李永彪 吳耀武 曹廣勇

摘要：主要依托合肥市軌道交通2號(hào)線工程，通過對2號(hào)線沿線站點(diǎn)地下水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并選取祥和路站、撮鎮(zhèn)路站、得心路站、瑤崗路站、泉鄉(xiāng)路站五組典型的站點(diǎn)水位變化情況進(jìn)行分析，并結(jié)合合肥地區(qū)不同時(shí)間段降雨量的變化，采用動(dòng)態(tài)曲線比擬法對該工程地區(qū)最高地下水預(yù)測和抗浮設(shè)計(jì)水位合理取值等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入研究，總結(jié)出適用于合肥市地鐵2號(hào)線南沿線工程的抗浮設(shè)防水位及地下水浮力取值方法.為設(shè)計(jì)施工提供依據(jù)，以達(dá)到縮短車站施工工期、節(jié)省工程造價(jià)的目的，同時(shí)本項(xiàng)研究也將填補(bǔ)了合肥市、安徽省在地鐵領(lǐng)域內(nèi)研究的空白，具有較大社會(huì)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益.

關(guān)鍵詞：抗浮設(shè)防水位;降雨量;擬合曲線;軌道交通

中圖分類號(hào)：U231+.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1673-260X（2019）05-0099-03

合肥市抗浮設(shè)防水位尚未進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)研究工作，沒有形成一套比較完善的抗浮設(shè)防水位研究和計(jì)算體系.經(jīng)調(diào)研，已建工程的設(shè)防水位多由勘察、設(shè)計(jì)單位憑經(jīng)驗(yàn)確定，出現(xiàn)了距離很近的工程但抗浮設(shè)防水位卻相差較大的現(xiàn)象[1].這是由于地鐵工程不同于一般民用單體建筑，整體為線狀形態(tài)，穿越城市多個(gè)水文地質(zhì)單元及分區(qū)，且地鐵建成后將不同程度地改變區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境及地下水賦存、運(yùn)移條件，使抗浮設(shè)防水位確定更為復(fù)雜.此外，隨著季節(jié)和降雨量變化，結(jié)構(gòu)底板的浮力荷載還存在明顯的非確定性，更加大了災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)程度[2].因此，開展地鐵建設(shè)中地下水抗浮問題的專項(xiàng)研究十分必要.柴娟提出，下水位動(dòng)態(tài)受水文地質(zhì)條件、降水和開采條件等因素影響，其中降雨量影響因素最大[3].王常暢認(rèn)為，在計(jì)算車站抗浮之前，應(yīng)先選定相應(yīng)的抗浮水位，但抗浮水位的確定應(yīng)根據(jù)該地區(qū)特有的地質(zhì)情況做相應(yīng)的計(jì)算研究[4].劉亞洲提出建筑物抗浮設(shè)防水位應(yīng)取該地區(qū)歷史最高水位[5].

1 工程概況

合肥市地處中國華東地區(qū)、江淮之間，環(huán)抱巢湖，總面積11445.1平方公里（含巢湖水面770平方公里），境內(nèi)有丘陵崗地、低山殘丘、低洼平原三種地貌，以丘陵崗地為主，合肥地表水系較為發(fā)達(dá).軌道交通2號(hào)線一期工程范圍內(nèi)主要有店埠等河流，少量的魚塘等地表水體.合肥市軌道交通2號(hào)線一期工程場區(qū)主體位于合肥東部，該盆地屬于中生代斷陷盆地，盆地在新生代前消亡，在整體上隆的基礎(chǔ)上，新生代局部繼續(xù)沉降，受活動(dòng)性斷裂控制明顯，一側(cè)斷陷、另一側(cè)超覆，形成小型斷陷盆地.上層滯水主要賦存于人工填土層中，水位不連續(xù)，變化幅度大，主要接受大氣降水和地表水體的補(bǔ)給.

2 數(shù)據(jù)監(jiān)測

2.1 試驗(yàn)孔設(shè)計(jì)與施工

首先使用打樁機(jī)鉆一個(gè)寬120mm左右的孔，孔深至地下含水層，總長約為45m，打孔后用洗井機(jī)將試驗(yàn)孔清洗干凈防止堵塞，洗井后在松散含水層段需安裝過濾器，隔水層段安裝套管.考慮到中生界紅層泥巖或砂巖為軟弱巖層，水穩(wěn)性較差，如果鉆進(jìn)至紅層地層，則該段也需安裝過濾器，同時(shí)做到在下孔管時(shí)，設(shè)置找中器以使孔管直立于孔口中心，上端口應(yīng)保持水平，井管的偏斜度也不得超過1°.

鉆孔過程中，及時(shí)、詳細(xì)、準(zhǔn)確地對對水位、沖洗液消耗量、漏水位置、孔壁坍塌、涌砂情況、地層變層深度、含水構(gòu)造的起止深度等進(jìn)行觀測和記錄.鉆孔結(jié)束時(shí)，應(yīng)對所揭露的地層進(jìn)行準(zhǔn)確分層，并測量坐標(biāo)和孔口高程.

