成都地鐵臨河地下車站抗浮設防水位取值探討

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031）

1 抗浮設防水位勘察現狀

2018年前，成都地區抗浮設防水位主要參考《成都地區建筑地基基礎設計規范》（DB51/T 5026—2001）、《巖土工程勘察規范》（DGJ08—37—2002）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）。這些規范重點提出應按最不利組合考慮地下水對結構的上浮作用，未明確規定抗浮設防水位如何取值，致使參數隨意性較大。2018年9月28日，成都市城鄉建設委員會印發《成都市建筑工程抗浮錨桿質量管理規程》（下文簡稱“抗浮錨桿質量管理規程”），該規程根據地下結構所處地貌單元對抗浮設防水位進行簡單概化，具有籠統性，無理論依據，僅能作為地區經驗參考使用。2019年，中國建筑西南勘察設計研究院有限公司牽頭編制《建筑工程抗浮技術標準》（JGJ 476—2019）（下文簡稱“抗浮技術標準”），專門對抗浮設防水位取值進行分析和規定，該標準考慮因素多，對確定抗浮設防水位具有指導意義。

勘察報告中，關于抗浮設防水位取值常存在以下疏漏：（1）抗浮簡單總結勘察期間鉆孔穩定水位，不考慮季節變幅；（2）對于低洼易淹沒或排水不暢地段，抗浮設防水位不考慮地表水匯集對場地的淹沒影響；（3）臨近河道地段抗浮設防水位未考慮豐水期河水上漲，河水可能通過巖土體孔裂隙滲流，引發地下水位被抬高；（4）斜坡地段、地下結構底板標高不一致時，未考慮滲流引起的局部地下水壅升；（5）對于地下水不發育地段，未考慮基坑施工擾動周邊巖土體，地表水下滲可能引起局部地下水匯集、壅升。

2 臨河地下結構抗浮設防水位確定方法

2.1 規范法

成都地鐵勘察預測抗浮設防水位規范為抗浮錨桿質量管理規程、抗浮技術標準。（1）一級階地不能低于室外地坪標高以下1.0 m；二級階不能低于2.0 m；三級階地及淺丘地貌主要為上層滯水時，不能低于3.0 m。（2）地勢低洼、有淹沒可能性的場地，為設計室外地坪以上0.50 m高程；地勢平坦、巖土透水性等級為弱透水及以上且疏排水不暢的場地，為設計室外地坪高程。

2.2 解析公式法

抗浮設防水位=勘察期間場區地下水平均水位+地下水在勘察時期的年變幅+意外補給造成的該層水位上升值。地下水平均水位可通過鉆孔內穩定水位獲取，年變幅可通過查詢區域氣象、水文資料或長期觀測孔獲得，意外補給造成的水位上升最難確定。臨河地帶無淹沒、排水不暢風險時，意外補給因素主要為降雨、地表水入滲、河水上漲滲流。

（1）降雨或地表水入滲。成都市區地面多采用人工鋪砌，降雨多以地表徑流的形式快速排入雨水溝，對地下水的補給作用小。施工期間明挖基坑降雨涌入的地表水，一般會進行抽排，難以產生水頭。施工完成后，地下結構四周肥槽回填，降雨或地表管渠滲漏水可入滲引起地下結構四周水位壅升，近似計算公式如下[1]：

形狀規則基坑：

形狀不規則基坑：

式中：Δh——水位壅升值（m）；S——基坑的有效面積（m2）；i——降雨強度（m/h）；n——室外回填土的孔隙率（%）；α——基坑上邊線長寬比；t——降雨持續時間（h）；Q——地表管渠滲漏水（m3）；b——基坑上邊線短變長（m）；l——基坑上邊線周長（m）；c——地下室擋土墻距基坑邊坡的平均距離（m）；10%——考慮坑外匯水的面積增大系數。

基坑肥槽回填施工質量有嚴格的控制要求，勘察過程中將肥槽入滲納入意外補給造成的水位上升不妥，且肥槽回填土孔隙率難以獲得。建議將抗浮設防水位直接提高0.5 m，考慮降雨或地表管渠滲漏水的影響，增加安全儲備。為引起各方重視，在勘察報告中應提醒相關單位，肥槽入滲有發生的可能，應加強質量管控。

（2）河水上漲滲流。根據曹洪、朱東風等[1]的研究，河水對臨江雙層結構地基地下水的影響受地下結構距河距離、覆蓋層及透水層滲透性、土層厚度等因素控制，模型如圖1所示。

