1 前言
在进行建筑物基础抗浮验算时，目前规范中涉及到基底及地下室外墙地下水压力的计算，主要应用静水压强公式p=γωh(p为计算点水压力，γω为水的比重，h为某计算点至水面的高度)计算得出。本文以一个实际工程为例，从地下水动力学的角度，用渗流连续性方程及有限元法，分析出了基底及地下室外墙的实际地下水压力值，该值与用p=γωh公式计算出的水压力值之间存在一定的差别，该差别不但直接影响到工程设计方案，而且影响工程的投资、工期和安全，说明了确定实际地下水压力值的重要意义。
2 工程概况
拟建工程位于北京市朝阳区中华民族园附近，该建筑物大部分为地上1～2层，地下2层，局部是纯地下，基底埋深距自然地面大约11m，相应的基底标高大约为36m。由拟建场区勘探资料可知基底附近的地层主要为第四纪沉积的粉质粘土、重粉质粘土、粘质粉土和砂质粉土(见图1)。拟建场区近3～5年的最高地下水位在46.0m左右。
图1 场区典型地层剖面与基础示意
本工程基础埋深较大且拟建场区地下水位较高，工程中一般根据最高地下水位标高和基底标高来确定基底水压力。本工程最高地下水位标高46.0m，基底标高36.0m，因此基底水压力就按照10.0m的水柱高度考虑，也就是按照100kN/m2考虑。在这种情况下，根据设计单位提供的资料，该建筑物基底附近水压力(或浮力)大于该建筑物荷载产生的基底压力，其中基底压力最小的部分只有60kN/m2，这样结构设计上必须采取大量的抗浮措施(如增加基础底板的厚度、采用抗拔桩等)才能保证建筑安全。无论是采用哪种抗浮措施，其结果是既增加了设计难度又大大提高了工程造价，且需要一定的工期。因此，确定位于这种地层中的基底及地下室外墙的实际水压力大小很有意义。
3 拟建场区地质、水文地质条件概述
拟建场区位于永定河冲洪积扇的中部，第四系沉积旋回较多，根据拟建场区的勘察报告，地层分布如下：
(1)地面标高为45.67～47.47m，地面以下有3m左右的人工堆积的粘质粉土、粉质粘土、碎石填土和房渣土。
(2)其下为厚18m左右的第四纪沉积的粘性土层和粉土层。
(3)粉土层和粘性土层之下有3m左右的细砂层，夹卵石。
(4)细砂层之下为卵石层(见图1)。
拟建场区在勘探深度(40m)范围内揭露了2层地下水。从地面向下，第一层地下水工程勘察时水位标高44.47～45.46m，该层地下水含水介质虽颗粒较细，但该层地下水在北
京地区普遍存在，其补给方式主要为大气降水等水源的垂直入渗补给，其排泄方式主要是蒸发和径流排泄；第二层地下水工程勘察时水位标高为21.57～23.08m。该含水层岩性以砂卵石为主，其补给方式主要为侧向径流补给，其排泄方式主要为人工开采和侧向径流排泄。
4 基底及地下室外墙现状水压力监测
根据勘察报告提供的场区地质、水文地质条件，在拟建场区结构荷载较轻的海洋馆周围布设3组监测孔，每组都设置了若干个量测不同深度水压力的地下水位观测孔和地下水压力计孔，以监测不同深度和基底附近的水压力大小。
利用基本稳定之后的观测数据，作出不同监测点标高处的水压力分布散点图(见图2)。由此图可以清楚地看出，水压力在垂向上并不是按照P=γωh公式所反映的随深度的增加而线性增大。
图2 不同标高处水压力分布散点图
5 基底及地下室外墙水压力模拟分析
根据地下水的渗流理论、拟建场区的地质及水文地质条件，将拟建场区概化成剖面二
维非均质各向同性稳定流系统。
根据北京地区水文地质试验的结果和经验值，确定水文地质参数，利用渗流连续性方程及有限元法，对拟建场区的水压力分布情况进行模拟。模拟出的水压力随标高的分布情况(见图3)。由图可见，该模拟结果与监测数据基本一致，说明了该模拟模型是合理的。为确保建筑物安全，还需要进一步确定基底及地下室外墙的最大水压力。
图3 地下水压力分布
根据概化的模拟模型及研究室的水文地质参数，先确定影响水压力分布的第一层地下水和第二层地下水的最高水位标高，然后利用上述模拟模型进行分析预测。通过收集位于拟建场区周围不同含水层中的地下水位长期观测孔的观测资料，综合考虑影响地下水位的各种因素，得出拟建场区第一层地下水最高水位标高可能达到46.00m，第二层地下水最高水位标高可能达30.09m，以此作为渗流分析的边界条件，模拟出拟建场区垂直方向上地下水压力分布情况(见图3)。
由图3可知，若基底标高为36.00m左右，则基底最大水压力不超过60kN/m2。前面已经论述过，该建筑物荷载产生的基底压力最小有60kN/m2。因此基底水压力小于该建筑物荷载产生的基底压力，该工程不存在基础抗浮问题。
6 结语
(1)通过拟建场区地下水压力的监测与渗流分析，确定了基底和地下室外墙的实际水压力值，并计算出了可能出现的最大水压力值，解决了抗浮验算中地下水压力的取值问题。
(2)通过抗浮验算，可知该建筑物荷载所产生的基底压力均大于基底实际水压力，结构设计中将不需要采取抗浮措施，解决了设计与施工中的抗浮问题，同时探索了在保证工程安全的前提下，缩短工期和减少工程投资的可能性。
(3)由于北京地区普遍存在这样的地层结构，类似的工程也很多，因此，这种分析处理方法及结果对类似的工程具有较大的借鉴作用。
作者简介：贺学海，男，30岁，工学硕士，工程师，水文地质与工程地质专业。
作者单位：北京市勘察设计研究院 北京市100038
参考文献
1 薛禹群.地下水动力学原理*北京：地质出版社，1986
2 中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范(GB50021-94).北京：中国建筑工业出版社，1995
