地鐵車輛段整體上蓋工程勘察工作實錄

黃星

摘 要：結合浙江杭州地鐵7號線盈中車輛段上蓋開發要求，針對其規模大、上蓋高層建筑群柱網間距大、對結構的沉降和差異沉降敏感、地下室面積大以及基坑開挖深度大的特點，根據場區淺層沼氣及軟土發育的特征，開展原位測試工作。采用靜探改裝的專用裝置查明了沼氣的分布及特性，并針對軟基、樁基工程、基坑工程以及場線工程等不同性質工程采取相應的勘察措施。此外，采用薄壁取土器確保土樣質量，加強了靜力觸探、動力觸探以及K30板等原位測試工作并進行了專項水文地質試驗，取得了較好的效果，積累了相應的勘察經驗。

關鍵詞：地鐵;車輛段;整體上蓋;勘察工作;沼氣

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）25-0077-06

Actual Record of Investigation Work of Overall Upper Cover Engineering of Metro Depot

HUANG Xing

（Shanghai Municipal Engineering Design Institute（Group）Co.， Ltd.， Shanghai 200092）

Abstract： Combined with the development requirements of the upper cover of Yingzhong depot of Hangzhou Metro Line 7， in view of its large scale， large column grid spacing of the upper cover high-rise buildings， high requirements for structural settlement and differential settlement control， large basement area and large excavation depth of the foundation pit， and the development characteristics of shallow biogas and soft soil in the site. This paper attaches importance to the in-situ test， the special device modified by static sounding was used to find out the distribution and characteristics of biogas， and targeted survey measures were taken for projects with different properties such as soft foundation， pile foundation engineering， foundation pit engineering and site line engineering. The thin-wall sampler was used to ensure the quality of soil samples， the in-situ tests such as static cone penetration， dynamic cone penetration and K30 plate were strengthened， and special hydrogeological tests were carried out. It has achieved good results and accumulated corresponding exploration experience.

Keywords： metro;depot;overall cover;investigation work;biogas

在城市可用土地資源日益緊張的今天，構建“軌道+物業”資源開發經營新模式，可以實現軌道交通的可持續發展。如在地鐵車輛段上蓋開發項目能夠集約土地資源，達到復合利用空間、集約用地的目的。地鐵車輛段一般建設規模大，為大型工程，且上蓋高層建筑群高低層層高差異大，工程破壞后果嚴重，工程重要性等級高。受車輛段首層限界及工藝限制，柱網間距大，單柱荷載大，對結構的沉降和差異沉降敏感，對勘察提出了很高的要求[1]。

1 工程概況

1.1 工程簡介

浙江杭州地鐵7號線盈中車輛段位于杭州蕭山區，杭金衢高速東側，建設四路北側，長為670～1 200 m，最大寬度為270 m，占地面積為2.15×105 m2，建筑面積約為3.21×105 m2。依據杭州市政府對地鐵車輛基地要求，為了充分發揮軌道交通優勢，有利于土地集約利用，各基地需考慮遠期開發的要求，因此盈中車輛段需要進行加蓋開發。

盈中車輛段蓋下部分為車輛日常維護、保養的場所，包括停車列檢庫和場線等。蓋上部分進行物業開發，擬建29幢18層高層，蓋外還包括牽混所、公寓以及綜合樓等。蓋外地下建筑面積約為43 000 m，基坑最大開挖約為11 m，高層、公寓、綜合樓等擬采用直徑為1 000 mm的鉆孔灌注樁，最大單樁承載力達到7 500 kN。

1.2 勘察方法及手段

盈中車輛段場區內地質條件復雜，巖土種類多，軟土層及沼氣等不良地質發育，淺部有厚層的粉（砂）性土分布，局部存在液化可能，需考慮進行地基處理。下部?層和?層卵石、圓礫層土質好，但埋深大、均勻性差。這兩層也是承壓含水層，具有厚度大、水量大的特點，是區域主要含水層位。此外，相鄰的7號線盈中站已開始施工，周邊環境復雜。

勘察中針對場區復雜的工程地質及水文地質條件，結合各工點的特點，有針對性地布置地質勘探試驗工作;采用資料收集分析、鉆探和原位測試（靜探、標貫、動探、波速以及電阻率）、水文地質試驗（抽水試驗、承壓水觀測）、沼氣專項勘察、K30板試驗及室內土工試驗相結合的綜合勘探試驗方法進行勘探試驗。

