彭 梅

(中鐵三局第四工程有限公司，北京 100040)

阿布賈城鐵3號線K2+800～K4+950段路基設計采用路塹方案，路塹一般段挖深為8 m～9 m，最大挖深達到13 m左右。施工過程中，下挖到基床表層附近時出現(xiàn)地下水滲出情況，造成基床土受浸泡而變松軟，無法進行下步施工，現(xiàn)場采取了在線路一側挖設排水溝疏導地下滲水的臨時措施，使地下滲水得到疏排。根據(jù)設計要求，基床表層需要換填50 cm的A，B料加固基床表層，但由于地下水滲漏嚴重，需要解決地下水的滲漏涌出問題，現(xiàn)場停止了施工并對旱季和雨季的地下水位情況進行觀察?，F(xiàn)場選取了國家公園站(K3+440)坡度平緩處進行觀察，經(jīng)過觀察，滲出地下水位標高基本處于基床表層，旱季和雨季最大水位上下變動0.5 m左右，雨季水位較高。

1 深路塹設計緣由及地下水滲出原因分析

1.1 路基設計緣由

根據(jù)阿布賈城市的規(guī)劃，阿布賈城鐵和尼鐵現(xiàn)代化進入市區(qū)段位于同一個走廊內(nèi)由于尼鐵現(xiàn)代化鐵路已于2008年完成設計并獲得交通部批準。因此，城鐵設計必須依據(jù)完成的現(xiàn)代化鐵路設計進行線路設計。尼鐵現(xiàn)代化鐵路按照160 km/h最大運行速度設計，限坡為9‰。阿布賈城鐵按照雙線設計，最大運行速度為100 km/h，設計限坡為30‰。因此，阿布賈城鐵在選線上相對靈活，受地形限制較小。尼鐵現(xiàn)代化鐵路在K2+800～K4+950段采取了深路塹方案，城鐵線路為最大限度的減少工程量降低工程造價，充分考慮尼鐵規(guī)劃進行路基設計。典型路基斷面圖如圖1所示，圖中虛線斷面為尼鐵線路設計方案。

1.2 地質勘查情況

通過對現(xiàn)場地質勘探報告解析，現(xiàn)場地質情況和水文情況如下:

1)地質情況。路塹段內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層粉質黏土;下伏前寒武系之混合巖。地層巖性④－1粉質黏土廣泛分布于測區(qū)坡面，厚2 m～6 m。⑧－1混合巖風化層厚度變化較大，全風化帶(W4)厚0 m～30 m;強風化帶(W3)厚0 m～5 m，屬Ⅳ級軟石;弱風化帶(W2)屬Ⅴ級次堅石。2)現(xiàn)場水文情況。根據(jù)地形地貌及地下水的賦存條件，地下水可分為孔隙潛水、基巖裂隙水等。

圖1 路基橫斷面圖

第四系孔隙潛水:主要埋藏于地表土層中，主要由大氣降水補給?；鶐r裂隙水:主要賦存于基巖全風化～強風化帶中，一般埋深5 m～7 m，最大可達10 m左右。其水位面隨地形的起伏變化而變化，主要由孔隙潛水補給。管段內(nèi)水文地質狀況見圖2。

圖2 水文地質縱剖面圖

1.3 滲水原因分析

從地質縱斷圖可以看出，K3+300～K4+800地層分布呈盆狀，形成一個較大的地下水匯集區(qū)域，由于路基采用深挖方形式通過，并且地下水埋深較淺，只有5 m～7 m，地下孔隙潛水豐富，因此開挖形成一條深溝，地下水向此處匯集，從而出現(xiàn)開挖面積水情況。

2 滲水量統(tǒng)計分析

2.1 地下滲水量計算

地下水滲入基坑的涌水量與土的種類、滲透系數(shù)、水頭大小、坑底面積等有關。一般采用公式如下:

其中，Q為基坑總涌水量，m3/d;K為土的滲透系數(shù)，m/d;S為抽水時坑內(nèi)水位下降值，m;H為抽水前坑底以上水位的高度，m;R為抽水影響半徑，m;r0為引用半徑，m;m0為從基坑底到下臥不透水層的距離，m。

通過計算得出:每100 m路基每天的滲水量為Q=30.28 m3/d。

2.2 排水管道直徑分析計算

根據(jù)線路設計坡度可看出，K3+940～K4+240車站段坡度平緩，只有0.3‰，是水力流速的控制部位。該段長度300 m，上游來水段長度641.57 m，計算該段總的排水量為:

