陶文濤,湛海群,孫 毅,謝 俊,羅會(huì)平,董 俊,安旭文

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司,武漢 430077; 2.湖南省工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,長(zhǎng)沙 410000;3.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063;4.武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,武漢 430072)

1 研究背景

以地鐵地下車(chē)站為代表的地下構(gòu)筑物,由于埋入地下較深,結(jié)構(gòu)上部荷載較小,尤其是地下水位較淺的地區(qū),受地下水浮力的影響較大,地下結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題突出[1]。根據(jù)地下構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)的內(nèi)容可知,地下構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)主要有兩種思路[2]:一種是被動(dòng)抗浮的方法,即采取措施增加結(jié)構(gòu)物的抗浮力,增加抗力來(lái)提高地下構(gòu)筑物的抗浮穩(wěn)定性,例如配重法、設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿等;另一種是主動(dòng)抗浮的方法,即采取措施降低地下水位,減小地下構(gòu)筑物承受的上浮荷載來(lái)提高地下構(gòu)筑物的抗浮穩(wěn)定性,例如,泄水減壓抗浮。目前,大部分地下構(gòu)筑物采用被動(dòng)抗浮的方法來(lái)解決抗浮問(wèn)題,主動(dòng)抗浮的方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用相對(duì)較少[3-4]。對(duì)于地鐵車(chē)站等這一類地下結(jié)構(gòu),由于上部荷載較小,延伸較長(zhǎng),跨越多種地質(zhì)單元,施工和運(yùn)行過(guò)程中受地下水的影響較大,特別是當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí),由于沒(méi)有足夠的上部荷載與浮力相平衡,其抗浮問(wèn)題更為突出。采取配重法、設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿等這種以“抗”為主的被動(dòng)抗浮方法往往導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本大幅度增加。同時(shí)由于設(shè)計(jì)水位的難以確定和土層的復(fù)雜多變,設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿也存在較大的不確定性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題的工程也屢見(jiàn)不鮮[5]。

地下水浮力是造成地下構(gòu)筑物上浮的主要因素,泄水降壓就是通過(guò)一定的構(gòu)造措施和排水設(shè)備來(lái)消除或減小施加到地下構(gòu)筑物上的浮力來(lái)達(dá)到抗浮的目的。近年來(lái),泄水降壓技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用也日益增多。王世明[6](1994年)根據(jù)上海地區(qū)的軟土地質(zhì)條件和和地下水位高的特點(diǎn),提出了倒濾層排水法,在解決地下結(jié)構(gòu)抗浮方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。賈志清[7](2011年)針對(duì)貴廣鐵路佛山隧道進(jìn)口引道段的抗浮問(wèn)題,提出通過(guò)泄水降壓層引排上層地下水,降低結(jié)構(gòu)抗浮的設(shè)計(jì)水位,采用泄水降壓與抗拔樁相結(jié)合的方式,大大減少了抗拔樁的數(shù)量和深度。劉暢等[3,8](2009年和2013年)根據(jù)深圳福田站地下綜合交通樞紐地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置,采用有限元法和經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算室內(nèi)地下水的排水量,分析了泄水抗浮方案的可行性。新加坡環(huán)球影城項(xiàng)目具有臨海建筑受潮汐、地下水和不良地質(zhì)條件等各種作用綜合影響的特征,經(jīng)綜合分析采用由泄水降壓系統(tǒng)與泄壓安全控制系統(tǒng)構(gòu)成的泄水降壓新技術(shù),很好地解決了該項(xiàng)目可能存在的基底隆起或結(jié)構(gòu)整體上浮的問(wèn)題[9-10]。曹洪等[11](2016年)結(jié)合實(shí)際工程,采用泄水降壓技術(shù)降低基底水浮力,同時(shí)考慮到該工程地層中存在地下水補(bǔ)給相對(duì)充分的強(qiáng)透水層,在地下室周邊設(shè)置止水帷幕截?cái)嗷觾?nèi)外的水力聯(lián)系通道,以增加泄水降壓系統(tǒng)的可靠性和耐久性。

泄水降壓技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用日益增多,并取得顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但目前大都是針對(duì)具體的工程項(xiàng)目,結(jié)合具體工程的特點(diǎn),為解決地下構(gòu)筑物的抗浮問(wèn)題作了非常有益的探索。本文針對(duì)武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地的地質(zhì)條件,采用數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)武漢地區(qū)地鐵地下車(chē)站的基底水浮力進(jìn)行研究,通過(guò)不同地層條件下滲流量的計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證盲溝泄水抗浮的可行性。研究成果可為武漢地區(qū)地鐵地下車(chē)站結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,同時(shí)也可供市政地下工程及地下空間等工程結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供參考。

