蘭州市地鐵2號線一期工程抗浮防滲水位取值方法分析

郭紅東，鄭 偉，徐 靜

（1.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 蘭州 730020）

大型的地下停車場、地鐵站等純地下輕載構(gòu)筑物，屬于超補償式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開挖較深，挖土卸載量較大，結(jié)構(gòu)荷載很小，在地下水位較高的地區(qū)，在施工及使用階段，結(jié)構(gòu)的抗浮防滲就成了關(guān)鍵問題，也是巖土勘察過程中的重點及難點問題，更是一直以來研究的熱點問題?？垢∷蝗≈?，關(guān)系到地下構(gòu)筑物是否采取抗浮措施，若取值過高，則增加大量的增加結(jié)構(gòu)自重或抗拔樁等措施，若取值太低，則在構(gòu)筑物修建及建成后，由于地下水浮力造成結(jié)構(gòu)開裂、滲水，甚至浮起失效，國內(nèi)以發(fā)生多起此類安全事故[1-6]。蘭州市地鐵2號線一期是城區(qū)的主要交通干線，起點為東方紅廣場，重點至雁北路，起到城關(guān)區(qū)雁灘片區(qū)、火車站與地鐵1號線的縱向貫通作用，城關(guān)區(qū)地下水位埋藏較淺，合理確定抗浮水位參數(shù)，是地鐵工程建設(shè)及運營中采取抗浮防滲措施的關(guān)鍵。

1 工程概況

蘭州市城市軌道交通2號線一期工程（東方紅廣場-雁北路段），起于東方紅廣場站，與1號線換乘后，轉(zhuǎn)向平?jīng)雎贩笤O(shè)，后繼續(xù)向南向東進入火車站東路，至火車站與3號線、5號線（新區(qū)線）換乘，之后線路經(jīng)排洪南路過渡后向北轉(zhuǎn)，沿瑞德大道向北敷設(shè)，至五里鋪與1號線換乘，至雁園路與4號線換乘，至全線終點雁北路與3號線換乘，設(shè)置2、3號線聯(lián)絡(luò)線。全長9.06km，設(shè)站9座（含東方紅廣場、五里鋪）車站，設(shè)一座停車場（排洪南路停車場）（如圖1所示）。

圖1 蘭州地鐵2號線一期工程沿線地貌圖

2 地鐵2號線沿線水文地質(zhì)特征

蘭州市地鐵2號線一期工程通過的地貌單元為侵蝕堆積河谷階狀平原，地勢低緩平坦，包括黃河Ⅰ～Ⅱ級階地和河漫灘，其中以Ⅱ級階地最為發(fā)育，其次為Ⅰ級階地，海拔1510～1530m左右，地下水賦存為單一潛水為主，主要含水層為砂卵礫石層。河谷沖積層孔隙潛水主要分布在黃河兩岸的Ⅰ、Ⅱ級階地及漫灘地帶。在不同的地帶，地下水的埋藏，富水性變化很大，總體趨勢自黃河階地向山前呈減弱態(tài)勢。按照微地貌類型具體劃分為：①漫灘：以雁灘分布最廣，水位埋深1～5m，砂礫石層含水，厚 8～13m，含水層滲透系數(shù) 60～70m/d，富水性變化大，為100～3000m3/d。②Ⅰ級階地：分布在東方紅場-五里鋪一帶，含水層為砂礫石，厚3～6m，水位埋深3-5m，滲透系數(shù)為22.7m/d，富水性弱，單井涌水量100～500m3/d。③Ⅱ級階地:沿火車站一帶呈東西向展布至東崗鎮(zhèn)，含水層為砂礫卵石，厚5～12m，階地前緣水位埋深10m左右，后緣埋深達15～20m，富水性弱，一般單井涌水量 100～500m3/d。蘭州市黃河南岸階地河谷潛水主要接受大氣降水及南部山區(qū)基巖裂隙水的補給，沿途接受城市生活用水下滲補給，自西南向北東徑流，最終排泄于黃河，構(gòu)成了完整的地下水循環(huán)系統(tǒng)[7]。

3 地鐵2號線沿線地下水動態(tài)變化趨勢

地下水動態(tài)系指地下水水位、水量等要素隨時間和空間變化的規(guī)律。影響蘭州市地下水動態(tài)的因素，可歸納為自然因素和人為因素。如大氣降水、水文及人工開采、污水入滲等，都影響著蘭州市區(qū)地下水的動態(tài)變化。按照地鐵2號線通過的階地類型具體劃分如下：

1）漫灘。該段位于近黃河地帶的雁灘地區(qū)。該區(qū)距黃河近，地下水動態(tài)受到黃河地表水動態(tài)制約，與黃河地表水動態(tài)關(guān)系十分密切。地下水位變化幅度大，其基本特點是在地表枯水期時，地下水水位降低，豐水期黃河水位升高，地下水水位也相應升高[8]。根據(jù)已有的監(jiān)測資料分析，地下水位年變幅為 2.26～3.65m。

