曹林林

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300308

武漢軌道交通5號(hào)線工程新生路站為5號(hào)線工程第12座車站，設(shè)計(jì)為地下兩層12m島式車站，該車站處于長(zhǎng)江一級(jí)階地前緣，地面高程為25.1～25.5m。車站基坑沿和平大道展布。沿和平大道兩側(cè)分布有多種地下管線，部分污水、排水管線埋深4～5m，超過(guò)車站覆土埋深，需永久改移。以下從地層、水文地質(zhì)條件、方案選擇、造價(jià)對(duì)比等方面來(lái)對(duì)比圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案選擇對(duì)造價(jià)的影響。

1 對(duì)地質(zhì)條件的介紹

由于本站地質(zhì)條件的特殊性，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告資料[1]，地層層序自上而下依次為填土（Qml）層、第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）層，詳細(xì)介紹如下：

第一層為填土（Qml）層，主要為雜填土（地層代號(hào)(1-1)）：雜色～褐灰～褐黃色，濕～飽和，高壓縮性，由黏性土與磚塊、塊石、片石、碎石、爐渣等建筑垃圾混合而成。此層土具有結(jié)構(gòu)不均、土質(zhì)松散的特點(diǎn)，層厚約為0.3～6.6m，場(chǎng)地表層普遍分布，堆積年限一般大于5年。

第一層下面為第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）層，又分為了如下幾個(gè)具體的地層：

1.1 黏土（Q4al）（地層代號(hào)(3-1)）：顏色呈黃褐～褐灰色，較濕，處于可塑性狀態(tài)，其中含氧化鐵，鐵錳質(zhì)，處于中壓縮性，表面光滑，還具有干強(qiáng)度高，韌性高等特點(diǎn)。于該區(qū)內(nèi)大部分地段分布，其厚度0.5～12.9m，埋深0.3～10.0m。

1.2黏土（Q4al）（地層代號(hào)(3-2)）：顏色呈褐黃～褐灰色，灰色，較飽和，處于軟-可塑狀態(tài)，具有高壓縮性，其中含氧化鐵，鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量高嶺土，表面光滑，干強(qiáng)度高，韌性高。其厚度1.2～12.8m，埋深0.6～18.5m。

1.3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂（Q4al）（地層代號(hào)（3-3））：顏色呈灰～褐灰色，較飽和，處于軟～流塑、稍密狀態(tài)，其含有機(jī)質(zhì)、腐植物及少量云母片，具有高壓縮性，韌性高等特點(diǎn)。其一般厚度2.4～20.0m，埋深0.6～6.4m。

1.4 粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土互層（Q4al）（地層代號(hào)(3-5)）：顏色呈灰～灰褐色，較飽和，在粉土、粉砂層中呈稍密—中密狀態(tài)，在粉質(zhì)黏土中呈軟～可塑狀態(tài)，具有高壓縮性。局部粉砂含量較高，粉土、粉質(zhì)黏土含量較低，沿線大部分地段均有分布，厚度1.4～25.0m，埋深2.1～24.8m。

1.5 粉砂夾粉土（Q4al）（地層代號(hào)(4-1)）：顏色呈灰色～青灰色，飽和，呈稍密～中密狀態(tài)，中壓縮性，含云母片、長(zhǎng)石、石英等礦物，層間不均勻夾有薄層稍密狀態(tài)粉土。其厚度1.0～11.2m，埋深2.8～25.9m。

1.6 粉細(xì)砂（Q4al）（地層代號(hào)(4-2)）：顏色呈灰～青灰色，飽和，中密狀態(tài)，中～低壓縮性，含云母、長(zhǎng)石、石英等礦物。厚度1.8～14.5m，埋深9.5～30.2m。

1.7 中細(xì)砂（Q4al）（地層代號(hào)(4-3)）：顏色呈灰～青灰色，飽和，密實(shí)狀態(tài)，低壓縮性，含云母、長(zhǎng)石、石英等礦物，夾粉土、粉質(zhì)黏土（局部呈透鏡體分布）。厚度0.8～35.9m，埋深17.9～30.3m。

1.8 中粗砂夾礫卵石（Q4al+pl）（地層代號(hào)(4-4)）：顏色呈灰色～青灰色，飽和，密實(shí)狀態(tài)，低壓縮性，含石英、長(zhǎng)石等礦物，礫卵石粒徑10～50mm，成分主要有石英巖、石英砂巖、燧石等，磨圓度呈次棱角狀、亞圓形。礫卵石含量約5%～30%。其厚度0.4～12.8m，埋深21.7～55.7m。