2 盲溝泄水降壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦碚摲治龊驮囼?yàn)結(jié)果

為進(jìn)一步驗(yàn)證泄水降壓抗浮技術(shù)的可行性,針對(duì)武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地的地層特點(diǎn),采用盲溝泄水降壓的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)不同工況下盲溝泄水時(shí)各測(cè)點(diǎn)的總水頭和壓力水頭以及盲溝滲流量等方面進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究。

2.1 盲溝泄水降壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)

近年來(lái),武漢地區(qū)新建的地鐵車(chē)站往往建在長(zhǎng)江三級(jí)階地。武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地地層的特點(diǎn)自地表向下依次為填土、老黏土層,下部為含角礫的黏土層,局部為紅泥礫或卵礫石層。含水層的土體顆粒級(jí)配較好,且含有粉質(zhì)黏土或粉土透鏡體,極大地削弱了含水層的透水性,滲透系數(shù)和影響半徑均比較小[12]。三級(jí)階地地鐵車(chē)站的持力層一般布置在滲透系數(shù)較小的黏土層中。

根據(jù)長(zhǎng)江三級(jí)階地的地質(zhì)特點(diǎn)和盲溝泄水降壓的原理,本文設(shè)計(jì)了盲溝泄水降壓抗浮的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?如圖1所示。圖1(a)中S開(kāi)頭的字符串表示測(cè)點(diǎn)編號(hào)。試驗(yàn)中選取武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地的黏土和砂土,砂土的厚度為2.0 m,黏土的厚度為4.0 m;試驗(yàn)土層的寬度為3.0 m。土體中心位置布置一帶有反力支架的圓柱形鋼內(nèi)筒模擬構(gòu)筑物,構(gòu)筑物底部黏性土層的厚度為2.0 m。同時(shí)在構(gòu)筑物底部設(shè)置直徑為1 500 mm、高度為300 mm的筒底盲溝1,試驗(yàn)內(nèi)筒側(cè)壁標(biāo)高為3.0～3.5 m的位置處設(shè)置寬度為300 mm的環(huán)形盲溝2。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ推拭鎴D及平面圖Fig.1 Sectional and plan view of test model

2.2 孔隙水壓力的試驗(yàn)結(jié)果和理論分析

根據(jù)上述試驗(yàn)?zāi)Ｐ?自試驗(yàn)?zāi)Ｐ晚敳柯咽瘜幼⑺?滲透砂土層和黏土層進(jìn)入盲溝,然后由盲溝泄水測(cè)定試驗(yàn)筒底和周邊的滲透壓力。通過(guò)盲溝1單獨(dú)泄水(工況1)、盲溝2單獨(dú)泄水(工況2)以及盲溝1和盲溝2共同泄水(工況3)共3種工況,采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法,從試驗(yàn)池內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的總水頭、壓力水頭和盲溝的滲流量等方面對(duì)盲溝泄水降壓的可行性進(jìn)行了研究。限于篇幅,這里僅給出不同工況下距盲溝0.25 m處滲壓計(jì)B1的壓力水頭測(cè)量結(jié)果,如圖2所示。由圖2可見(jiàn),3種工況下,泄水后壓力水頭均較泄水前明顯減少,其中工況3中由于2個(gè)盲溝共同泄水,壓力水頭下降最為明顯。

圖2 不同工況下距盲溝0.25 m處滲壓計(jì)B1的測(cè)量結(jié)果Fig.2 Measurement results of osmometer B10.25 m away from blind trench under different working conditions

上述試驗(yàn)研究和理論分析結(jié)果表明:

(1)在盲溝泄水之前,由水位管和滲壓計(jì)的測(cè)試結(jié)果可知,不論是砂土層、還是黏土層,也不論測(cè)點(diǎn)距盲溝距離的遠(yuǎn)近,試驗(yàn)池中各測(cè)點(diǎn)的總水頭基本上都可以達(dá)到6.0 m,各測(cè)點(diǎn)壓力水頭隨埋深的增加而呈線性增長(zhǎng),如圖中泄水前的壓力水頭變化。說(shuō)明在地下水位以下的砂土層或黏土層中,如果不采取相應(yīng)的泄水措施,盡管由于黏土滲透系數(shù)較小,孔隙水壓力在黏土中的傳遞具有比較明顯的滯后現(xiàn)象,但經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的滲透以后,砂土層和黏土層中的水位最終均會(huì)上升到理論水位。因此,地下構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)水位應(yīng)取為理論水位,不論是砂土層還是黏土層,不應(yīng)考慮壓力水頭的折減。