2）Ⅰ級階地。該區(qū)以賦存單一潛水為主，地下水類型為東崗地區(qū)黃河河谷松散巖類孔隙潛水，含水層巖性主要為砂、卵礫石，該層水的天然動態(tài)類型為滲入-徑流動態(tài)類型，主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，地下水徑流條件較好，以側(cè)向徑流為主要排泄方式，最終排泄于黃河，多年來該層地下水位相對比較穩(wěn)定。根據(jù)已有的監(jiān)測資料分析，地下水位年變幅為1.04～1.99m。

3）Ⅱ級階地。該區(qū)段地處火車站-至排洪南路一帶的黃河南岸Ⅱ級階地區(qū)，該區(qū)以賦存單一潛水為主，地下水類型為黃河河谷松散巖類孔隙潛水，含水層巖性主要為砂、卵礫石層，該層水的天然動態(tài)類型為滲入-徑流動態(tài)類型，主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，地下水徑流條件較好，以側(cè)向徑流為主要排泄方式，最終排泄于黃河，多年來該層地下水位相對比較穩(wěn)定。根據(jù)已有的監(jiān)測資料分析，地下水位年變幅為0.29～1.04m。

4 抗浮防滲水位的確定方法

《巖土工程勘察規(guī)范》[9]及《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》[10]規(guī)定：當有長期水位觀測資料時，場地抗浮設(shè)防水位可采用實測最高水位；無長期觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實測最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合蘭州市地鐵2號線一期工程勘察資料，通過對地下水動態(tài)變化規(guī)律及影響因素分析，以長期動態(tài)資料中的歷史最高水位為基礎(chǔ)，同時考慮地表水體、地下水開采、黃河百年洪水位及地下工程建設(shè)對地下水位的影響，綜合確定抗浮水位的設(shè)計原則，具體分析如下：

1）降水滲入。根據(jù)地下水動態(tài)資料分析，潛水水位的變化與年內(nèi)降水的分布密切相關(guān)，對于蘭州地鐵抗浮水位設(shè)防標準以百年降水量形成的地下水位最高值作為抗浮水位，即降水量保證頻率為1%年份時地下水位最高值為抗浮水位。根據(jù)蘭州市地下水監(jiān)測成果，降水量保證頻率為25%時，地下水位高于保證頻率50%年份約2～3m。根據(jù)多年地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，年內(nèi)變化看，徑流條件較好漫灘區(qū)及傍河地帶水位變化受降水影響滯后時間較短，一般在7～9月降水量大，河流流量大，地下水表現(xiàn)為高水位期，3～4月份一般為旱季，降水量少，各溝谷地表水補給地下水量少，表現(xiàn)為低水位期。在Ⅱ級階地后緣及其高級階地區(qū)，高水位期滯后期一般出現(xiàn)在11～12月或翌年的1～2月份，低水位期出現(xiàn)在5～7月份，一般滯后期長，一般2～4個月左右。

2）河流洪水位。工程場區(qū)距黃河較近的場地，由于地下水受黃河地表水的補給，徑流條件較好，水力聯(lián)系密切，地下水與地表水具有同步漲落的特征，甚至地表水的微弱變化都能在地下水中反映出來，百年一遇的洪水對傍河地帶地下水水位有較大的影響。

3）地鐵工程的建設(shè)。蘭州地區(qū)地形南北高，中間低，地下水流向與地形基本一致，由南西向東北朝黃河方向徑流，而基本南北向展布的蘭州市軌道交通2號線的修建，將改變局部地段地下水的流向和水動力特征，集中表現(xiàn)在地鐵主體工程結(jié)構(gòu)底板位于不透水地層時，對地下水有阻擋其徑流的作用，使地下水局部產(chǎn)生雍高，可通過地鐵含水層的三維滲流計算，了解蘭州地區(qū)不同時間和不同工況下潛水位的變化情況，驗證此次地鐵二號線抗浮防滲水位計算，建立數(shù)值模型來研究，選用先進、用戶界面友好的MODFLOW軟件預測水量變化，計算地下水局部雍高高度。

根據(jù)上述各區(qū)域水位動態(tài)特征，以長期觀測資料中歷史最高水位為基礎(chǔ)，結(jié)合工程重要性、地表水體、河流洪水位、人工開采、地下工程的建設(shè)等因素來預測場區(qū)遠期最高水位，作為蘭州市地鐵2號線一期工程的抗浮水位。

5 結(jié)論

1）建設(shè)工程抗浮防滲水位是一個非常復雜的問題，準確的評價的前提是建立大量的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，收集歷史最高水位，通過對影響抗浮水位因素的分析，進行工程建設(shè)后的水位雍高預測，最終確定較為合理的抗浮防滲水位。

2）地鐵主題結(jié)構(gòu)完成后，對基坑肥槽回填須用弱透水性材料回填密實，并按國家、地方規(guī)范的規(guī)定進行施工和質(zhì)量檢驗，防止大氣降水直接入滲造成結(jié)構(gòu)底板處局部壓力增大。

3）在地鐵線路工程沿線及周圍部署地下水動態(tài)監(jiān)測點，進行地下水位動態(tài)監(jiān)測，為施工期間和施工后有可能改變地下水位、流動方向及造成的水文地質(zhì)問題做好必要的工作。