劉曉東

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,陜西西安 710043)

1 概述

沈陽站改擴建工程高架候車室、地下聯(lián)系通道東與既有東站房相連,西與新建子站房相連。高架站房建筑面積21390 m2,全長222 m,寬103 m,總高 48 m,為三層框架結(jié)構(gòu),平行于鐵軌方向最大柱間跨度為20 m,垂直于鐵軌方向最大柱間跨度為31 m。地下聯(lián)系通道建筑面積13340 m2,長度為208 m,寬度為55 m。

2 場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 場地工程地質(zhì)條件

沈陽地區(qū)地貌屬于渾河沖洪積扇,地勢平坦,市內(nèi)最高處是東部的大東區(qū),海拔65 m,最低處是西部的鐵西區(qū),海拔36 m,平均海拔約50 m,地勢由東向西緩慢傾斜。

本工程位于既有沈陽站后南貨場院內(nèi),沈陽地鐵從其下穿過。站內(nèi)地下管線復(fù)雜,電氣化區(qū)段上部有高壓接觸網(wǎng),車流、人流密集。建筑場地地形較平坦,地面高程介于43.62～45.86 m之間,地表相對高差2.24 m。

2.2 地層巖性及物理力學特征

沈陽市第四系地層相對較厚,其下基巖為前震旦系花崗片麻巖及第三系始新統(tǒng)泥質(zhì)礫巖、泥質(zhì)砂巖。第四系地層分布規(guī)律、巖性特點及時代成因從老到新分述如下。

(1)下更新統(tǒng)

上部為坡、洪積砂礫石層,下部為冰水沉積,冰水沉積層的下部為棕紅色黏土,并含有20%左右分選和磨圓度較差的礫石,底部為灰白色黏土,含有30%左右分選和磨圓度差的礫石。

(2)中更新統(tǒng)

為沖洪積相沉積,上部為棕紅色砂礫石,礫石含量多,但分選不好,磨圓度中等,偶夾有較薄的棕紅色黏土層,下部為棕黃色黏土。

(3)上更新統(tǒng)

上部為沖洪積形成的棕黃色、黃褐色粉質(zhì)黏土,塑性指數(shù)較高,具柱狀節(jié)理;下部為沖洪積形成的砂礫石層,底部的圓礫層混黏性土較多,礫石分選程度和磨圓度不好。

(4)全新統(tǒng)

第四系全新統(tǒng)地層在區(qū)內(nèi)廣泛分布,由粉質(zhì)黏土、砂礫石層組成,構(gòu)成渾河新扇或渾河高低漫灘相沉積。全新統(tǒng)沖積相地層上部為粉質(zhì)黏土,中、粗砂,下部為礫砂、圓礫層,局部為卵石層。

2.3 場地地基土的構(gòu)成

根據(jù)鉆探揭露,本場地地基土主要由雜填土、黏性土、砂類土、碎石類土和基巖組成。地基土除③層中砂、④粗砂、⑤層礫砂、⑧層粗砂以外,其余各層均以薄層、透鏡體出現(xiàn)。各地層情況詳見表1。

各地基土層的物理力學性質(zhì)詳見表2、表3。

表1 場地地基土一覽

表2 場地地基土重型動力觸探統(tǒng)計

2.4 場地的地質(zhì)構(gòu)造

在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上,沈陽市區(qū)位于華北地塊,根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造活動的特點,沈陽市位于沈北凹陷地塊,大地構(gòu)造上處于遼東塊隆與下遼河-遼東灣塊陷相交接的部位。在區(qū)域新構(gòu)造運動上,位于千山-龍崗上升區(qū),第四紀時期主要表現(xiàn)為掀拈式上升。

表3 地基土物理力學性質(zhì)統(tǒng)計

2.5 水文地質(zhì)條件

(1)地下水賦存條件及含水層性質(zhì)

