武汉市四号线一期工程
标段地质分析
摘 要: 文章介绍了武汉市轨道交通四号线一期工程的工程概况,通过工程地质勘探和实验方法,得出场地岩土层的构成与特征。按照一定的统计原则和方法,分析了地基岩土物理力学性质,研究了地基岩土物理力学性质指标,用于指导工程设计与施工。研究了地铁建设所遇到的主要工程地质问题如地震、气象、水文条件等对地铁建设的影响,提出了在地铁施工中解决的办法。实践证明,明确工程建设中的工程地质问题并作出科学评价,对工程设计与施
工至关重要。
关键词: 地铁; 工程地质; 岩土
武汉市轨道交通四号线一期工程,西起首义路,下穿街区和中山路,到武昌火车站后转向北东,经晒湖、梅苑小区穿武珞路、沿中南路、中北路,在岳家嘴附近一直向东,再转向北东方向,沿武青四干道引入武汉火车站,全长16.5 km。武汉地区在漫长的地质发展史中,经历了多次构造运动,其中以晋宁运动、印支运动和燕山运动为主,受燕山运动的影响最为显著,区内地壳由于燕山运动南北向水平挤压应力作用,致使古生代及早三叠世地层形成一系列近东西向的紧密线状褶皱,以及产生与之相配套的走向近东西向、北西西、北东向的压性、扭性及张性断裂。第三纪以来,地壳又以大面积的隆起与沉积继续活动,沿着武汉市外围北北东向与北西西向,两组断裂向盆地侧活动并缓慢下降,将武汉地区分割成“断块”,断块内部在区域地质构造环境中,是一个相对稳定地带。
1 勘探方法
根据拟建地下铁道的工程特性,针对该工程特点,该次勘察采用了调查与测绘、钻探、原位测试、物探、室内试验等方法综合进行。工作内容以搜集勘察场地附近的工程地质、水文地质资料、区域气象水文及周边建筑物基础、结构型式和市政管网分布埋深等资料为主。
所采用的坐标系为1954年北京城市坐标系统,高程为1985年国家高程基准。勘察点测放及高程引测系根据业主提供的GPS定位点和水准点进行。钻探取样:钻机类型为:XY-1型钻机;孔径:开孔孔径130mm,终孔孔径110 mm;钻进方式采用泥浆护壁回转钻进。
岩芯采取率:第四系粘性土采取率100%,砂类土大于85%;砾卵石层及基岩大于75%。采取原状试样质量等级为Ⅰ级,最低不低于

级。采取水样采用套管及黄泥球止水分层采取上层滞水和承压水,水位观测亦采用上述方法分层观测静止水位。每孔岩芯按顺序每5.0 m为一箱从上至下摆放,所有岩芯均拍照,便于检查和资料核对。
所有钻孔完工后按要求封孔回填,回填方法以砂还砂、以土还土,每0.5 m回填捣实一次,每孔上部3.0~5.0 m范围内用水泥砂浆封堵。
2 勘测结果分析
对于各统计表中单层指标统计子样数不足6个或由于各种原因指标离散性较大,统计修正系数小于0.75的,标准值按最不利组合取大、小值平均值法确定。
各试验指标取值:常规物理性质指标及压缩性指标取算术平均值;各种剪切试验指标取算术平均值及标准值;土特殊试验(渗透系数、无侧限抗压强度、高压固结试验指标、固结系数)取算术平均值;岩石力学性质试验取算术平均值及标准值;动探及标贯指标取算术平均值及标准值;波速值取单孔每层厚度加权平均值后的算术平均值。
该车站详勘勘探孔位置、数量由设计单位确定,本次详勘共完成勘探点52个,均为钻孔(利用初勘阶段钻孔6个) ,投入使用的设备主要有XY-1型钻机6台、全站仪1台、波速及地脉动测试、电阻率测井设备各1套。
为了分析该场地砂土颗粒在横向及纵向上分布规律,不同砂土层的颗粒级配关系,为砂土液化判定提供粘粒含量,对砂土进行准确定名,本次勘察在各孔中采取了一定数量砂样进行颗粒分析试验。本次勘察采取一定数量的原状土样进行室内剪切试验,试验方法有直接快剪、固结快剪、三轴不固结不排水剪。依据室内土工试验和原位测试(N)确定各土层的抗剪强度指标综合取值见表1。