2 對(duì)地下水的介紹

地下水的影響也是不可忽視的，結(jié)合本站地下水的相關(guān)資料，本站地下水的類型為：按埋藏條件，本站的地下水主要表現(xiàn)為基巖裂隙水、層間孔隙承壓水和上層滯水三種類型。

基巖裂隙水：勘察場(chǎng)地沿線分布有自古生界志留系至新生界上第三系多種基巖，基巖裂隙水大多存在于中風(fēng)化至微風(fēng)化的基巖裂隙中，主要由上覆含水層下滲補(bǔ)給下覆含水層，然后通過(guò)裂隙連通性比較好的基巖再直接表露給周邊地表水體使其接受地表水的總補(bǔ)給，總體而言砂巖等硬質(zhì)性巖體呈較脆性，大多數(shù)具備張性裂隙，但是其又含有一小部分的裂隙水，而黏土巖等軟巖節(jié)理往往會(huì)因泥質(zhì)等因素的充填從而使水量貧乏。

孔隙承壓水：Ⅰ級(jí)階地粉質(zhì)黏土夾雜著粉土粉砂層及砂土層等中的承壓水[2]，含水層厚度通常為5～40m，含水層滲透性往往隨著深度的遞增，又與長(zhǎng)江水有著密切水力聯(lián)系關(guān)系，其通過(guò)壓力傳導(dǎo)呈現(xiàn)互相補(bǔ)充的關(guān)系；另?yè)?jù)場(chǎng)地沿線收集的現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)資料，結(jié)合武漢地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，擬建沿線Ⅰ級(jí)階地承壓水測(cè)壓水位標(biāo)高約為15.0～17.0m，距離長(zhǎng)江越近，地下水受長(zhǎng)江水位影響越大，豐水期水位較高，最高可達(dá)21.0m，變化幅度較大，該階地上含水層多具中等～強(qiáng)滲透性，單井涌水量大多在1000～2000噸/日，水量較豐富。

上層滯水：一般分布在沿線人工填土層中，有時(shí)候也分布在淺部暗埋溝塘處，主要表現(xiàn)為接受地表排水、大氣降水的補(bǔ)給，另外武昌、青山老城區(qū)中較早的污水管渠及供水管的滲漏亦是其重要的補(bǔ)給來(lái)源，上層滯水因其含有各種水層物質(zhì)成份、密實(shí)度分布不均、透水性差異、厚度不均等因素而導(dǎo)致水量大小不一，以至于水位不連續(xù)，因此無(wú)法統(tǒng)一自由水面，勘察期間測(cè)得本站上層滯水的水位埋深約為0.2～3.6m。

3 由地質(zhì)情況及地下水的情況來(lái)看，本站大多數(shù)位于淤泥質(zhì)土層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇因素差異對(duì)比

以下重點(diǎn)對(duì)比鉆孔灌注樁方案、地下連續(xù)墻方案在防水效果、對(duì)地層的適應(yīng)性、對(duì)環(huán)境的影響、對(duì)施工機(jī)具的要求及施工進(jìn)度影響四方面的差異。

3.1 防水效果

鉆孔樁方案本身防水性能差，樁間需要旋噴樁或攪拌樁止水，采用跳樁施工時(shí)，施工質(zhì)量不易保證，樁間易滲水。地下連續(xù)墻方案防水效果主要取決于地下連續(xù)墻接頭的質(zhì)量方面，通常情況下工字鋼接頭防水效果較好，但是用鋼量較多，經(jīng)濟(jì)方面不占優(yōu)勢(shì)。

3.2 對(duì)地層的適應(yīng)性

鉆孔灌注樁方案對(duì)地層來(lái)說(shuō)主要適用于厚的淤泥層和砂層等一些相對(duì)軟弱地層，有時(shí)候也適用于粘性土層、半土半石的一些地層。地下連續(xù)墻則通常適用于厚的淤泥、厚的砂層等一些相對(duì)軟弱地層，有時(shí)候也用于粘性土層、半土半石的地層，這方面來(lái)看兩個(gè)方案差別不大。

3.3 對(duì)環(huán)境的影響

鉆孔灌注樁方案通常會(huì)產(chǎn)生泥漿和和較大的噪音，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染，而地下連續(xù)墻方案在施工時(shí)由于噪音低、振動(dòng)小，并且能夠緊鄰建筑物，緊鄰地下管線施工，不足之處是其產(chǎn)生的泥漿如若處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定程度的污染。這方面來(lái)看，兩種方案各有利弊。

3.4 對(duì)施工機(jī)具的要求及對(duì)施工進(jìn)度的影響

鉆孔灌注樁方案機(jī)具設(shè)備的投入通常和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度關(guān)系較大，而地下連續(xù)墻方案通常需要相應(yīng)數(shù)量的鉆機(jī)，在軟弱地層施工時(shí)進(jìn)度較快。

