级、抗浮设计等级为甲级。本文主要讨论盐城地区承压水头低于抗浮设防水位下承压水的处理，故而仅对承压水所产生的水浮力做计算如下。承压水计算：根据地勘资料所提供的突涌计算结果，本项目承压水主要对负二层结构有影响，根据《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019 第6.2.2 条规定，本工程承压水所产生的上浮力计算如下：

其中，P为承压水的水头压力值，本例以6-6 剖面中C305 孔为例计算如下P=（1.90-（-8.43））×10=103.3kpa；

r为承压水层顶面与地下结构底板底面之间土层的平均浮重度，同样以6-6 剖面中C305 孔为例计算，r=(-5.3-（-6.73））×（17.2-10）+（-6.73-（-8.43））×（19.2-10)/(1.43+1.7)=8.2KN/m；

h为承压水层顶面与地下结构底板底面之间土层的厚度，本算例为：

h=（-5.3-（-10.9））=5.6m

所以，F=P-rh=103.3-8.2×5.6=57.38kpa，

即承压水所产生的上浮力达每平方米57.38kn。

4 处理方案选择

此时面临两种处理方案：（1）按地勘资料的建议，采用常规打抗拔桩的方法。本项目抗拔桩按当地工程经验，采用边长500 的预制实心方桩。按桩长15m、桩边长0.50m，根据地勘资料所提抗拔桩设计数据，计算得到单桩承载力特征值为400kn。则仅仅是因为承压水的原因，所增加的桩数估算如下：负二层地库面积约4 100m，每平方米上浮力按46.32kpa计算，需增加桩数约4 100×57.38/400=589 根。本方案优点是工程经验丰富、可靠度较高，缺点是存在送桩较长，造假较贵的缺点。根据甲方反馈，采用该方案约增加造价1 200 万元，甲方表示难以接受，施工方也认为该方案不妥。（2）按当地专家推荐方案，将原基坑支护所设的灌注桩加长，从5 层粉质粘土伸至8 层粘土层，外面再施以三轴搅拌桩做止水帷幕，以期在负二层地库外围形成隔离层，截断承压水与地库之间的联系，从而不考虑承压水对地库的影响。该方案优点是理论上可以斩草除根，彻底断绝承压水的传送途径；缺点是造价昂贵、施工周期过长，同时也怀疑在建筑物使用寿命期间三轴搅拌桩的耐久性与可靠性。该方案将负二层区域支护桩加长约15m，再加上止水帷幕等，增加造价约2 000 万，甲方同样表示难以接受。

通过仔细阅读地勘资料，针对承压水头低于抗浮设防水位这一特殊情况，提出了击穿不透水层的方案。理论上如果将本项目中4 层粉质粘土击穿，静止水将和承压水联通，因为抗浮设防水位高于承压水头标高，则承压水不再对不透水层产生上浮力。但是实施中存在如下问题：一是采用何种方式击穿不透水层；二是如何确保两者的联通在建筑物使用寿命期间始终有效。经与省内多位知名专家及《建筑工程抗浮技术标准》主编康景文先生沟通，借鉴了《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构-地基与基础）分册中中释放水压力法中的碎石垫层法，提出了碎石井方案：采用直径φ800的碎石井将本项目中4 层土击穿。具体做法是基坑开挖至设计标高、碎石垫层施工、旋挖桩机挖土（采用直径φ800 的钢护筒）、填上碎石、铺设连续的地下水过滤土工布、施工素混凝土垫层、其余上部结构施工。经过地勘公司水文专家仔细核算，并与省内多名地勘专家、当地图审专家多方沟通，确定平面上每柱网中间设置一口碎石井（该布置方案也是为了确保碎石井布置尽量不影响地基承载力），平面布置如图3所示，碎石井大样如图4 所示。

图3 碎石井布置示意图

图4 碎石井大样图

为确保碎石井能有效工作，保证静止地下水能与承压水顺利沟通，当地图审专家提出如下建议：

（1）将碎石井沿负二层地库外延一跨并将该部分碎石井延伸至负一层地库，详见剖面如图5 所示。

图5 碎石井剖面示意图

（2）为保证静止地下水能向承压水渗流，将负一层地库底也设置碎石垫层+连续的地下水过滤土工布。

（3）将负二层与负一层外墙连续处肥槽回填改为级配碎石，详见图6。

图6 负二层回填示意图

采用该方案所增加的费用约400 万元，甲方表示认可该方案。目前该项目已顺利通过审查，正在进行施工。

另外，对于《建筑工程抗浮技术标准》第6.2.2 条中r取浮重度，多位知名专家均提出质疑，因为《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的附录W 中取的是饱和容重，《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）附录C中取的是天然重度。甚至南京江北图审中心季度总结会提出平原地区不考虑承压水的论点。经与《建筑工程抗浮技术标准》编写组沟通，编写组表示该标准之所以取浮重度，纯属为保证安全，对本项目取天然重度也是可以的。但是在与盐城当地图审中心沟通的时候，专家表示南京江北图审中心季度会议并没有形成会议纪要，也没有经建委发出公告，执行起来缺少依据。因此，盐城当地图审专家表示即便是规范有误，在规范编写组没出勘误之前，也得按规范执行。

5 结语

综上所述，针对承压水头低于抗浮设防水位这一特殊情况，同时《建筑工程抗浮技术标准》中对r取浮重度也没有科学依据的情况下，本项目采用通过打碎石井将不透水层击穿，联通静水压力和承压水，从而化解了承压水所产生的上浮力，避免了昂贵的抗拔桩方案和不可靠的止水帷幕方案，取得了良好的经济效益、加快了项目建设进度，获得了各方的认可。以后如果《建筑工程抗浮技术标准》编写组对r取浮重度做出更改，取值能取天然重度或饱和重度，则本项目承压水将不会对地库底板产生浮力，就是碎石井也不需要设置了。当然，此为后话。