(2)盲溝泄水過(guò)程中,由于砂性土的滲透性大,在砂性土層中總水頭的損失較小,水頭的損失主要集中在黏性土層中。在黏性土層中,由于盲溝的泄水降壓作用,各點(diǎn)水頭的損失與該點(diǎn)距盲溝的距離有關(guān),距盲溝越近,水頭的降低越顯著;距盲溝越遠(yuǎn),水頭的降低幅度越小。

(3) 在工況1和工況3下盲溝1泄水,當(dāng)盲溝泄水穩(wěn)定后,在埋深為2.0 m以內(nèi)的砂土層中,由于砂土的滲透性較強(qiáng),水頭有所降低,但降低幅度很小。在埋深為2.0 m以下的黏土層中,由于黏性土的滲透性較弱,不同測(cè)點(diǎn)處壓力水頭的降低幅度有所不同。距離盲溝較近的內(nèi)筒筒壁附近,由于盲溝的泄水降壓作用明顯,各測(cè)點(diǎn)的壓力水頭在局部范圍內(nèi)顯著降低;距離盲溝較遠(yuǎn)的黏土層內(nèi),盲溝的泄水降壓效果逐漸減弱。在工況2下,當(dāng)布置在內(nèi)筒側(cè)壁的盲溝2泄水穩(wěn)定后,由于盲溝2的泄水降壓作用,試驗(yàn)筒底以及試驗(yàn)內(nèi)筒側(cè)壁的壓力水頭均有較大幅度的減小,雖然試驗(yàn)筒底的壓力水頭未能降低到0.0 m,但筒底的壓力水頭由4.0 m降為1.85 m,較理論壓力水頭也有大幅度的降低,且盲溝2所在位置處,內(nèi)筒側(cè)壁上所承受的側(cè)向壓力水頭為0.0 m。

(4)在黏土層中布置盲溝泄水,可有效降低構(gòu)筑物底部的水壓力,從而達(dá)到主動(dòng)抗浮的目的。根據(jù)各測(cè)點(diǎn)壓力水頭趨于穩(wěn)定后的實(shí)測(cè)結(jié)果,計(jì)算該點(diǎn)壓力水頭實(shí)測(cè)值與靜水壓力的比值,即為盲溝泄水時(shí)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處的水壓力折減系數(shù)η。結(jié)果表明,在工況1和工況3下,由于盲溝1泄水,試驗(yàn)內(nèi)筒底部的壓力水頭為0.0 m,相應(yīng)的η基本上為0.0;在工況2下,盲溝2泄水,雖然試驗(yàn)內(nèi)筒底部的壓力水頭沒(méi)有減小到0.0,但也有較大幅度的降低,η在0.462～0.471之間。同時(shí),盲溝2的泄水降壓作用有效降低了構(gòu)筑物墻體所承受的側(cè)向水壓力。

因此,在實(shí)際工程中,可考慮在構(gòu)筑物底板下部合適的位置布置盲溝,通過(guò)泄水降壓的方式降低構(gòu)筑物的浮力;亦可考慮在構(gòu)筑物底板下部與側(cè)壁上布置盲溝,由側(cè)壁盲溝和底板盲溝聯(lián)合排水,除可降低構(gòu)筑物底板的浮力外,還可降低地下構(gòu)筑物外墻的側(cè)向水壓力。

2.3 盲溝滲流量的試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果

盲溝泄水穩(wěn)定后,分別對(duì)3種工況下盲溝的滲流量進(jìn)行多次試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)盲溝過(guò)水面積的大小,表中計(jì)算了盲溝單位面積上的滲流量。同時(shí),為便于比較,表中還給出了不同工況下盲溝滲流量的計(jì)算結(jié)果。

表1 盲溝滲流量的試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of seepage flow of blind trench

