浅谈武汉地铁车站基坑设计

2022-09-12

绪论:目前, 武汉地铁1、2、3、4、6号线及机场线已通车运营, 根据既有武汉地铁车站基坑设计经验, 合理的选择基坑围护、地下水的处理方式及不良地质的处理方式, 能确保基坑安全, 并控制工程造价, 为后续地铁车站基坑设计提供参考。

一、武汉地区工程地质及水文地质概况

1、地形地貌

武汉地区地貌形态主要分为三种类型:剥蚀丘陵区、剥蚀堆积垅岗区 (相当于Ⅲ级阶地) 、堆积平原区 (Ⅰ、Ⅱ级阶地) 。[1]

2、工程地质特征

武汉地铁车站场区内地质主要为Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地、垅岗地区 (相当于Ⅲ级阶地) 。

Ⅰ级阶地:呈现典型二元结构, 上部为填土层及第四系全新统冲积一般粘性土, 下部为交互层、砂及砂砾 (卵) 石层, 深度50m左右为基岩。

Ⅱ级阶地:为一级阶地至三级阶地的过渡区。

垅岗地区 (相当于Ⅲ级阶地) :除表层填土外, 覆盖层主要由第四系上更新统冲、洪积老粘性土层, 下部为基岩。

3、水文地质概况

武汉地区地下水类型主要有:上层滞水、潜水、孔隙承压水和岩溶裂隙水等几种类型。

4、常见不良地质

(1) 软弱土层

长江、汉江Ⅰ级阶地, 当场区内存在软土 (淤泥、淤泥质土等) 、含软粘性土互层土厚度较大时, 对基坑坑壁或坑底稳定性有一定影响。

(2) 岩溶

武汉地铁车站场地内岩溶地质主要有两类:

Ⅰ类岩溶地质 (如地铁6号线) :砂性土直接覆盖于碳酸盐岩组之上, 粉细砂可直接通过溶隙、孔洞等通道漏失, 引起地面塌陷, 从而产生岩溶地质灾害。岩溶发育强烈, 溶洞连通性好, 岩溶地下水活动较强烈。

Ⅳ类岩溶地质 (如地铁3、7、2号线南延线等) :粘性土直接覆盖于碳酸盐岩组之上, 由于地下水长期频繁作用, 在老粘土层中可能存在土洞, 土洞进一步发展可能引起地面塌陷。岩溶形态以垂直溶隙、溶洞和溶沟、溶槽为主, 溶洞大部分被充填, 水平联通性较差。

二、武汉地铁车站基坑设计

目前武汉地铁1、2、3、4、6号线及机场线已通车运营, 根据武汉地铁建设经验, 分如下4个方面介绍武汉地铁车站基坑设计经验:

(1) 武汉地铁车站基坑常用的围护型式

(2) 地下水的处理

(3) 常见不良地质的处理

(4) 基坑围护设计的典型案例

1、武汉地铁车站基坑

常用围护结构形式

围护结构选型根据基坑开挖深度、工程水文地质条件和周边环境来确定。

2、地下水的处理

根据武汉地铁经验, 地铁车站基坑地下水处理常用的型式有:

(1) 隔渗帷幕+降水 (Ⅰ、Ⅱ级阶地) :

(1) 地连墙落底+墙缝止水+坑内疏干降水; (2) 地连墙不落底+墙缝止水+坑内降水; (3) 桩间旋喷桩止水+坑内降水; (4) 桩背后设置一排旋喷桩或搅拌桩止水帷幕+坑内降水。 (5) 水泥土搅拌桩隔渗+坑内降水

(2) 老黏土上层滞水的处理 (Ⅲ级阶地) :

(1) 桩间旋喷桩处理上层滞水; (2) 桩间注浆处理上层滞水。

(3) 基坑侧壁基岩裂隙水或岩溶水的处理 (Ⅲ级阶地) :

(1) 桩间水平静压注浆隔渗措施。

3、常用不良地质的处理

(1) 软弱土层

根据武汉地铁经验, (1) 基坑侧壁软弱土层厚度大于8m, 且围护结构成槽或成桩困难时, 宜对围护结构采取搅拌桩槽壁加固; (2) 若基坑底存在软弱土层, 宜对基坑底采用搅拌桩进行被动区加固, 加固体与围护结构间设置一排旋喷桩, 加固型式一般采用裙边+抽条加固或满堂加固, 基坑范围内采用弱加固; (3) 基坑内存在软土影响施工, 可在基坑内设置散桩, 一般采用搅拌桩或旋喷桩。

(2) 岩溶

Ⅰ类岩溶地质: (1) 围护结构嵌入岩层不小于1m长度, 同时设置牛腿与车站结构底板锚固, 对车站结构形成稳固的竖向支撑体系; (2) 对基底采取3mx3m满铺式注浆, 注浆深度为岩面以10m; (3) 围护结构下基岩内设置注浆帷幕, 帷幕深度岩面下15m; (4) 设置承载桩入岩。

Ⅳ类岩溶地质: (1) 基坑围护结构和临时立柱桩采用超前地质钻孔探查桩底或墙底溶洞, (2) 开挖至基坑底, 采用地质雷达扫描探查基坑底溶洞, 对车站影响范围内 (一般为基坑底以下6m、围护桩底以下3m、立柱桩底以下5m) 溶洞进行注浆处理。