2.2 地下水位長期監(jiān)測方案

抽水試驗(yàn)結(jié)束，水位恢復(fù)至抽水前靜止水位時(shí)開始進(jìn)行水位長期監(jiān)測.

2.2.1 監(jiān)測方法

采用如圖2所示的分層沉降儀對水位進(jìn)行測量，監(jiān)測鉆孔中多層含水層的混合水位.每次測量水位時(shí)，應(yīng)記錄觀測孔內(nèi)及周邊情況.測量前對測繩伸縮性進(jìn)行校核.水位觀測從固定點(diǎn)算起，并將讀數(shù)換算成從地面算起的水位埋深及標(biāo)高.

2.2.2 監(jiān)測頻率

每5-7d測量1次，測量當(dāng)天上午10點(diǎn)各監(jiān)測孔統(tǒng)一觀測.當(dāng)遇到中雨以上降雨時(shí)，每天測量1次，直至雨后5天.

2.2.3 監(jiān)測精度

水位監(jiān)測數(shù)值以米為單位，應(yīng)記至小數(shù)點(diǎn)后三位.同一測次應(yīng)兩測兩次，間隔時(shí)間為3min，取兩次水位的平均值為觀測結(jié)果，兩次測量允許誤差小于10mm.

3 抗浮設(shè)防水位的確定

表1為勘察期內(nèi)（2017年11月～2018年9月）對五個(gè)站點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)整理，該數(shù)據(jù)為每個(gè)月五次檢測結(jié)果的最高值，對每個(gè)月地下水位監(jiān)測的最高值和每個(gè)月的降水量統(tǒng)計(jì)分析之后進(jìn)行相關(guān)性分析，以求能得出二者的擬合函數(shù)從而進(jìn)行后續(xù)研究[6].

圖3為由勘察期內(nèi)（2017年11月～2018年9月）的降水與地下水位監(jiān)測資料制作出的統(tǒng)計(jì)圖.以一個(gè)月為一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期來進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與圖表制作.

由圖3可以看出地下水位與降水量有明顯的線性相關(guān)性，地下水位隨降水量增加而上升，隨降水量減少而下降，降水為地下水位的重要影響因素.因此將各個(gè)站點(diǎn)降水量與地下水位這兩組數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行相關(guān)性分析.

通過以上相關(guān)性分析之后得出的擬合函數(shù)即可根據(jù)以往各年的降水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出同時(shí)期的地下水位，這樣便取得了往年的大致地下水位資料，基于這些地下水位資料進(jìn)行后續(xù)的研究.

由于是經(jīng)擬合函數(shù)計(jì)算得出的地下水位而不是實(shí)測值，所以精度不高，難免存在誤差.且因?yàn)楸O(jiān)測期較短，地下水位監(jiān)測間隔時(shí)間長，最長一次觀測間隔長達(dá)25天;監(jiān)測期時(shí)跨冬季枯水期，又遇上寒流，最低氣溫達(dá)零下十幾度，可能對降水補(bǔ)給地下水造成影響;降水入滲補(bǔ)給地下水存在時(shí)間上的延后性;再者，雖然降水為影響地下水位的重要因素之一，但是由于各種原因，研究區(qū)域的諸如蒸發(fā)量等其他參數(shù)并沒有獲得，所以僅以降水推測地下水位存在一定誤差，也導(dǎo)致個(gè)別站點(diǎn)擬合出的函數(shù)的相關(guān)性不是很好.

其中WLmax應(yīng)采用勘察期間的最高地下水位，且監(jiān)測期一般應(yīng)為一個(gè)水文年或至少包括一個(gè)水文年中出現(xiàn)最高地下水位的時(shí)期[7].合肥地區(qū)每年的最大降水出現(xiàn)在七、八月份，最大地下水位一般也出現(xiàn)在同時(shí)期或略有延遲.

通過對上述各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行代入計(jì)算，得出的結(jié)果如表2所示，由所得結(jié)果可知，通過該擬合曲線計(jì)算所得抗浮水位與實(shí)際抗浮設(shè)防水位基本一致.

4 結(jié)論

本文以合肥市軌道交通2號(hào)線為研究對象，通過現(xiàn)場監(jiān)測以及擬合分析的方法來研究工程地下抗浮設(shè)防水位的取值問題，得出如下結(jié)論：

（1）從本文選取的五個(gè)站點(diǎn)的分析情況來看，地下最高水位與降雨量存在非常明顯的線性關(guān)系，當(dāng)達(dá)到最高降雨量時(shí)，可以通過擬合曲線計(jì)算得出相應(yīng)的最高地下水位，該水位為抗浮設(shè)防水位.

（2）降雨量的多少跟季節(jié)有很大的關(guān)系，3、4、5、6月份降雨量變化較為均勻且降雨量中等，7、8月份降雨量明顯增大，且為全年最大降雨季節(jié)，因此，抗浮設(shè)防水位的選取一般以7、8月份降雨量來計(jì)算得出.

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