为分析车站基坑底土层卸荷回弹及再压缩特性,该次勘察采取了一定数量的土样进行高压固结回弹试验,其试验结果统计详见表2。

3 基础类型及持力层分析
据车站底板埋深,车站主体结构底板均位于⑧-1层粘土。拟建车站结构荷载不大,基坑开挖卸去土重可部分或全部补偿地下结构自重,且深基础地下底板将承受地下水向上浮托力作用,可考虑采用天然地基,利用底板下各土层作天然地基持力层。若车站主体结构中柱荷载较大,或考虑地下室抗浮问题,可采用桩基,桩型宜选用钻孔灌注桩,长可视抗拔需要的单桩抗拔承载力确定。车站出入口及风亭开挖深度约9.5 m,基底土层主要为⑧-1层粘土,局部落在(四)-1层粘土中,二者均有一定的强度,可视上部结构的荷载情况而选择天然地基浅基础或桩基础。
按拟建车站基础埋置深度,基底大部分置于⑧-1层粘土中,仅局部置于(四)-1层粘土中。(四)-1层粘土压缩性中等, ⑧-1层粘土压缩性低,场地范围内主要持力层及下卧层土质均较好。综上所述,本车站持力层及下卧层强度及压缩性差异不大,工程性质差异不显著,在水平及垂直方向上分布较均匀,本车站地基为较均匀地基。
据场地土层及地下水赋存条件,拟建车站底板将会受到地下承压水浮力,以及强降雨期间地表大面积渍水下渗入地下室底板形成水力连通产生的浮力,若建(构)筑物结构自重和上覆土重不足以平衡地下水浮力,地下室将会产生浮托破坏,整体(局部)上抬。设计时,应结合底板荷载分布情况和地下水位高程进行抗浮稳定性验算,考虑到武汉市年降水量大,4~9月常降暴雨及历年承压水最高水头等因素,抗浮验算地下水位高程建议采用室外地面标高(绝对高程30.94 m)。若经过抗浮验算需进行抗浮设计,设计方案可通过设置抗浮桩或增加上覆土重等方案,抗浮桩可采用钻(挖)孔灌注桩。
另外,若设计施工工艺可行,地下室结构底板若能与支护结构地下连续墙连接,地下连续墙可起抗浮作用,抗拔承载力除计算墙体自重外,还可计入墙体与土体间摩擦力。抗拔摩擦力可按地下连续墙与土体实际接触面积计算,侧摩阻力及抗拔系数可按钻孔灌注桩参数采用,计算中应考虑土体与墙体间作用系数,据《岩土工程治理手册》,坑底以上取0.8,坑底以下取1.0。
4 结 论
本次勘察已详细查明勘察场地范围内场地工程地质、水文地质条件、不良地质作用和特殊岩土的影响,对本工程地基条件、基础型式、施工工法等进行详细评价。综合本次勘察成果,结论和建议如下:
a.拟建工程场地区域地质构造相对稳定,无新构造活动断裂,无严重不良地质作用,勘察期间从各勘探孔中观察未发现有害气体。场地稳定,适宜兴建拟建工程。本地区地震基本烈度为6度,设计地震分组为第一组,设计地震基本加速度为0.05g。本场地地震动参数分区为
A区,拟建工程抗震设防分类为重点设防类,地震作用按6度考虑,抗震措施应按7度设防。拟建工程场地地震安全性评估详见专项评估报告。
b.本建筑场地类别按《铁路工程抗震设计规范》判定为

类;按《建筑抗震设计规范》判定为

类,属可进行建设的一般场地。场地在7度地震作用下,可不考虑地震液化影响。本工程基础埋置深度较大,基础将承受较大的地下水上浮力,设计应按相应的荷载组合进行抗浮验算,抗浮验算水位对明挖车站宜取自然地面标高。若需采取抗浮措施,方案可采用增加上覆土重或设置抗浮(拔)桩。本工程为武汉市第二条地铁线,场地工程地质、水文地质条件较复杂,本地区类似工程经验不足,设计宜搜集各种与工程有关资料,借鉴类似岩土工程条件下的地铁设计、施工经验。
参考文献
[1] TB10012—2007/J124—2007,中铁路工程地质勘察规范[S].
[2] JGJ79—2002/J220—2002,建筑地基处理技术规范[S].
[3] JGJ87—92,建筑工程地质钻探技术标准[S].