地下水賦存于第四系的中、粗、礫砂及圓礫層中,屬孔隙潛水,地下水位埋深一般為地面下7.00～9.00 m,高程為36.00～38.00 m。受地鐵施工降水影響,勘探期間靜水頭埋深一般為13.50～20.10 m,靜水位高程為24.09～31.56 m。

(2)地下水補給、排泄、徑流條件

該場地地下水的補給主要是大氣降水、地表人工河渠垂向滲透補給及渾河側(cè)向滲透補給,地下水水位季節(jié)性變幅在0.5～2.0 m,地下水的排泄主要為地下水向下游徑流排泄和人工開采。在枯水期地下水向渾河等地表水系排泄,同時有少量的地面蒸發(fā)。場地地下水徑流條件良好,流向由東向西,由于市內(nèi)有較多的人為開采,使得局部地下水流向有所變化。

(3)地下水水文地質(zhì)參數(shù)

為了評價場地地下水水文地質(zhì)參數(shù),結(jié)合地鐵抽水試驗資料(見表4)以及室內(nèi)試驗,給出土的滲透性指標經(jīng)驗值,主要土層的滲透系數(shù)建議值見表5。

根據(jù)地鐵抽水試驗結(jié)果,結(jié)合沈陽當?shù)亟?jīng)驗,建議潛水含水層滲透系數(shù)取85 m/d。

表4 地鐵抽水試驗結(jié)果

表5 地層滲透系數(shù)(k)建議值

(4)地下水腐蝕性評價

(5)環(huán)境土的腐蝕性評價

3 場地地震效應(yīng)

3.1 建筑場地類別

對場地進行波速測試及計算,場地地基土等效剪切波速度Vse=266 m/s,建筑場地類別為Ⅱ類。

3.2 抗震設(shè)防有關(guān)參數(shù)

場地地震動峰值加速度值為0.10g(對應(yīng)于抗震設(shè)防烈度7度),設(shè)計地震分組為第一組,場地特征周期為0.35 s。

3.3 場地卓越周期

根據(jù)各層土的剪切波速度,利用《工程地質(zhì)手冊》(第四版)的經(jīng)驗公式計算場地卓越周期。取地面以下30 m左右的完整地層為計算厚度,卓越周期計算值為0.337 s。

3.4 場地土的類型

依據(jù) 《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ50111—2006)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2001),分別對場地土類型和場地類別進行劃分。

根據(jù) 《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ50111—2006)的規(guī)定,其平均剪切波速計算深度應(yīng)為25 m,并不得小于基礎(chǔ)底面以下10 m;依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2001)規(guī)定,等效剪切波速計算深度取覆蓋層厚度和20 m二者較小值,本場地取20 m。場地類別的劃分是區(qū)域性評價的概念,由于本場區(qū)地表雜填土的剪切波速值較低,對等效剪切波速指標影響較大,測定本場地等效剪切波速為266 m/s,結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗綜合判定,場地類別為Ⅱ類。

3.5 地基液化與震陷可能

按《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJ50111—2006)附錄二及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2001)第4.3.4條規(guī)定,抗震設(shè)防烈度7度區(qū)只對地下水位以下,20.0 m以上的砂土和粉土進行判別,本場地不存在粉、細砂地層,場地的中、粗砂、礫砂呈中密-密實狀態(tài),判定該場地土層不液化,為非液化場地。

在地震活動帶劃分上,沈陽市區(qū)位于華北地震區(qū),郯廬斷裂帶北段,自1493年至1991年共發(fā)生4級以上地震19次。沈陽市處于郯廬斷裂帶北段的營口-沈陽亞段與沈陽-開原亞段的相交部位,營口-沈陽段差異運動不明顯,地震活動水平低,沈陽-開原段有軟弱的差異升降運動,現(xiàn)今微震活動頻繁。

