巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個(gè)問題！

巖土碩士生

2021年5月17日 13:24

巖壇辯難你問我答

向巖土界提出的第4個(gè)問題

提問人：行總、石總等

問題

建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 476-2019 ）中6.2.4條浮力標(biāo)準(zhǔn)值的定義是對(duì)的么?

建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 476-2019 ）中6.2.4條規(guī)定如下：

巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個(gè)問題！的圖1

1號(hào)觀點(diǎn)：行總

行總作為問題的初始提出者，提出以下觀點(diǎn)：

巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個(gè)問題！的圖2

2號(hào)觀點(diǎn)：石總

針對(duì)行總的問題以及讀者群內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)探討，石總提出如下觀點(diǎn)：

《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》將浮力區(qū)分為靜水位產(chǎn)生的浮力、承壓水水頭產(chǎn)生的浮力、穩(wěn)定滲流產(chǎn)生的浮力三類，以形成浮力總和取三者疊加的統(tǒng)一表達(dá)公式，個(gè)人認(rèn)為從規(guī)范角度是很有積極意義的。近日有巖土大佬提出按規(guī)范所定義的三類浮力疊加的公式存在問題，應(yīng)取包絡(luò)值而非累加值，以及靜水壓力和滲流力不應(yīng)同時(shí)存在的看法，大佬們相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)不輕易發(fā)表，所以本人跟隨提出一點(diǎn)探討性看法。

（一）承壓水頭產(chǎn)生的浮力的定義及計(jì)算

巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個(gè)問題！的圖3

基于滲流力的分類存在，承壓水頭浮力竊以為不應(yīng)考慮滲流，則實(shí)際可以理解為承壓水對(duì)不透水層底的水壓力，通過不透水層往上傳遞，最后體現(xiàn)為對(duì)結(jié)構(gòu)底板的一個(gè)水土壓作用合力，其總值應(yīng)等于承壓水頭壓力扣除與結(jié)構(gòu)底板間土層的飽和重度而不是浮重度，在不考慮其它因素的情況下，總浮力應(yīng)該取承壓水頭浮力與設(shè)防水頭浮力的包絡(luò)值而不是累加值。

從規(guī)范統(tǒng)一公式的意圖出發(fā)，反推累加公式中的承壓水頭浮力應(yīng)為在設(shè)防水位靜水浮力基礎(chǔ)上的附加浮力值，其附加值應(yīng)為承壓水頭與設(shè)防水頭的壓力差值，扣除與結(jié)構(gòu)底板間土層的浮重度，這樣就與規(guī)范中浮重度的定義一致，但是Pw的定義就建議修改為“承壓水頭與抗浮設(shè)防水位的水頭壓力差值”，F(xiàn)fc的定義建議修改為“承壓水水頭產(chǎn)生的附加浮力標(biāo)準(zhǔn)值，負(fù)值時(shí)取等于零”。這樣定義，才符合總浮力為三類浮力累加的統(tǒng)一公式。

事實(shí)上，如果考慮自下往上的滲流，承壓水頭壓力與滲流引起的壓力是互相交錯(cuò)的，情況比較復(fù)雜，難以在完全區(qū)分開的情況下表達(dá)清楚。

（二）穩(wěn)定滲流產(chǎn)生的浮力的定義

關(guān)于滲流產(chǎn)生的浮力的定義，規(guī)范6.2.3條中表述為“滲透壓力產(chǎn)生的浮力”，竊以為不合適，而6.2.4條中表述為“穩(wěn)定滲流產(chǎn)生的浮力”更為合理。

從流網(wǎng)的概念來說，常規(guī)認(rèn)為貼著結(jié)構(gòu)底板的流線是基本平行于底板的，則底板接觸的水并不存在垂直底板方向的水頭差，所以滲流力是不會(huì)直接作用于結(jié)構(gòu)上的（結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身透水的情況除外，不在此議），所以從這個(gè)理解來說，結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接受到的水壓，是不會(huì)同時(shí)有靜水壓力和滲流力作用的。