1.3 工作量布置原則

停車場上蓋部分與蓋外結合，勘探孔間距控制在30 m左右，按網格狀布置。其中，上蓋部分沿柱列線布置，兼顧蓋上高層邊界，蓋外部分則兼顧基坑邊界。

全場地共布設取土鉆探孔169個，標貫動探孔217個。另外，布置靜力觸探孔64個以探查上部土層分布，波速測試孔每棟高層布置1個，代表性地段布置電阻率測試孔及K30板試驗各15個，對淺層沼氣進行專項勘察。

上蓋部分及公寓、綜合樓一般性孔深為78 m，控制性孔深為85 m;蓋外基坑區域一般性孔深為60 m，控制性孔深為65 m;物資總庫一般性孔深為50 m，控制性孔深為55 m;牽混所等一般性孔深為35 m，控制性孔深為40 m。靜力觸探孔最大深度為50 m或至圓礫層頂部。

2 工程地質條件

2.1 地層及工程特征

盈中車輛段為杭州江東典型軟土分布區，也是錢塘江古河道區，巖土種類多，地下水發育，工程地質條件復雜[2-3]。場區地層可分為8個工程地質層組，21個亞層。

場區上部②層和③層粉（砂）性土發育，厚度大，透水性好、含水豐富，基坑開挖時易產生管涌、流沙，對基坑開挖影響大。

中部為⑥層淤泥質土，厚層大、土質差，是場地主要軟弱層，富含沼氣。初勘期間曾有鉆孔發生沼氣噴發達半個月之久，對工程影響大。詳勘中也有成片鉆孔中發現沼氣噴溢出，工程存在較大安全隱患。

下部為⑧3層粉質黏土與粉砂互層（局部粉砂層發育），往下為?層和?層圓礫及卵石層。其中，圓礫及卵石層中密～密實，巖性成分較雜，以粉砂巖、凝灰巖類為主。顆粒磨圓度較好，為良好的樁基持力層，但埋深大，局部有古河道通過，均勻性差，作為高層建筑樁基持力層易產生不均勻沉降。⑧3層與?層和?層圓礫局部存在聯通，且?層和?層是區域性承壓含水層，水量大，當基坑開挖深度較大時，存在承壓水突涌的可能性。

下伏巖基為白堊統朝川組（K1c）沉積巖類酸性火山巖，以砂礫巖為主，分強、中風化2個風化帶，埋深較大。地層特征如表1所示。

2.2 水文地質條件

車輛段淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土、②層、③層粉（砂）性土中，由大氣降水徑流補給和地表水的側向補給。勘探期間測得的水位一般為0.40～3.40 m，相應高程為3.49～5.06 m，地下水水位年變幅為1.0～2.0 m。潛水含水層根據抽水試驗結果，影響半徑約為60 m，滲透系數為3.40×10 cm/s，具有中等透水性。

車輛段存在的孔隙承壓水分布于深部的⑧、?、?層中。?、?層連通，水量豐富，⑧層層局部與下臥?層相連通，呈現“開天窗”的模式，故該層承壓水位與下臥?層、?層相同。根據⑧層粉砂層承壓水觀測資料，水位埋深平均值為6.27 m，對應標高為-0.76 m。

2.3 不良地質條件及特殊性巖土

盈中車輛段未發現滑坡、泥石流以及地面沉降等不良地質作用。本場區不良地質主要為淺層沼氣和軟土。

2.3.1 淺層沼氣。淤泥質土中富含的有機質在還原環境條件下會分解出沼氣，因此淺層沼氣主要分布于淤泥質土的上覆、下伏的粉性土或砂土。場地⑥淤泥質粉質黏土、⑧層狀粉質黏土具備儲藏淺層沼氣的地質條件。沼氣主要成分是甲烷（CH4），占90%～94%，其次為氮氣（N），占3%～5%，二氧化碳（CO）占1%～2%，還有一些微量的一氧化碳（CO），其他各種烴類缺失。初、詳勘均有部分鉆孔中有沼氣噴出，主要集中分布于2個區域。沼氣橫向流動性較強，會對樁基或地下施工過程造成安全和質量問題。這主要表現為沼氣覆蓋層擾動或破壞后，沼氣自然氣壓過大，沖破覆蓋層或對地下氣體排放后，將地下水、氣體迅速壓出地面，造成地面、地基沉降;鉆孔樁施工時，受氣體壓力作用，會造成孔壁坍塌、傾斜、斷樁;地下室施工時或排氣周邊遇有結構物，會造成氣體爆炸，遇火花引起火災[4-7]。

2.3.2 軟土。軟土主要為廣泛分布的厚層⑥1層淤泥質粉質黏土。該層天然含水量為44.8%、天然孔隙比為1.288、液性指數為1.17、壓縮系數為0.81 MPa、黏聚力為12.0 kPa、內摩擦角為5.2°，一般厚度為12.0～16.7 m。土質較差。軟土會誘發地面沉降，且對場線工程及基坑開挖、樁基施工有不利影響。

