成都地铁临河地下车站抗浮设防水位取值探讨

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

1 抗浮设防水位勘察现状

2018年前，成都地区抗浮设防水位主要参考《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T 5026—2001）、《岩土工程勘察规范》（DGJ08—37—2002）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）。这些规范重点提出应按最不利组合考虑地下水对结构的上浮作用，未明确规定抗浮设防水位如何取值，致使参数随意性较大。2018年9月28日，成都市城乡建设委员会印发《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》（下文简称“抗浮锚杆质量管理规程”），该规程根据地下结构所处地貌单元对抗浮设防水位进行简单概化，具有笼统性，无理论依据，仅能作为地区经验参考使用。2019年，中国建筑西南勘察设计研究院有限公司牵头编制《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476—2019）（下文简称“抗浮技术标准”），专门对抗浮设防水位取值进行分析和规定，该标准考虑因素多，对确定抗浮设防水位具有指导意义。

勘察报告中，关于抗浮设防水位取值常存在以下疏漏：（1）抗浮简单总结勘察期间钻孔稳定水位，不考虑季节变幅；（2）对于低洼易淹没或排水不畅地段，抗浮设防水位不考虑地表水汇集对场地的淹没影响；（3）临近河道地段抗浮设防水位未考虑丰水期河水上涨，河水可能通过岩土体孔裂隙渗流，引发地下水位被抬高；（4）斜坡地段、地下结构底板标高不一致时，未考虑渗流引起的局部地下水壅升；（5）对于地下水不发育地段，未考虑基坑施工扰动周边岩土体，地表水下渗可能引起局部地下水汇集、壅升。

2 临河地下结构抗浮设防水位确定方法

2.1 规范法

成都地铁勘察预测抗浮设防水位规范为抗浮锚杆质量管理规程、抗浮技术标准。（1）一级阶地不能低于室外地坪标高以下1.0 m；二级阶不能低于2.0 m；三级阶地及浅丘地貌主要为上层滞水时，不能低于3.0 m。（2）地势低洼、有淹没可能性的场地，为设计室外地坪以上0.50 m高程；地势平坦、岩土透水性等级为弱透水及以上且疏排水不畅的场地，为设计室外地坪高程。

2.2 解析公式法

抗浮设防水位=勘察期间场区地下水平均水位+地下水在勘察时期的年变幅+意外补给造成的该层水位上升值。地下水平均水位可通过钻孔内稳定水位获取，年变幅可通过查询区域气象、水文资料或长期观测孔获得，意外补给造成的水位上升最难确定。临河地带无淹没、排水不畅风险时，意外补给因素主要为降雨、地表水入渗、河水上涨渗流。

（1）降雨或地表水入渗。成都市区地面多采用人工铺砌，降雨多以地表径流的形式快速排入雨水沟，对地下水的补给作用小。施工期间明挖基坑降雨涌入的地表水，一般会进行抽排，难以产生水头。施工完成后，地下结构四周肥槽回填，降雨或地表管渠渗漏水可入渗引起地下结构四周水位壅升，近似计算公式如下[1]：

形状规则基坑：

形状不规则基坑：

式中：Δh——水位壅升值（m）；S——基坑的有效面积（m2）；i——降雨强度（m/h）；n——室外回填土的孔隙率（%）；α——基坑上边线长宽比；t——降雨持续时间（h）；Q——地表管渠渗漏水（m3）；b——基坑上边线短变长（m）；l——基坑上边线周长（m）；c——地下室挡土墙距基坑边坡的平均距离（m）；10%——考虑坑外汇水的面积增大系数。

基坑肥槽回填施工质量有严格的控制要求，勘察过程中将肥槽入渗纳入意外补给造成的水位上升不妥，且肥槽回填土孔隙率难以获得。建议将抗浮设防水位直接提高0.5 m，考虑降雨或地表管渠渗漏水的影响，增加安全储备。为引起各方重视，在勘察报告中应提醒相关单位，肥槽入渗有发生的可能，应加强质量管控。

（2）河水上涨渗流。根据曹洪、朱东风等[1]的研究，河水对临江双层结构地基地下水的影响受地下结构距河距离、覆盖层及透水层渗透性、土层厚度等因素控制，模型如图1所示。

