合肥地区的抗浮设计水位取值分析

合肥地区的抗浮设计水位取值分析 2009年第4期(总第167期)安徽建筑 合肥地区的抗浮设计水位取值分析 AnalysisofAnti-upliftWaterLevelatAreaaroundHefei 曹先富(安徽省建设工程勘察设计院,安徽合肥230001) 摘耍:文章阐述了合肥地区的气象和水文条件,地下水的埋藏条件,分析区内的地 下水和地表水水力联系~a.ig行规律;根据现有的水文资 料.探讨了地下室或地下构筑物的抗浮设计水位的取值. 关键词:抗浮设计水位;最高水位;流域比降;上层滞水;潜水;承压水 中图分类号;TU46~3文献标识码:B文章编号:1007-7359(2009)05-0097—02 Ca0~azffu(AnhmGeotechnicalInvestigationandArchitecturalDesignInstitute,Hefei230 001,China) Abstract:BasedOnthemeteorologicalandhydrographicandgroundwaterconditionsatthea ffeaaroundHefei,thepaperanalyzesthehydraulicconnectionand runningrulesofgroundwaterandsurfacewateratthearea;andcombiningwiththecurrenthyd rographicdata,italsomakesanalysisofanti-upliftwaterlevel duringthedesignofbasementandundergroundstructure. Keywords:anti-upliftwaterlevel;highestwaterlevel;basinslope;perchedwater;phreatiew ater;artesianwater O引言 随着城市建设,合肥城区规划范围不断扩展,建筑越建越 高,地下室越埋越深,水文地质条件对地基评价,基础抗浮和工 程降水的影响也越来越大.因合肥所处的特殊地理位置和城市 发展历史等原因,长期来勘察设计对地下室和地下构筑物的抗 浮设计重视不够,分析不够,造成了地下室上浮和底板开裂渗 水的事故多次发生.抗浮设计水位的评价需要在分析区域气象 资料,区内的工程地质与水文地质条件及地下水补给与排泄关 系基础上,通过地下水位的长期观测才能得到准确的结论,然而 区内缺乏地下水位长期观测资料.但区内地下水和地表水联系 紧密,利用已有水文资料,研究地下水运动规律,分析不同地段的 最高水位,综合其它相关因素,可对抗浮设计水位作出评价. 1气象和水文 区内位于江淮分水岭南侧,地貌属于江淮丘陵的一部分. 区内地形微波起伏,岗冲相间,除西郊大蜀山孤峰突起,整体西 北高东南低(地面标高一般lOm一50m).多年平均降水量为 995mm;降水量在全年中分配不均,5—8月降水量较大,约占全 年降水量的53.4%,11月一12月降水量最少.区内水系比较发 育,主要河流有南淝河及其支流——四里河,板桥河以及一些 规模较小的支流,如市区中的二里河,市区东北的廿埠河与店 埠河,南侧的十五里河等;在肥西段分布有上派河水系.市西北 建成有董铺水库,大房郢水库. 南淝河发源于江淮分水岭南侧大潜山脉南麓,自董铺水库 向下逶逶东去绕内城而过转向东南,最后折转向南注入巢湖. 河域至市中心区仅4okm,流域比降基本一致(约11800);遇暴 雨,源短流急,汇水迅速,源头洪峰到达市区的时间仅一天左 右,水位涨幅3m一5m,洪水来势猛,流量大,涨落快,具有典型 丘陵地区河流的特征.河道洪枯水位变化显着,枯水位标高为 7m~7.5m;汛期5-9月,由于受巢湖顶托及降雨影响,水位较 收稿日期:2009-04-03 作者简介:曹先富(1967一).男,安微含山人,毕业于合肥工业大学.