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》5.7.11的條文解釋可知:強烈地震時軟土易發(fā)生震陷,而本場區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度區(qū),當?shù)鼗休d力特征值或等效剪切波速值分別大于80 kPa或90 m/s時,可不考慮軟土的震陷影響。

4 巖土工程分析評價

4.1 不良地質(zhì)作用評價

本場地地層主要為強透水層(滲透系數(shù)40～100 m/d),地下水十分豐富。受沈陽地鐵降水的影響,水位埋深差異較大,場區(qū)靜止水位埋深13.30～19.60 m,高程24.71～30.76 m,設(shè)計基礎(chǔ)底板埋深15.3 m,高程在30.7 m左右,局部埋深在17.80 m,高程為28.2 m,基坑底板處于現(xiàn)有水位以上2.00～3.00 m左右。大部分基礎(chǔ)底板坐在⑤層中密的礫砂上,個別部位有可能坐在密實狀態(tài)的粗砂⑥或中密狀態(tài)的⑥1圓礫上,為強透水層。如地鐵停止降水,根據(jù)以前的勘察資料可知,本區(qū)地下水位埋深在7.00～9.00 m,由于地下水的存在,施工降水可能產(chǎn)生流土、管涌和接觸沖刷以及降水引起的地面沉降,將會對基坑穩(wěn)定和周圍建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

4.2 特殊性巖土評價

雜填土為本區(qū)的特殊性巖土,主要由建筑垃圾、碎石、粉質(zhì)黏土、爐渣等組成,稍濕,松散—稍密狀態(tài)。該層上部多為瀝青路面及水泥地面,另沈陽站東貨場地下管線埋深變化較大,且局部為原有建筑基礎(chǔ),回填土的性質(zhì)差異較大,對將來基坑開挖及支護產(chǎn)生一定的影響。

4.3 地基土的壓縮性和砂土的密實度

根據(jù)土工實驗結(jié)果表明:本場地粉質(zhì)黏土均為中等壓縮性,中砂③、粗砂④、礫砂⑤、圓礫⑥1、礫砂⑦、圓礫⑧、礫砂⑧1均為中密狀態(tài),其他各土層均為密實狀態(tài)。

4.4 地基土的均勻性

場地各土層層厚較均勻,物理力學差異性不大,地基土均勻性較好。

4.5 地基土承載力

根據(jù)室內(nèi)土工試驗和野外原位測試結(jié)果,結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗,場地地基土承載力特征值及主要變形參數(shù)見表6。

4.6 樁側(cè)阻力和端阻力特征值

根據(jù)擬建工程概況,本場地建議采用樁筏基礎(chǔ),樁型建議采用鉆孔灌注樁或壓灌樁,樁長應(yīng)為10.0～15.0 m,持力層選擇圓礫⑧層。對于地下部分,由于其埋深-15.3～-17.8 m,在設(shè)計時,應(yīng)考慮抗浮,各巖土層參數(shù)見表7。

表6 地基土承載力、變形參數(shù)統(tǒng)計

表7 樁基設(shè)計參數(shù)建議值

4.7 單樁豎向承載力估算

擬建工程基底埋深為-15.3 m,擬建場地的 ±0.00為45.98 m,根據(jù)現(xiàn)有場地的地面高程,基底的持力層為粗砂⑥層。假定樁徑1 000 mm,樁長為15.0 m,樁端持力層為圓礫⑧層。根據(jù)上表提供的qsa值和qpa值,按照《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(DB21/907—2005)(遼寧地方標準)提供的公式,估算單樁豎向承載力特征值如表8所示。