通過(guò)上述比較，圍護(hù)方案選用鉆孔樁和地下連續(xù)墻各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面從造價(jià)方面來(lái)分析不同圍護(hù)方案對(duì)該站的影響。

車站存在的風(fēng)險(xiǎn)1為本站所處地區(qū)為長(zhǎng)江I級(jí)階地，基坑開(kāi)挖深度約為17m，基底位于第四系全新統(tǒng)粉砂層，地下水豐富，承壓水頭高。本基坑重要性等級(jí)為一級(jí)[3]，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、位移允許值應(yīng)≤30mm，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)墻縫間止水要求較高。這就需要設(shè)計(jì)人員在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)充分考慮交通動(dòng)荷載的影響，采用連續(xù)墻和適當(dāng)?shù)闹沃ёo(hù)形式，通常情況下第一道撐需要采用剛度較大的混凝土支撐，將基坑支護(hù)變形控制在規(guī)范要求的一定允許范圍內(nèi)，對(duì)土性較差的被動(dòng)區(qū)土體（3-5層）進(jìn)行加固，4-1粉砂層的地下連續(xù)墻接頭，采取在地下連續(xù)墻接頭外側(cè)增設(shè)3根高壓旋噴樁方案來(lái)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果。基坑開(kāi)挖過(guò)程中還需要采用基坑內(nèi)降水，設(shè)計(jì)要確保水頭在開(kāi)挖面以下2m左右，施工過(guò)程中要確保在無(wú)水條件下作業(yè)； 同時(shí)在開(kāi)挖過(guò)程中，還需加強(qiáng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形方面的監(jiān)測(cè)，要做到變監(jiān)測(cè)邊施工，還需準(zhǔn)備必要的應(yīng)急預(yù)案，并提前儲(chǔ)備應(yīng)急材料。

車站存在的風(fēng)險(xiǎn)2為本場(chǎng)地的軟土層主要為（3-2a）層粉質(zhì)粘土、(3-2)層黏土、(3-4)層粉質(zhì)黏土、(3-4a) 粉質(zhì)黏土、(3-5)層粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)黏土。軟土又常常具有高靈敏度、低強(qiáng)度、易擾動(dòng)性，高壓縮性、易觸變、高孔隙比等特點(diǎn)，明挖施工市應(yīng)充分考錄必要的支護(hù)方式。（3-2a）層、（3-3）層、(3-4)層、(3-4a) 粉質(zhì)黏土、(3-5)層軟土對(duì)工、程危害為：明挖基坑地段易發(fā)生軟土剪切破壞而產(chǎn)生深層滑動(dòng)，因抗剪強(qiáng)度低，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的土壓力大，增加基坑支護(hù)的造價(jià)。由于其具有施工易擾動(dòng)的特點(diǎn)，往往會(huì)給施工帶來(lái)諸多不便之處，使深基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)易發(fā)生各種隆起的風(fēng)險(xiǎn)；而基坑施工又需要做深井降水，當(dāng)遇到地下水位降低時(shí)，就會(huì)對(duì)周邊地面產(chǎn)生一定的沉降[4]，并且會(huì)對(duì)周邊建筑物、管線等造成一定的安全威脅。具體應(yīng)對(duì)措施為圍護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，采用地下連續(xù)墻，對(duì)于基坑上的淤泥質(zhì)軟土采用弱加固處理，對(duì)基底下的軟土采用三軸攪拌樁加固，確?；影踩．?dāng)遇到基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在軟土的情況時(shí)，必須分層進(jìn)行均衡、穩(wěn)步的開(kāi)挖，并要確保層高不超過(guò)1m。當(dāng)監(jiān)測(cè)到基坑開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后需要進(jìn)行及時(shí)封閉，然后開(kāi)始進(jìn)行對(duì)基礎(chǔ)的施工，開(kāi)挖時(shí)要做到盡可能少的對(duì)坑底部位原狀土部分的一定程度的擾動(dòng)。

4 下面從具體造價(jià)上詳細(xì)分析兩種圍護(hù)方案的區(qū)別

本站車站基坑尺寸長(zhǎng)×寬×深為232.3mX21.1mX16.54m。若采用鉆孔樁方案，需要用φ1000mm間距1200mm的鉆孔灌注樁，結(jié)合本站的地質(zhì)情況，需要鉆孔灌注樁422根，合計(jì)混凝土量為15909m3；若采用地下連續(xù)墻方案，需要用800mm厚地下連續(xù)墻施工，地連墻深49m左右，結(jié)合本站地質(zhì)情況，需要地下連續(xù)墻工程量為21951m3。