3 勘察工作重點難點及應對措施

本工程場區內巖土種類多，沼氣及軟土等不良地質及特殊性巖土發育，工程地質條件復雜。場區內建筑物涉及大直徑樁基、深基坑以及軟基處理等要求不一的項目，因此要求勘察手段要多樣化、勘察措施要有針對性。

①對于⑥層淤泥質土中所含沼氣，鉆探中需加強觀測，及時發現含氣孔并初步圈定范圍，將其作為重點采用靜探改裝的沼氣探測儀進行專項勘察，查明沼氣分布范圍及壓力;②針對軟土埋深較大的情況，除布置靜力觸探孔查明其分布和特性外，采用薄壁取土器進行取樣，確保土樣的質量，并與基坑工程結合進行大量的室內特殊試驗;③樁基工程，即針對?層和?層卵石、圓礫層埋深大、均勻性差以及層面起伏的特點，除加強重型動力觸探試驗、評價樁基持力層的密實度外，增加布置達圓礫及卵石層面的靜探孔，查明古河道分布和繪制樁基持力層等深線圖，從而有效評價樁基持力層分布及特性，并采取下部承壓含水層水樣進行水質分析試驗，為設計提供充分依據;④基坑工程進行了專項水文地質試驗（抽水試驗、承壓水觀測），可有效獲取地下水參數;勘察期間室內試驗除進行常規物理性質試驗外，對工程影響范圍內土層、特別是軟土層進行了滲透試驗、無側限抗壓強度、靜止側壓力系數試驗以及固快、快剪、三軸UU、CU、基床系數以及先期固結壓力等試驗;⑤淺層場線工程除采用鉆孔和標貫試驗查明淺層土液化性外，還布置了靜探對比孔查明中間是否有軟弱夾層分布，同時布置了K30板試驗查明淺層土層回彈模量，從而為路基處理提供依據;⑥為對場地與地基地震效應進行評價，布置波速試驗，同時為場站接電及地基土腐蝕性評價需要布置電阻率測試。

4 工程地質分析評價

場區工程地質條件和水文地質條件較復雜，沼氣和厚層軟土發育，有多層地下水分布，可作為樁基持力層。此外，?圓礫、卵石層面有一定起伏，對基坑和樁基工程影響大，是巖土評價的重點。

4.1 沼氣

初勘期間，CK-7CLD-Z09號孔氣體噴射時間長達20 d，泥水混合物噴射高度最高達20 m。詳勘有害氣體排查孔位共完成了30個孔的排查工作。現場分兩次進行排查，第一次時間為2018年9月28日—2018年10月3日，第二次時間為2018年12月16日—2018年12月27日。根據現場測試，共16個排查孔排出有害氣體，且均可點燃，點火后火焰高度在1～50 cm;氣壓實測峰值為0.03～0.40 MPa，修正氣壓峰值為0.08～0.60 MPa;最大流量為1.36～20.44 m/h。綜合對比第1次和第2次的排查結果，第2次的實測最大氣壓為0.07 MPa，較第1次的實測最大氣壓值0.40 MPa，下降了80%。在2019年的樁基施工中未發現有沼氣溢出，說明詳勘鉆孔的排氣效果較好，基本消除了沼氣的不利影響。

4.2 天然地基及地基處理

場區進行大面積堆土，場地淺部分布均為錢塘江沖積的粉土、砂土，物理力學性質為一般～較好，厚度整體較大，分布穩定，在荷載作用下完成固結所需時間較短。但是，根據現場K30板試驗測試結果，場區淺部土層的地基系數平均值為71.2 MPa/m，不能滿足線路道床的承載要求。場地中下部存在厚度較大的⑥層淤泥質軟土，因此可選用PHC管樁、（雙軸）水泥攪拌樁方式等進行處理。

4.3 樁基工程

上蓋部分及蓋外擬建構筑物均采用樁基礎。場區⑧層黏土及其以上各土層由于埋深較淺或土質差，均不宜作為上述擬建構筑物的樁基持力層。⑧層和⑧層分布較為連續，埋藏適中，工程性質一般，可作為對承載力要求不高的建筑物的樁基持力層或基坑中柱樁的樁基持力層。下部?層圓礫、?層卵石及?層圓礫工程性質好，為本場地良好的樁基持力層。?層卵石大部分地段埋深較深，為良好的樁基下臥層，局部埋深適中的地段亦可作為樁基持力層。樁基參數見表2。