由表1可知,盲溝泄水穩(wěn)定后,經(jīng)過(guò)多次泄水計(jì)量,工況1下盲溝1的平均滲流量為0.133 6 m3/d,為滲流量理論計(jì)算結(jié)果的3.20倍;工況2下盲溝2的平均滲流量為0.236 5 m3/d,為理論計(jì)算結(jié)果的2.98倍;工況3下盲溝1和盲溝2共同泄水,其平均滲流量為0.248 6 m3/d,為理論計(jì)算結(jié)果的3.05倍。這可能是由于土體中儀器電纜線和試驗(yàn)內(nèi)筒的存在以及試驗(yàn)中可能存在土體壓實(shí)不均勻的現(xiàn)象,導(dǎo)致黏性土的實(shí)際滲透系數(shù)高于測(cè)量值,使得盲溝滲流量的試驗(yàn)結(jié)果有所增加,但不同工況下,盲溝滲流量的變化規(guī)律基本一致。如果考慮盲溝的過(guò)水面積,盲溝1和盲溝2的過(guò)水面積分別為3.181 m2和6.692 m2,3種工況下單位面積上的平均滲流量均較小。

為便于比較,根據(jù)筒底盲溝1滲流量的試驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果,近似估算典型地鐵地下車(chē)站基礎(chǔ)底板下盲溝滿布時(shí)的滲流量。

一典型地鐵車(chē)站長(zhǎng)度為200 m,寬度為20 m,基礎(chǔ)底板的埋深為-17.0 m,車(chē)站頂部的埋深為-14.0 m,車(chē)站上部有3.0 m厚的覆土,假設(shè)該地鐵車(chē)站基礎(chǔ)底板下部滿布盲溝。

根據(jù)達(dá)西定律可知,在一定速度變化范圍內(nèi),流體通過(guò)多孔介質(zhì)的滲流量Q與過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA和兩點(diǎn)之間的水頭差ΔH=H1-H2呈正比,與滲流路徑的長(zhǎng)度L呈反比,即

(1)

式中:k為比例系數(shù),也稱為滲透系數(shù);H1、H2分別為滲流起點(diǎn)和終點(diǎn)的水頭。

滲流量估算中,試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷某仨數(shù)酵驳椎乃^差ΔH=4.0 m,盲溝1的表面積為A=3.181 m2。滲流路徑計(jì)算中,上面2 m厚的砂土層引起的水頭損失較小,可忽略不計(jì);黏土層中不同點(diǎn)到筒底的滲流路徑差異較大,近似按最短滲流路徑L=2.0 m估算。

在地鐵車(chē)站中,假設(shè)從地面到車(chē)站基底為同一種黏土,且其滲透系數(shù)與試驗(yàn)用黏土的滲透系數(shù)相同。車(chē)站頂部考慮3 m厚的覆土,基底可考慮保留6 m的壓力水頭與其相平衡。即通過(guò)盲溝泄水降壓的方式,將車(chē)站基底的壓力水頭由原來(lái)的17 m降為6 m,則從地面到基底的水頭差ΔH=11 m。車(chē)站長(zhǎng)度200 m,取單位長(zhǎng)度1 m估算,基底按盲溝滿布的情況估算,即單位長(zhǎng)度車(chē)站基底的盲溝表面積按A=20.0 m2考慮。地表水的滲流路徑亦近似按最短滲流路徑L=17.0 m估算。

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜐B流量的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果分別按比例對(duì)地鐵車(chē)站單位長(zhǎng)度的滲流量進(jìn)行了估算,結(jié)果如表2所示。由表2的估算結(jié)果可以看出,按試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠邢拊?jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果估算的地鐵車(chē)站單位長(zhǎng)度的盲溝滲流量分別為0.084 8 m3/d和0.271 8 m3/d,與試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠?jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相差不大,約為2倍。這主要是由于盲溝泄水時(shí),其滲流量Q除與盲溝的過(guò)水面積A有關(guān)外,而且與兩點(diǎn)之間的水位差ΔH和滲流路徑L有關(guān)。

表2 典型地鐵車(chē)站單位長(zhǎng)度的滲流量估算Table 2 Estimation of seepage flow of typical subway stations per unit length

整個(gè)地鐵車(chē)站長(zhǎng)度按200 m計(jì)算,根據(jù)表2估算的典型地鐵車(chē)站單位長(zhǎng)度的滲流量結(jié)果,則典型地鐵車(chē)站每天的滲流總量分別為17 m3和54 m3。