本次計(jì)算采用的工程數(shù)量計(jì)算規(guī)則為[5]：

(1) 鉆孔灌注樁泥漿制作及外運(yùn)按其成孔體積的25%計(jì)量，鉆渣外運(yùn)量按其成孔體積的100%計(jì)量。

(2) 地下連續(xù)墻成槽土方量及澆筑混凝土工程量按其連續(xù)墻設(shè)計(jì)斷面面積（設(shè)計(jì)長(zhǎng)度乘以設(shè)計(jì)寬度）乘以槽深（設(shè)計(jì)槽深加超深0.5m）以：“立方米”為單位計(jì)算，成槽土方按全部外運(yùn)，護(hù)壁泥漿外運(yùn)按成槽量的25%計(jì)量。

(3) 場(chǎng)外運(yùn)輸最大運(yùn)距按25km計(jì)算，渣土排放費(fèi)：按30元/m3（稅前包干）。挖土方按現(xiàn)場(chǎng)無(wú)堆土條件考慮。

(4) 本次計(jì)算采用的定額是武漢市城鄉(xiāng)建設(shè)局武城建【2019】57號(hào)《武漢城市軌道交通工程消耗量定額及全費(fèi)用基價(jià)表》（2019）（以下簡(jiǎn)稱《城軌定額》）[6]；采用的信息價(jià)是武漢市建設(shè)工程造價(jià)管理站主辦的《武漢建設(shè)工程價(jià)格信息》（2021年11月）[7]。

(5) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)計(jì)算不是僅僅計(jì)算鉆孔灌注樁發(fā)生的費(fèi)用，還考慮了與之有關(guān)的冠梁、擋土墻及止水綜合在內(nèi)的費(fèi)用，詳情見(jiàn)下表造價(jià)對(duì)比表。

由表1可看出，選用地下連續(xù)墻方案的造價(jià)較鉆孔灌注樁方案高。

表1 造價(jià)對(duì)比情況

無(wú)論是鉆孔樁方案還是地下連續(xù)墻的方案，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是一方面，還要考慮止水方案，鉆孔樁的話要考慮止水帷幕，地連墻話要考慮旋噴樁止水和攪拌樁加固，尤其是對(duì)于本站的淤泥質(zhì)地層來(lái)說(shuō)，綜合各個(gè)條件考慮，本站最終選擇的圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案為地下連續(xù)墻施工。

5 基坑的荷載取值對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

除了以上幾個(gè)方面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖階段還需計(jì)算基坑的荷載取值情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，按結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件或者單個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行對(duì)比，選出最不利的情況對(duì)其進(jìn)行組合分析，然后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范要求在進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算，選擇合適的施工方案。

5.1 永久荷載主要計(jì)算了側(cè)向水土壓力的荷載

施工階段主要采用朗金主動(dòng)土壓力，結(jié)合本站的砂礫層，采用水土分算方法計(jì)算出的土壓力值，其余部分土層采用水土合算的方法計(jì)算出的土壓力值，而在使用階段則采用靜止土壓力的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行水土分算。

5.2 可變荷載主要計(jì)算了路面活載和施工活載

路面活載：按q=20kN/m2取用。地面超載標(biāo)準(zhǔn)值：車站標(biāo)準(zhǔn)段按20kPa計(jì)。

施工活載：考慮施工時(shí)可能情況的組合。

6 結(jié)束語(yǔ)

車站的施工方法應(yīng)綜合考慮技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理等方面的特點(diǎn)還需根據(jù)車站的地理位置、規(guī)模、水文地質(zhì)等條件，在施工期間充分考慮對(duì)地面交通的影響、對(duì)環(huán)境的影響、工程經(jīng)濟(jì)合理等方面因素來(lái)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而確定合理的方案。在進(jìn)行施工方法的比較時(shí)，還要考慮對(duì)地面交通的影響，結(jié)合實(shí)際的交通情況來(lái)選擇合理可行的方案。由于本站位于長(zhǎng)江I級(jí)階地中，僅僅從造價(jià)方面考慮是鉆孔灌注樁的主體圍護(hù)方案經(jīng)濟(jì)較為合理，但是，車站圍護(hù)方案的選擇不能僅僅考慮造價(jià)方面的影響，尤其是對(duì)于本站而言，對(duì)止水效果要求特大嚴(yán)苛，另外還需考慮施工中荷載的變化，分別計(jì)算基坑荷載值，基坑的彎矩，剪力標(biāo)準(zhǔn)值，綜合來(lái)考慮車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇，通過(guò)以上技術(shù)數(shù)據(jù)的選擇，本站最終的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案選擇的是地下連續(xù)墻圍護(hù)作為施工時(shí)的圍護(hù)方案。具體施工時(shí)，還需圍護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)出入口與房屋之間土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固處理。