表8 單樁豎向承載力估算

4.8 洪水的影響及地下室抗浮設(shè)計水位

一般狀況下,該地下水的補給主要是大氣降水、地表人工河渠垂向滲透補給及渾河側(cè)向滲透補給,如突遇洪水,本區(qū)地層均為強透水層,上部弱透水層粉質(zhì)黏土較薄,且分布不連續(xù),水位漲幅迅速。根據(jù)勘探資料表明,本區(qū)地下水十分豐富。受沈陽站地鐵施工降水的影響,水位埋深差異較大,場區(qū)未降水前靜止水位埋深為7.00～9.00 m,高程為36.00～38.00 m,如地鐵停止降水,靜水位將迅速回升,水位高程有可能升回到40.00 m,本工程設(shè)計基礎(chǔ)底板埋深15.30 m,高程在30.7 m左右,局部底板埋深17.80 m,高程為28.20 m,基坑底板處于正常水位以下7.00～9.80 m之間。由于沈陽市近年來城市供水大部分來源于大伙房水庫,同時限制地下水的開采,使沈陽市地下水位有上升的趨勢,目前的水位為多年觀測的最高水位。另外根據(jù)多年觀測資料,沈陽市地下水位年變幅為0.5～2.0 m。因此進行抗浮驗算時,建議在目前水位的基礎(chǔ)上,綜合考慮沈陽市整體地下水位上升的趨勢、年季節(jié)性變化以及地下管道漏水等因素來確定抗浮設(shè)計水位。

5 基坑開挖與支護的方案建議

根據(jù)場地土層結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)底板埋深情況,充分考慮周圍環(huán)境地質(zhì)條件,基坑開挖時須進行支護,基坑支護可采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐或密排樁加內(nèi)支撐的支護形式,支護結(jié)構(gòu)支護樁采用鉆孔壓灌樁,錨索采用自成孔錨索,放坡坡面采用掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工工藝,護坡樁采用旋挖鉆孔泵壓混凝土灌注樁,鉆孔灌注樁樁徑 φ800 mm,樁芯混凝土 C25,樁間距1.2 m。也可選用“密排樁(CFG樁)加錨桿錨拉”的支護結(jié)構(gòu)施工方法。

由于沈陽地鐵正在施工降水,因此本場地目前水位較低,現(xiàn)在施工可不考慮工程降水。如需要降水,可采用管井降水的方式,基坑采用坑外降水,降水井成井采用沖擊工藝,過濾器采用鋼筋骨架包竹批子外纏絲結(jié)構(gòu),排水采用集水管收集,經(jīng)過沉砂池沉淀后排入市政管網(wǎng)。

6 結(jié)論

(1)場地范圍內(nèi)地下水豐富,地層滲透系數(shù)大,透水性強,地下水對工程的設(shè)計和施工將產(chǎn)生不利影響。地層主要由雜填土、黏性土、砂類土和碎石類土組成,層位較穩(wěn)定,無其他不良地質(zhì)現(xiàn)象,場地穩(wěn)定,適宜工程建設(shè)。

(2)雜填土結(jié)構(gòu)松散,埋藏深淺不一,土質(zhì)不均,不宜作天然地基持力層,其余各層均是良好的天然地基與樁基礎(chǔ)持力層。

(3)場地標準凍結(jié)深度為1.20 m。

(4)場地地震設(shè)防烈度為7度區(qū),地震動峰值加速度0.10g,特征周期0.35 s。

(5)場地地下水位以下,20 m深度范圍內(nèi)無粉、細砂和粉土,中粗砂、礫砂為中密—密實狀態(tài),在抗震設(shè)防烈度為7度時,無液化土層。該場地地形平坦,大部分為密實的中硬土,為對抗震有利地段。

(6)場地地下水和環(huán)境土對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

[1]中道第一勘察設(shè)計院集團有限公司.沈陽站新建西站房及高架候車室?guī)r土工程勘察報告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計集團有限公司,2009

[2]遼寧有色勘察研究院.沈陽地鐵一號線巖土工程勘察報告[R].沈陽:遼寧有色勘察研究院,2003

[3]GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]

[4]DB21/907—2005 建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S]

[5]GB50011—2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]

[6]GBJ50111—2006 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S]

[7]張倬元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1993