為便于比較,根據(jù)典型地鐵車(chē)站的平面尺寸,本文對(duì)上述典型地鐵車(chē)站建立了二維有限元模型,計(jì)算地鐵車(chē)站的滲流量。地鐵車(chē)站的寬度為20 m,高度為14 m,車(chē)站頂部埋深按3 m考慮,因車(chē)站沿長(zhǎng)度方向較長(zhǎng),為簡(jiǎn)化計(jì)算,按平面問(wèn)題考慮,取1 m長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。模型建立中,為考慮周?chē)h(huán)境對(duì)車(chē)站基底盲溝滲流量的影響,車(chē)站沿寬度方向左右各延伸50 m;底部按高新四路地鐵車(chē)站的地質(zhì)報(bào)告,取至不透水層頂部的平均深度,即取至地下-38.000 m處。假設(shè)從地面到車(chē)站基底為同一種黏土,且其滲透系數(shù)與試驗(yàn)用黏土的滲透系數(shù)k相同,取k=1.772×10-6cm/s。車(chē)站頂部為3 m厚的覆土,基底保留6 m的壓力水頭與其相平衡。車(chē)站底部布置盲溝泄水時(shí),基底及周?chē)翆又械膲毫λ^變化如圖3(a)所示,車(chē)站周邊的流速矢量圖如圖3(b)所示。

圖3 典型車(chē)站底部的壓力水頭和流速矢量分布Fig.3 Pressure head and velocity vectors at the bottom of a typical station

由于地鐵車(chē)站尺寸較大,盲溝泄水過(guò)程中,流速較大的區(qū)域主要集中在車(chē)站基底拐角附近,如圖3(b)所示,底板中部大部分位置的流速很小,故單位長(zhǎng)度地鐵車(chē)站底部盲溝的滲流量?jī)H為2.722×10-7m3/s,若保證基底盲溝的壓力水頭為6.0 m,則單位長(zhǎng)度車(chē)站盲溝的泄水量為0.023 52 m3/d,小于表2的估算結(jié)果,由此求得整個(gè)地鐵車(chē)站每天的滲流總量?jī)H為5 m3左右。由此可見(jiàn),采用盲溝泄水,不僅可有效降低盲溝處的壓力水頭,且盲溝的滲流量較小,對(duì)周邊環(huán)境的影響也較小。因此,當(dāng)?shù)罔F地下車(chē)站基底位于長(zhǎng)江三級(jí)階地滲透性較弱的黏土層中,采用盲溝泄水降壓技術(shù)是可行的。

在實(shí)際工程中,由于基礎(chǔ)底板的面積往往較大,同時(shí)在實(shí)際工程中土層性質(zhì)往往比試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊獜?fù)雜。因此,盲溝泄水降壓技術(shù)的應(yīng)用還需要在實(shí)際工程中做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 盲溝設(shè)計(jì)的初步考慮

盲溝泄水降壓技術(shù)在實(shí)際工程中成功與否的關(guān)鍵因素在于兩個(gè)方面:一是泄水降壓對(duì)周邊環(huán)境影響的大小;二是泄水降壓系統(tǒng)的可靠性和耐久性[11]。根據(jù)模型試驗(yàn)的理論分析和試驗(yàn)結(jié)果以及典型地鐵車(chē)站的有限元計(jì)算結(jié)果可知,當(dāng)?shù)叵聵?gòu)筑物基底位于弱透水層中,在合適位置處設(shè)置盲溝可有效降低浮力和側(cè)壁水壓力。當(dāng)盲溝周邊的弱透水層具有一定的厚度,利用弱透水層滲透系數(shù)較小的特點(diǎn),亦可減小盲溝泄水對(duì)周邊環(huán)境的影響。故這里初步探討盲溝的可靠性和耐久性問(wèn)題。

在實(shí)際工程中,盲溝一般采用砂石或土工織物制成,其內(nèi)部存在孔隙,滲流水通過(guò)盲溝孔隙排水。一般認(rèn)為,早期盲溝孔隙介質(zhì)較大,往往具有很好的泄水降壓功能,但隨著時(shí)間的推移,黏土層中的細(xì)小顆粒將逐漸隨滲透水進(jìn)入盲溝,導(dǎo)致盲溝孔隙減小,滲透系數(shù)降低,從而影響盲溝的泄水降壓功能,甚至可能出現(xiàn)淤堵的現(xiàn)象[13],從而引起盲溝泄水的可靠性和耐久性問(wèn)題。