学 士.高级工程师.国家注册岩土工程师. 高,北门桥多年平均洪水位为11.24m,最高洪水位为16.19m, 五年一遇12.8m,十年一遇14.7m,二十年一遇15.09m,五十年 一 遇16.18m.高水位一般20d内回落. 上派河上派测点水位多年平均值8.91m,最高水位为1984 年的14.89m.次为1954年的14.50m.巢湖平均水位为8.03m; 巢湖最高水位,建闸后为1983年的12.13m(塘西站). 2地下水的分布 区内下伏基岩以粉(细渺岩,泥质砂岩和泥岩为主.第四纪 晚更新世除在市东及东南底部沉积了粉土与砂土层外,在表部 堆积了大面积的冲积成因的粘性土,后来由于南淝河及其支流 四里河,板桥河,以及廿埠河,十五里河的地质作用,在支流的 河间区又沉积了一套粘性土和砂类土层.地下水的分布与岩土 层的分布和地貌分区有着密切的对应性. 上层滞水在表部填(耕)土层和阶地粘土的表层微裂隙中 不规则分布,大气降水与生活用水是其主要补给来源,其水量, 水位受季节影响大,无固定的自由水面.潜水型的地下水在老 城区填埋的古金斗河附近杂填土较厚地段和南淝河及其支流 的河漫滩地段中分布,受南淝河及其支流水系的直接补给.合 肥地区承压性地下水主要埋藏于一级阶地和二级阶地(市东及 东南)粉土与砂土层中,属于松散岩类孔隙性层间水,分布于一 级阶地地表8m—lore以下,二级阶地地表15m一30m以下,受上 游地下水补给同时,受南淝河及其支流的侧向补给.第四系覆 盖层下部的地下水主要赋存于第三系梁园组与上白垩系张桥 组(区内东南,南面)的红层粗碎屑岩段,富钙层位的裂隙中,另 在基岩的断裂破碎带中埋藏有地下水. 3地下水运行和变化规律分析 区内地下水受源头江淮分水岭和地表水系补给或侧向补 给,并最终由西北地势较高处流向东南注入巢湖. 埋藏于河漫滩中的潜水型地下水直接受南淝河及其支流 的补给与排泄,地下水的水位及变化幅度与南淝河及其支流等 地表水系水位及变化幅度基本一致.由水文站实测水位及变化 幅度,和流域比降基本一致的特点,基本上可推测上下游的潜 98曹先富合肥地区的抗浮设计水位取值分析第16卷第4期 水型地下水的水位及变化幅度.下游近巢湖段,因巢湖顶托作 用.地下水水位不低于巢湖水位. 埋藏于一级阶地与二级阶地的承压水受上游补给,同时受 地表水系侧向补给.深层地下水上游补给相对较为稳定;受地 表水系侧向补给的,因地表水的影响而变化较大,且离水源越 近变化越大.因岩土层的渗透性和区内具有的典型丘陵地区河 流特征——来势猛,流量大,涨落快,承压水水位的变化幅度应 低于潜水型地下水的变化幅度. 区内一些规模较小的支流(侵蚀作用弱,沟底为阶地地层, 如二里河,廿埠河,十五里河),遇暴雨,汇水迅速,水位涨幅约 3m,4m;长期自然形成的排泄系统有利于地表水排泄,区内的 整体排泄较通畅,水位回落也快. 填(耕)土层中不规则分布的上层滞水,因阶地台面上的冲 沟发育,利于其排泄,水量水位变化大,无固定的自由水面;但 在建设中.可能人为地改变了原有的自然排泄系统,局部地段 因排水不畅和长期的积水,将引起水位抬高和形成一段时期相 对稳定的自由水面. 4区内抗浮设计水位的分析评价 :l~f-I桥多年平均洪水位为11.24m,以此为准按流域比降 1/800推测其上下游地下水位应大于平水期地下水位(下游不 低于巢湖平均水位的8.03m).与建筑的使用年限相应,dLf-J桥 最高水位取五十年一遇16.18m;按流域比降1/800可推测河流 上下游的最高水位,受巢湖顶托,河流下游最高水位不低于巢 湖的最高水位(巢湖的最高水位取建闸后塘西站最高水位 12.13m).河流水位上升,受补给地下水位将抬高.根据相关的 现场抽水试验资料,一级阶地粉土夹粉细砂渗透系数为2.20x 10一(era/s);古河道或漫滩杂填土与粉质粘土(粉土)渗透系数为 6.60×1O-'(era/s),粉土夹粉细砂渗透系数为4.68X10.