无锡地区典型地层下地铁车站基坑承压水处理措施研究

2020-07-21 08:13刘凌宇
建筑与装饰 2020年16期
关键词:深基坑

刘凌宇

摘 要 本文依托无锡地铁3号线龙山梢站,进行了承压水处理措施研究。结合既往无锡地铁1、2号线的同类工程经验,采用Visual Modflow软件对该站承压水影响进行了数值模拟,拟定了隔断方案。与施工监测数据进行对比,证实龙山梢站素混凝土隔断方案合理、可靠。借此对无锡地区典型地层下承压水的处理措施给出了一定建议,为类似工程提供参考。

关键词 深基坑;承压水;素混凝土地下墙隔断层;无锡地铁;Modflow

引言

随着我国经济水平的发展,城市轨道交通工程高速推进。在城市轨道交通工程建设中,不可避免的涉及深基坑开挖过程中的承压水处理问题。在无锡地区,地下水丰富,土体中有承压水层,深基坑开挖时,基坑底部容易产生突涌。承压水的突涌会引起周边建筑物发生沉降,从而引起破坏。

我国现有规范《建筑地基基础设计规范》[1]有对于承压水的验算有相关的条文,但该计算方法偏于保守。梁勇然等[2-3]在基于现有的计算方法基础上,建立了更为精确地表达式。骆冠勇[4]等对承压水降压引起的地表沉降进行了相关的研究。

对于承压水处理的手段通常有兩种措施[5-11]:一是:设置止水帷幕隔断承压水通道;二是:降水减低作用在围护结构上的水头压力。隔断方案虽安全可行,但止水帷幕增长过多时经济型较差。不隔断采取降承压水的方案,需综合考虑降水深度和对周边建筑物的影响,否则存在较大风险。

本文结合无锡地铁3号线龙山梢站工程实例,在处理承压水时,结合既有1、2号线相关工程的经验,综合考虑安全性和与经济性,对比采取降水减压和采取素混凝土地下墙隔断这两种措施的适用性。

1工程概况及水文地质

1.1 工程概况

龙山梢站是3号线自西向东的第3个车站。车站主体基坑长260.9m,宽19.7m,深约17m。车站位于惠钱路路中,部分位于东侧地块内。车站北侧为金鼎宾馆、中石化无锡实验地质研究所、九星宾馆,东侧为锡山区水产冷冻厂、汇景家园小区,西南侧为驻军基地,西北侧为安井美食。车站范围内管线主要有电信管、燃气管线、电力管、混凝土给水管、混凝土雨水管和污水管等,详见图1。车站场地地貌类型属于长江三角洲太湖冲湖积平原区,场地分布详见图2。龙山梢站标准段结构底板主要位于④2层砂质粉土层及⑥1层黏土层,端头井结构底板主要位于⑥1层黏土层。具体的土力学物理参数见表1。

1.2 水文地质

第Ⅰ承压水主要赋存于⑦2-2层粉砂中,含水量较丰富,以上部潜水及微承压水的垂向越流补给为主要来源,以人工开采及对深层地下水的越流为主要排泄方式。据无锡市水文监测资料,随着苏锡常地区深层地下水禁采计划的实施和完成,地下水位也将保持逐年上升的势头,孔隙微承压水层及第Ⅰ承压水含水层水位呈上升的趋势。水位变化在5.82~8.25m之间。地下水特征见表2。

2承压水头计算公式

根据规范对于基坑抗渗流稳定验算见图3:

选择龙山梢站的标准段和端头井段进行验证计算,见图4和图5。

由详勘资料的坑底抗承压水突涌的计算结果表明:标准段的安全系数0.90,端头井的安全系数在0.74,均小于1.1,不能满足《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)的要求。

承压水的处理主要有降水和隔断两种处理方式。

降水是设置一定数量的深降水井,但降水会形成大面积的降水漏斗,可能会引起基坑周围的地面沉降或变形,导致周边建筑物或管线的破坏或变形,对周围环境影响较大。在周边建筑物密集地段采用降水方案,风险较大。

隔断措施是将地连墙穿过坑底承压含水层,隔断承压水,此方案优势是避免了降水对周边建筑物和管线的影响。为降低造价,地连墙下部可采用素混凝土(其中配有构造钢筋)。

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中关于降水引起的地层变形计算条文说明(P194页):“目前,降水引起的地层变形计算方法尚不成熟,只能在今后积累大量工程实测数据及进行充分研究后,再加以改进充实。现阶段,宜根据地区基坑降水工程的经验,结合计算与工程类比确定降水引起的地层变形量和分析降水对周边建筑物的影响。”

由于规范中缺少群井降水引起地面沉降的计算公式,建议进行抽水实验作为参考。素混凝土隔断已有大量先例,如武汉地铁6号线,前进村、海洋乐园、红建路,武汉许多车站素混凝土隔断直至基岩;常州地铁1号线,常州北站、大学城南站5个车站;杭州地铁1号线,城战站等等。国内采用素混凝土隔断超厚承压水层案例见表4。

此外,根据无锡地区已经建设完成的地铁1、2号线的施工经验以及对承压水的处理方案,本文通过工程类比法对地铁3号线中龙山梢站的承压水进行处理。通过对无锡地铁1、2号线地下车站逐个排查,对牵涉承压水处理问题的车站进行了梳理,形成统计数据见表5:

上表可知,无锡地铁既有1、2号线的车站,牵涉承压水处理问题主要为车站基坑中较深的端头井基坑部分(基坑局部涉及),需降水头不深(1~3m),采取措施主要为端头井地墙封闭隔断或全基坑范围地墙封闭隔断(处理方式较为保守)。可以说,既往1、2号线工程,其实无法很好地为无锡地区未来大量的涉承压水地铁工程提供太好的参照。

本文所涉3号线龙山梢站,基坑全范围涉及承压水处理问题,周边临近建、构筑物较多,且降水深度深于无锡地区已有地铁工程,是非常典型的、承压水处理方式研究必要性很强的地铁工程。本文认为,应针对包括对周边建筑物的影响分析、沉降、围护结构自身变形等多方面因素进行系统性计算,深入的研究这类无锡典型地层下的地铁工程承压水处理问题。

3数值计算分析

为全面考虑各种因素,本次方案设计中,本文采用Modflow对降水引起的地面沉降进行了三维计算,并结合基坑开挖变形,分析了降水和基坑开挖共同引起的变形对周边建筑的综合影响,以综合确定承压水处理方案。

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