而理論上有可能需要疊加滲流力的情況是，在稍離開底板位置，可能存在與底板斜交的流線，滲流力通過土顆粒傳遞給底板，但是這種情況下首先需要滲流力大到能克服土顆粒浮重，在地下室已經(jīng)竣工并考慮設(shè)防水位的情況下，基本不可能存在如此急劇的水頭差，所以基本可以不予考慮（設(shè)防水位取值過低同時(shí)承壓水頭過高時(shí)例外）。綜上，定義為滲透壓力產(chǎn)生的浮力應(yīng)不合適。

但滲透壓力不直接產(chǎn)生浮力，滲流本身卻會(huì)引起附加的浮力，主要是基于靜水壓力按照較低的水頭來計(jì)算的情況，因?yàn)椴还苁墙Y(jié)構(gòu)底板下存在水平方向的滲流，還是有斜向的滲流存在，底板底面的理論水頭（不考慮實(shí)測(cè)水頭可能會(huì)折減的因素）都高于較低水位的靜水壓力水頭，兩者的水頭壓力差，應(yīng)該就是規(guī)范意圖定義的“穩(wěn)定滲流產(chǎn)生的浮力”，若修改為“穩(wěn)定滲流產(chǎn)生的附加浮力”竊以為更佳。配圖一張，請(qǐng)忽略畫工。

巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個(gè)問題！的圖4

康總對(duì)浮力的定義提供了如下參考

康總對(duì)各浮力的定義提出以下參考：

關(guān)于浮力、浮托力、揚(yáng)壓力、滲透壓力、承壓水壓力

浮托力：

地下建筑物受靜水位或下游水位作用，在其底面所受的均布向上的靜水壓力。只與下游水位及底面積有關(guān)系，其大小等于γw×h下×A；

滲透壓力（為動(dòng)水壓力）：

當(dāng)上游水位比下游水位高時(shí)即產(chǎn)生滲流，滲流場(chǎng)產(chǎn)生的水壓力即為滲透壓力（為動(dòng)水壓力），其大小為水力梯度i×γw；在水工建筑設(shè)計(jì)中通常指因上、下游水位差使?jié)B水流動(dòng)各點(diǎn)水壓強(qiáng)度超過下游水位的部分。

揚(yáng)壓力：

定義2：因上、下游水位差而產(chǎn)生的滲流作用于建筑物基底截面或其他截面的力（等于浮托力與滲透壓力之和）。建筑物及其地基內(nèi)的滲水，對(duì)某一水平計(jì)算截面的浮托力與滲透壓力之和。

浮托力與滲透壓力之和即為揚(yáng)壓力，γw×h下×A+i×γw。

當(dāng)上、下游水位相等時(shí)，無滲透壓力，此時(shí)揚(yáng)壓力等于浮托力，其大小等于γw×h×A，與建筑物的形狀無關(guān)，只與底面積有關(guān)。

浮力：

在重力場(chǎng)中，流體中的物體由于和周圍流體的密度差而受到的垂直向上的力。或浸入靜止液體中的物體受到的向上托的力。其作用線通過排開液體體積的形心，大小值等于該液體重量；或液體中物體所承受的垂直向上的靜水總壓力。

承壓水壓力：

地下水承受動(dòng)水壓力，由透水巖土層的孔隙或裂隙向泄出區(qū)排泄，當(dāng)透水巖土層之上為不透水的閉水巖土層，則形成不透水的蓋層，其位置低于地下水供水區(qū)水位，則顯現(xiàn)承壓特性，當(dāng)蓋層遭受人為削弱或破壞時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生突水，如地下開挖面所產(chǎn)生的坑底板突水的災(zāi)害，這是反應(yīng)力作用較大，對(duì)巖土體產(chǎn)生破壞性應(yīng)變所致。承壓含水層，具成層特性，含水層之上，有一定厚度不透水的隔水地層，將其上下含水層隔開，其下的含水層，有位于較高地段出露的供水區(qū)段，中為承壓地段，較低地段為泄水區(qū)，承壓地段各處所承受揚(yáng)壓力，為供水區(qū)水位高程與泄水區(qū)水位高程連線所在處的高程，與該處承壓水頂板高程的差值。