上蓋開發區、綜合樓（18F）及公寓（18F）單樁承載力特征值最大為7 500 kN，采用鉆孔灌注樁。推薦?層圓礫、?層卵石及?層圓礫層作為樁基持力層，局部靠近場地東側亦可選用?層卵石作為樁基持力層，基樁入土深度為66～68 m;蓋外多層房屋（物資總庫）單樁承載力特征值要求最大為2 000 kN，擬采用管樁基礎。推薦⑧層狀粉質黏土或⑧層粉砂作為樁基持力層，基樁入土深度為40～45 m;蓋外基坑區域中柱樁，擬采用鉆孔灌注樁，單樁承載力特征值要求2 000 kN，單樁抗拔力特征值要求1 000 kN，可比選?層圓礫和?4-2層卵石層作為樁基持力層，基樁入土深度為52～60 m。

樁基施工前，根據設計要求對4根灌注樁進行單樁豎向抗壓破壞性靜載荷試驗，對2根灌注樁試樁進行單樁豎向抗拔破壞性靜載荷。樁徑、樁長及試驗結果見圖1、圖2及表3、表4。

由表3和表4可知，依據勘察報告所提供的樁基參數，根據規范估算單樁極限承載力與實測值相關不大，勘察數據可信度高。

4.4 基坑工程

牽混所、公寓、綜合樓及下沉庭院片區設置2層地下室，基坑開挖約為10 m，局部為11 m。南側基坑區域緊鄰在建地鐵7號線盈中站，基坑安全等級為二級、環境等級為一級。

擬建基坑開挖直接涉及①填土、②層、③層粉（砂）性土，基坑支護還涉及⑥淤泥質粉質黏土，各地層性質分析如下：②層、③層粉（砂）性土自立性差，易坍塌變形，在水動力條件作用下易產生流沙、管涌現象，嚴重時易引起周圍地面沉降，故需做好支護和降排水措施;⑥1淤泥質粉質黏土，土質差，開挖易受擾動，強度會迅速降低，卸荷時會產生較大回彈，對圍護墻施工、基坑開挖、樁基不利。擬建場地較為空曠，擬建基坑圍護措施建議采用SMW（Soil Mixing Wall）工法樁或鉆孔灌注樁，靠近盈中地鐵站一側應考慮采用鉆孔灌注樁或地下連續墻，并設置多道支撐。

擬建場地下部存在承壓含水層，有⑧、?以及?層等，含水層局部存在連通。根據實測承壓水頭（埋深為6.27 m）及不利情況（埋深為4.27 m）對擬建基坑開挖時坑底土抗承壓水頭的穩定性按國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2010）進行驗算，得到穩定系數為1.41、1.30，均大于1.1，因此基坑開挖時承壓水不會產生突涌，基底土穩定。

如基坑工程結構自重不能抵抗地下水浮力，可采用鉆孔樁進行抗浮。抗浮水位可采用設計室外地坪下0.5 m，并做好施工期間的降水工作，防止肥槽積水。

基坑施工過程中要需注意采用合理的挖撐次序，考慮時空效應。合理安排挖土順序，有效控制基坑變形;進行坑底加固，防止挖土后坑底回彈變形過大;基坑開挖時，須做好支護、降水、排水和止水措施;基坑兩側不得進行超過設計工況的大面積堆載，加強監測，做到信息化施工。

5 結語

①杭州地鐵7號線盈中車輛段規模大，上蓋為高層建筑群，高低層層高差異大，且柱網間距大、單柱荷載大，對結構的沉降和差異沉降敏感。此外，地下室面積大，基坑開挖深度約11 m，對勘察提出了較高要求，需采用針對性的勘察手段。

②針對場區內淺層沼氣及軟土發育的特點，重視原位測試工作，采用靜探改裝的專用裝置查明沼氣的分布及特性。針對軟基、樁基工程、基坑工程以及場線工程等不同工程采取針對性的勘察措施，采用薄壁取土器確保土樣質量，加強靜力觸探、動力觸探以及K30板等原位測試工作，并進行專項水文地質試驗。對工程影響范圍內土層進行滲透試驗、無側限抗壓強度、靜止側壓力系數試驗以及固快、快剪、三軸UU、CU、基床系數、先期固結壓力等試驗。

③在對構筑物地基基礎方案進行詳細的分析基礎上，對各工程涉及的巖土工程問題進行詳細分析評價，建議采用合理的預防、防治處理措施。此外，根據原位測試、室內試驗結果合理確定設計所需的各類地質參數，并經過了試樁驗證。

參考文獻：

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