大量試驗(yàn)研究表明,土工織物作為反濾、排水材料時(shí),具有良好的排水和保土能力,這也是土工織物在進(jìn)行產(chǎn)品和材料選型時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。在土工織物與被保護(hù)土層之間鋪設(shè)一層砂石墊層,可以明顯改善反濾層的過(guò)濾效果和土工布淤堵的情況[14]。因此,為保證排水盲溝的可靠性與耐久性要求,建議在排水盲溝的周邊布置土工織物反濾層,且土工織物反濾層應(yīng)滿足下列要求:

(1)透水性要求。能及時(shí)將反濾層內(nèi)的滲透水導(dǎo)入盲溝,以防止反濾層在高孔隙流水壓力作用下發(fā)生較大的流失和變形。因此,要求土工織物的滲透系數(shù)應(yīng)大于被保護(hù)土體的滲透系數(shù)。

(2)保土性能要求。防止被保護(hù)土體的細(xì)顆粒隨滲透水流失。因此,土工織物的有效孔徑應(yīng)能擋住被保護(hù)土體的顆粒。這與土工織物反濾層的透水性要求往往是相互制約的。

(3)力學(xué)性能要求。土工織物必須具有一定的強(qiáng)度、抗蠕變性能和抗沖擊性能。

(4)耐久性能要求。為保證泄水盲溝的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,土工織物反濾層應(yīng)具有良好的耐久性能,與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限相一致。

土工織物反濾層的選型和關(guān)鍵控制參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的土顆粒分析的試驗(yàn)結(jié)果,按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50290—2014)[15]的規(guī)定計(jì)算確定。

土工合成材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中也存在老化問(wèn)題,由于土工合成材料的老化等原因,使其過(guò)濾、泄水和減壓功能部分或完全喪失,進(jìn)而使砂石墊層的滲透系數(shù)加大、最終導(dǎo)致盲溝的泄水降壓面臨失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此,對(duì)于盲溝泄水的耐久性問(wèn)題還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

根據(jù)武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地的地層特點(diǎn),分別從泄水降壓技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用、盲溝泄水降壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦碚摲治龊驮囼?yàn)結(jié)果等方面,對(duì)盲溝泄水降壓的可行性進(jìn)行了分析,主要研究結(jié)論如下。

(1)泄水降壓技術(shù)可以有效降低甚至完全消除地下構(gòu)筑物的抗浮水位,不僅可解決地下構(gòu)筑物的抗浮問(wèn)題,還可減小地下構(gòu)筑物抗浮所需要的抗拔樁和基礎(chǔ)底板的厚度,顯著降低構(gòu)筑物的建造成本,節(jié)約工期,充分體現(xiàn)綠色節(jié)能的特點(diǎn);且盲溝泄水措施具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn);盲溝泄水措施的適應(yīng)性強(qiáng),適用于不同深度、不同類型的地下構(gòu)筑物,尤其對(duì)上部結(jié)構(gòu)自重較輕的地鐵車(chē)站的抗浮有著廣闊的應(yīng)用前景。

(2)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦碚摲治龊驮囼?yàn)結(jié)果表明,當(dāng)?shù)叵聵?gòu)筑物基礎(chǔ)底板位于滲透性較弱的黏性土中,設(shè)置盲溝可有效降低盲溝設(shè)置位置處局部范圍內(nèi)的壓力水頭,減小地下構(gòu)筑物底板和側(cè)壁上的水壓力;同時(shí)由于黏土層的滲透性較弱,盲溝的滲流量較小,可減小盲溝長(zhǎng)期泄水對(duì)周邊環(huán)境的影響。因此,當(dāng)?shù)罔F地下車(chē)站基底位于武漢長(zhǎng)江三級(jí)階地的黏土層中,采用盲溝泄水降壓技術(shù)是可行的。

(3)為保證泄水盲溝的可靠性與耐久性要求,建議在泄水盲溝的周邊布置土工織物反濾層,且土工織物反濾層的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足透水性和保土性要求,且土工織物的材料性能應(yīng)滿足一定的強(qiáng)度、蠕變和抗沖擊要求以及耐久性的要求。

(4)在實(shí)際工程中,由于基礎(chǔ)底板的面積往往較大,同時(shí)在實(shí)際工程中土層性質(zhì)往往比試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵獜?fù)雜得多。因此,盲溝泄水降壓技術(shù)的應(yīng)用還需要在實(shí)際工程中做進(jìn)一步的論證。