(era/s);综 合渗透系数取5.0×10(cm/s)=0.432m/d,比释水系数.取 3×10l/m,综合压力传导系数为1.44X105m2/d.区内的最高 地下水位采用半无限均质含水层补给边界旁地下水非稳定流 计算方法: s(X)erfc(—L)(1) '2,/越 s(x,t)=Hs(2) 式中:e()为补余误差函数,o为综合压力传导系数;s,s 1)分别为河流水位对地下水位的影响系数和水位变化值,其 值随时间t和距离而变化;日为河流水位变化值. 例如发生五十年一遇洪水,短时间的河流水位迅速上升,利 用上式,20d后距河不同处的地下水位上升幅度推算如下表: 推算距离~tf-I桥2000m处,地下水最高水位应略低于 11.24+(16.18—11.24)×0.401=13.22m. 上派河上派测点水位多年平均值8.91m,最高水位按 1954年的l4.50m取值,按流域比降11800推测其上下游的平 水期水位和最高水位,同样按上述方法可估计上派河附近地下 水的最高水位. 区内较小的支流如二里河等,廿埠河,十五里河等,是阶地 上地表水排泄通道,暴雨水位涨幅约3m一4m,两岸宽度一般小 于0.5km,按上述方法估计500m处,地下水上升幅度0.873.一 般的,按平时测得地下水位增加3m,可作为该地段的最高水 位. 相关规范要求抗浮设计水位可根据地下水实测最高水位 和建筑物运营期间地下水的变化来确定.以上根据水文资料, 以及地下水埋藏与地表水的补给排泄关系,推测了最高水位, 据此潜水型的可作为抗浮设计水位,承压型的要根据地下室埋 深是否至含水层的情况来确定.如推测最高水位高于自然地面 (或者室外地面),考虑工程场区内排水系统的设施有利性和地 下室的实际使用情况,抗浮设计水位取室外地坪标高. 埋藏于填(耕)土层中的上层滞水,因其不规则,水量水位 变化大,一般无固定的自由水面,加之人为对自然排泄系统的 破坏,对上层滞水的水位及变化幅度预测困难.基坑施工时,如 不能很好地控制施工的程序和质量,地表水或地下水会沿松散 填土的孔隙渗入到地下底板,基坑外自然沉积的粘土层和后期 场地整平又有可能阻碍坑内地下水的排泄,长期积水,水位将 抬高.因此,必须要调查周围环境,结合场地的地形地貌,分析 上层滞水补给和排泄条件等因素综合确定抗浮设计水位. 5结语 区内的水文条件和地下水的分布特点显着,地下水和地表 水系联系紧密.由长期观察的水文资料和区内地下水的运行规 律,大体上可推测埋藏于区内的潜水和承压水地下水的变化幅 度.以及区内的较小的支流地段地下水的变化幅度,依据此可 推测最高水位和评价抗浮设计水位(见上节).上层滞水极其不 规则,但阶地填(耕)土层下即为弱透水性粘土层,地下室或地 下构筑物底板如能嵌入粘土层中,做好施工期间的排水,控制 回填土质量,采用灰土分层夯实回填基坑.确保水源不渗入,地 下水的抗浮可不考虑;否则必须分析抗浮设计水位,进行抗浮 设计. 随着城市建设发展,工程规模愈益增大,越来越重要,所以 建议对区内地下水要进行长期的动态观察,对特殊的工程还需 要进行专门的水文地质勘察,以准确地评价水文地质条件,更 好地服务于城市建设的需要. 参考文献 [1]工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版)[M叫E京:中国建筑 工业出版社,2007. [2]张蔚榛.地下水非稳定流计算和地下水资源评价[MJ.北京:科学出 版社,1983. [3]安徽省建设工程勘察设计院.合肥市综合性工程地质研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 [R】, 2oo7. [4]GB50021—2001,岩土工程勘察规范【s】.北京:中国建筑工业出版 社,2002. [5]JGJ72-2004,高层建筑岩土工程勘察规程【s】.北京:中国建筑工 业出版社,2004.