圖1 臨河二元地層滲流模型

成都地區岷江平原Ⅰ、Ⅱ級階地地層結構具有典型的二元結構特征，符合上述模型。通過模型可推導出堤后段任意點的水頭高度：

成都平原較寬廣，堤后可視為無限寬；河流受人工改造，駁岸近垂直，H1≈H3，堤后段任意點水頭高度可簡化為：

式中：Hx——堤后強水層中距z軸x處的水頭（m）；H1、H4——河道水頭，堤后結構強透水層水頭（m），當堤后地面有水時H4取水面高程，無水時取地面高程；M2、M3——堤前強透水層、堤后覆蓋層的厚度（m）；L——堤底寬度的1/2（m）；K2、K3——強透水層、堤后覆蓋層的滲透系數（m/d）。計算出的Hx即可作為臨河地下結構受河水影響的最高水位。

3 成都地區典型臨河地下車站抗浮設防水位確定實例

選取成都地鐵17號線二期工程龍爪堰站，該站沿晉陽路東西向布設，車站左側與清水河并行，河堤距車站圍護結構最近距離約55 m。

場地為岷江水系沖積平原Ⅰ級階地，地面高程為507.06～509.39 m，車站整體高程按靠清水河側晉陽路路面高程507.5 m取值；枯水期鉆孔穩定水位埋深3.5～7.3 m，平均埋深5.1 m；地下水位變幅1.2～3.5 m。

H1為清水河100年設計洪水位為504 m；H4為場區排泄通暢，無積水，取堤后地面高程507.5 m；M2為強透水層厚度，取值為55 m；M3為堤后覆蓋層厚度，此處取車站表層填土及黏性土平均厚度，合計約3.5 m；K2為強透水層滲透系數，取32 m/d；K3為堤后覆蓋層滲透系數，取0.001 m/d；L為堤底寬度的1/2，寬度為0.5 m。

3.1 規范法預測抗浮設防水位

場區位于一級階地，抗浮設防水位不能低于室外地坪標高以下1 m，即為506.50 m。場區平均水位502.4 m，勘察作業期為2020年3月，為枯水期，水位變幅取年變幅的高值，即3.5 m，最高水位為505.9 m。

綜上，根據規范預測抗浮設防水位為506.5 m。

3.2 解析公式法預測抗浮設防水位

主要確定降雨或地表水入滲、河水上漲滲流引起的水位意外補給。

（1）年變幅。河水上漲引起的水位上升值已考慮部分水位季節變幅，公式中年變幅很小，年變幅取小值1.2 m。

（2）降雨或地表水入滲引起水位上升值。該項為增加安全儲備，建議取值0.5 m。

（3）河水上漲滲流引起水位上升值。洪水位（504 m）、勘察期間正常河水位條件下（501.80 m），場區滲流水位標高H55=504.08 m，H55'=501.92 m。

H55為洪水位條件下鄰河滲流水位標高，H55'為正常河水位條件下鄰河滲流水位標高。河水上漲滲流引起的水位上升值=H55-H55'，代入數據為2.16 m。

綜上，公式法預測地下水最高水位為506.26 m。

對比發現，兩種方法得到的抗浮設防水位基本一致，規范法安全儲備更高。

4 斜坡抗浮設防水位探討

以上針對的是場地平坦、無良好排泄條件情況。成都東部逐漸由平原演變為臺地、丘陵，臨河地下結構地層為黏土及紅層，地下水主要為基巖裂隙水。斜坡地段地鐵地下結構順坡而建，地下水多具良好的排泄條件，河水漲跌滲流對周邊地下水位影響較小。

地下水位沿途隨坡而變，在地勢高低處常形成水頭差，地下結構往往會作用水揚壓力，此時臨河地下結構抗浮設防水位不能參考上述公式進行計算。

斜坡地段建議根據不同區域的地坪和地下室底板標高分區、分塊取值。每一區塊抗浮設防水位標高如何求取，抗浮錨桿質量管理規程中給出了當地下水主要為上層滯水時，不能低于室外地坪標高以下3.0 m，現有規范并未明確潛水、基巖裂隙水。本文建議參考余良剛[2]模擬極端工況條件下基坑坡腳滲流出水模型，簡化計算分區、分塊抗浮設防水位標高。抗浮設水位標高：

式中：hd——分區塊下游地下水位標高（m）；hmax——分區塊相比坡腳最大水頭高度（m）；Hu、Hd——分區塊上、下游開挖深度（m）。

5 結語

綜上所述，抗浮設防水位受相鄰地表水體、地形地貌、周邊排泄條件、肥槽回填質量、多層含水層或不同類型地下水水力聯系等因素影響，勘察中應綜合考慮各種因素，按最不利條件確定。臨河二元結構，直接采用地面高程或江河水位進行抗浮設計不合理，根據規范法、公式法預測的抗浮設防水位相近，但規范法安全儲備更高，在工作實踐中具有參考意義。