图1 临河二元地层渗流模型

成都地区岷江平原Ⅰ、Ⅱ级阶地地层结构具有典型的二元结构特征，符合上述模型。通过模型可推导出堤后段任意点的水头高度：

成都平原较宽广，堤后可视为无限宽；河流受人工改造，驳岸近垂直，H1≈H3，堤后段任意点水头高度可简化为：

式中：Hx——堤后强水层中距z轴x处的水头（m）；H1、H4——河道水头，堤后结构强透水层水头（m），当堤后地面有水时H4取水面高程，无水时取地面高程；M2、M3——堤前强透水层、堤后覆盖层的厚度（m）；L——堤底宽度的1/2（m）；K2、K3——强透水层、堤后覆盖层的渗透系数（m/d）。计算出的Hx即可作为临河地下结构受河水影响的最高水位。

3 成都地区典型临河地下车站抗浮设防水位确定实例

选取成都地铁17号线二期工程龙爪堰站，该站沿晋阳路东西向布设，车站左侧与清水河并行，河堤距车站围护结构最近距离约55 m。

场地为岷江水系冲积平原Ⅰ级阶地，地面高程为507.06～509.39 m，车站整体高程按靠清水河侧晋阳路路面高程507.5 m取值；枯水期钻孔稳定水位埋深3.5～7.3 m，平均埋深5.1 m；地下水位变幅1.2～3.5 m。

H1为清水河100年设计洪水位为504 m；H4为场区排泄通畅，无积水，取堤后地面高程507.5 m；M2为强透水层厚度，取值为55 m；M3为堤后覆盖层厚度，此处取车站表层填土及黏性土平均厚度，合计约3.5 m；K2为强透水层渗透系数，取32 m/d；K3为堤后覆盖层渗透系数，取0.001 m/d；L为堤底宽度的1/2，宽度为0.5 m。

3.1 规范法预测抗浮设防水位

场区位于一级阶地，抗浮设防水位不能低于室外地坪标高以下1 m，即为506.50 m。场区平均水位502.4 m，勘察作业期为2020年3月，为枯水期，水位变幅取年变幅的高值，即3.5 m，最高水位为505.9 m。

综上，根据规范预测抗浮设防水位为506.5 m。

3.2 解析公式法预测抗浮设防水位

主要确定降雨或地表水入渗、河水上涨渗流引起的水位意外补给。

（1）年变幅。河水上涨引起的水位上升值已考虑部分水位季节变幅，公式中年变幅很小，年变幅取小值1.2 m。

（2）降雨或地表水入渗引起水位上升值。该项为增加安全储备，建议取值0.5 m。

（3）河水上涨渗流引起水位上升值。洪水位（504 m）、勘察期间正常河水位条件下（501.80 m），场区渗流水位标高H55=504.08 m，H55'=501.92 m。

H55为洪水位条件下邻河渗流水位标高，H55'为正常河水位条件下邻河渗流水位标高。河水上涨渗流引起的水位上升值=H55-H55'，代入数据为2.16 m。

综上，公式法预测地下水最高水位为506.26 m。

对比发现，两种方法得到的抗浮设防水位基本一致，规范法安全储备更高。

4 斜坡抗浮设防水位探讨

以上针对的是场地平坦、无良好排泄条件情况。成都东部逐渐由平原演变为台地、丘陵，临河地下结构地层为黏土及红层，地下水主要为基岩裂隙水。斜坡地段地铁地下结构顺坡而建，地下水多具良好的排泄条件，河水涨跌渗流对周边地下水位影响较小。

地下水位沿途随坡而变，在地势高低处常形成水头差，地下结构往往会作用水扬压力，此时临河地下结构抗浮设防水位不能参考上述公式进行计算。

斜坡地段建议根据不同区域的地坪和地下室底板标高分区、分块取值。每一区块抗浮设防水位标高如何求取，抗浮锚杆质量管理规程中给出了当地下水主要为上层滞水时，不能低于室外地坪标高以下3.0 m，现有规范并未明确潜水、基岩裂隙水。本文建议参考余良刚[2]模拟极端工况条件下基坑坡脚渗流出水模型，简化计算分区、分块抗浮设防水位标高。抗浮设水位标高：

式中：hd——分区块下游地下水位标高（m）；hmax——分区块相比坡脚最大水头高度（m）；Hu、Hd——分区块上、下游开挖深度（m）。

5 结语

综上所述，抗浮设防水位受相邻地表水体、地形地貌、周边排泄条件、肥槽回填质量、多层含水层或不同类型地下水水力联系等因素影响，勘察中应综合考虑各种因素，按最不利条件确定。临河二元结构，直接采用地面高程或江河水位进行抗浮设计不合理，根据规范法、公式法预测的抗浮设防水位相近，但规范法安全储备更高，在工作实践中具有参考意义。