考慮路基雙側設置排水管溝，則單側排水量為142.56 m3/d。

為了計算管道直徑，我們先按照250 mm的一般混凝土管道計算流量能否滿足要求。首先按照下式計算水的流速:

其中，V為流速，m/s;R為水力半徑，m(過水斷面積A與濕周x的比值:R=A/x，圓管 R=0.25d);I為水力坡度，管道坡度，m/m;nb為管道粗糙系數(shù)或稱流速系數(shù)，本式取0.013。

代入水力坡度 I=0.000 3，計算 V=0.21 m/s。

計算流量Q，Q=AV，按照水力手冊計算規(guī)定，對于0.2 m～0.3 m 管道填充度取0.5。

則每日流量 Q=445 m3/d，大于142.56 m3/d。

通過計算表明，采用250 mm直徑管道過于保守，因此可以按照200 mm的一般混凝土管道計算。通過計算流速為V=0.18 m/s，計算每日流量為Q=244 m3/d，也大于142.56 m3/d，能夠滿足現(xiàn)場要求，儲備保險系數(shù)為1.7，因此設計排水管道可以按照管道直徑200 mm進行排水設計。

3 地下水排出方案探討

根據(jù)列車動力對路基作用實驗表明，最大行車速度100 km/h時，基床表層0.5 m范圍承受動荷載力最大，然后向下逐步遞減，到達2.0 m左右時，動荷載基本消失。為保證線路的穩(wěn)定，需要將地下水位降至基床表層2 m以下方可。為此，我們提出兩種方案分述如下。

3.1 路塹式路堤方案

該方案設計思路為將路基下挖至設計基床以下2 m，然后施作水溝排出地下水，水溝外側設置10 cm的反濾層，然后每隔0.5 m埋設泄水管，排出地下水。地下水從明溝疏排至附近河道。具體做法見圖3(圖中虛線斷面為原設計斷面)。

圖3 路塹式路堤方案圖

該方案新增工程量和工程直接費如表1所示。

表1 路塹式路堤新增工程量和工程費用統(tǒng)計表

3.2 盲溝排水方案

該方案設計思路為在水溝下增設一條盲溝，用以排除基床表層的地表潛水保證路基的穩(wěn)定性。通過前面的地下水涌出量計算可采用內(nèi)直徑200 mm的盲管，管材可選PVC管。

具體方案圖見圖4。

透水孔環(huán)向每隔10 cm設置，縱向每隔30 cm設置，孔徑2 cm～3 cm。

該方案新增工程量和工程直接費如表2所示。

表2 盲溝基床新增工程量和工程費用統(tǒng)計表

圖4 盲溝基床方案設計圖

3.3 盲溝及塑料排水板方案

考慮換填片石后由于施工和地下水攜帶泥沙淤積片石空隙，造成地下水位上升，采用復合土工膜對于高地下水位隔水效果相對差一些，因此將復合土工膜砂墊層改為雙層塑料排水板，一方面阻止底層水向上滲漏，一方面排出基床底層地下水。目前中國材料采購價為2.5美元，運至現(xiàn)場施工綜合價為7美元，該方案由于取消了底層土工膜，改設了雙層塑料排水板，相比PVC盲溝排水方案增加造價約為2萬美元。

3.4 方案分析比較

1)工程造價分析。通過三種方案的造價對比，路塹式路堤方案造價明顯高于盲溝排水方案，總造價增加一倍多。因此從降低造價考慮，盲溝排水方案明顯優(yōu)于路塹式路堤方案。

2)施工難度評價。路塹式路堤方案由于路基已開挖至基床表層，重新開挖邊坡有一定難度。施工難度較大處在于路基邊溝施工，由于地下水豐富，現(xiàn)場底板施作需要采取隔水措施，施工難度大。

盲溝排水方案開挖難度較大，尤其坡腳設計采用直立式，施工期間由于地下水的作用，坡腳需要放坡，造成開挖方量和碎石填料增加，并且要及時施作，防止坡腳坍塌。換填過后基底形成片石滲水通道，利于盲管施工和回填土施工。

盲溝及塑料排水板方案難度同盲溝排水方案。

4 結語

現(xiàn)場最終選擇了PVC盲溝排水方案，通過現(xiàn)場一個雨季的觀測，盲溝排水效果良好，達到了預期目的。本文對阿布賈地區(qū)的深路塹路基的地下水處理進行了研究和探討，對工程造價進行了分析，確定了經(jīng)濟可行的方案。其中深基坑計算方法對橋涵等深基坑施工排水具有參考作用，盲溝排水方案可以為類似工程地下水處理提供借鑒。

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