地鐵車站基坑工程水文地質(zhì)勘察研究

謝 攀

近年來隨著我國城市經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市規(guī)劃的擴展，城市軌道交通建設(shè)正在進入高速發(fā)展期，而城市用地的緊張決定了地鐵車站只能在地下空間建造，且有著埋置越來越深的發(fā)展趨勢，因此地下水的賦存和滲流形態(tài)對基礎(chǔ)工程的影響也日漸突出。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》第7．1．3條規(guī)定，對高層建筑或重大工程，當(dāng)水文地質(zhì)條件對地基評價、基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時，宜進行專門的水文地質(zhì)勘察［1］。本文以某地鐵車站為工程背景進行深基坑工程水文地質(zhì)勘察研究。

1 工程概況

擬建某地鐵車站為地下4層島式車站，其中地下1層為開發(fā)層，地下2層為站廳層，地下3層為設(shè)備層，地下4層為站臺層?；娱_挖深度約為25 m，明挖法施工，采用鋼筋混凝土支撐和鋼支撐。主體結(jié)構(gòu)圍護采用1 200 mm厚的地下連續(xù)墻，其中端頭井墻深為50 m，標(biāo)準(zhǔn)段墻深為48 m。根據(jù)設(shè)計要求，本車站主體結(jié)構(gòu)基坑變形控制保護等級為二級，其圍護墻最大水平位移、端頭井最大水平位移和坑外地表最大沉降需分別控制在2．5‰，2‰和1‰的基坑開挖深度以內(nèi)。本工程所在場區(qū)地基土為巨厚的第四紀(jì)松散沉積物，基坑開挖深度范圍內(nèi)以含水量大、強度低、滲透性低的粘土、粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)土為主，這對基坑開挖和支護的穩(wěn)定性均有著不利的影響。

2 水文地質(zhì)勘察研究

為了滿足本地鐵車站基坑抗突涌及開挖的需要，同時盡量減小對周邊環(huán)境的不利影響，在正式施工前必須準(zhǔn)確掌握擬建場區(qū)的水文地質(zhì)條件，查明承壓含水層空間分布規(guī)律并求得相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，進而分析基坑降水產(chǎn)生的附加沉降規(guī)律，確定其對周邊環(huán)境的不利影響并加以預(yù)防和處理，最終實現(xiàn)基坑安全和環(huán)境安全的雙控制。

本文主要針對水文地質(zhì)勘察研究中的常用方法和手段，具體包括鉆探、靜力觸探試驗、室內(nèi)土工試驗、抽水試驗、孔隙水壓力監(jiān)測和沉降監(jiān)測等，探討其注意事項和技術(shù)難點。

2． 1 鉆探和靜力觸探試驗

水文地質(zhì)勘察是在巖土工程勘察報告的成果上進行的專項勘察，因此鉆探和靜力觸探試驗?zāi)康氖菫榱诉M一步查明和確認(rèn)水文地質(zhì)勘察研究區(qū)域內(nèi)各含水層和隔水層的埋藏條件、分布規(guī)律和水位變化等信息。據(jù)此在本次水文地質(zhì)勘察研究區(qū)域內(nèi)按三角形布置了3個70 m的鉆探孔以探明土層的空間分布及穩(wěn)定性，特別是承壓含水層的厚度及底板深度，取土間距定為3 m，對于其中分布穩(wěn)定、厚度較大的土層間距放大到4 m。同時遇粉性土和砂土進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，標(biāo)貫試驗間距也定為3 m，并取擾動樣進行顆分試驗。另外，配套布置了1個70 m的靜力觸探孔，用以與鉆孔土層分層、顆分、滲透系數(shù)等數(shù)據(jù)進行對比分析。

2． 2 室內(nèi)土工試驗

結(jié)合本地鐵車站基坑工程性質(zhì)和水文地質(zhì)勘察研究目的，進行包括常規(guī)物理性質(zhì)試驗和滲透試驗等土工試驗項目，其中常規(guī)物理性質(zhì)試驗項目主要包括天然含水量、天然密度、比重、粘性土的液限和塑限、粉性土和砂土的顆粒分析等，并且對于地表以下10 m內(nèi)粉性土的顆分試驗確定不均勻系數(shù)d60/d10及顆分曲線。另外，進行滲透試驗求得各土層的滲透系數(shù)，為后期研究分析提供依據(jù)。本次室內(nèi)土工試驗的具體操作和試驗儀器均按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行［2］，分析評價所選用的參數(shù)值與靜力觸探試驗成果比較修正后確定。

2． 3 抽水試驗

抽水試驗是水文地質(zhì)勘察研究的核心內(nèi)容。通過抽水試驗可以測得各主要含水層的滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)、壓力傳導(dǎo)系數(shù)等各項水文地質(zhì)參數(shù)，并可查明抽水影響半徑和基坑開挖影響范圍內(nèi)各主要含水層之間的水力聯(lián)系特征等。布置抽水試驗時，首先根據(jù)水文地質(zhì)勘察研究目的，并結(jié)合巖土工程勘察報告提供的地層分布差異特征、抽水試驗場地水文地質(zhì)條件和現(xiàn)場建筑物分布情況，綜合考慮后確定抽水試驗區(qū)域位置。然后以1倍～1．5倍的含水層厚度為間距直線布置抽水井，并在其中垂線上距抽水井中心分別以1倍和2倍含水層厚度為間距布置觀測井，為查明相鄰含水層的水力聯(lián)系情況，可交叉布置不同含水層的觀測井。抽水井施工主要分為成孔、成井、洗井和試抽水等工序。其中成孔采用正循環(huán)泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進，施工重點是控制縮徑與塌孔現(xiàn)象，確保工程質(zhì)量。成孔完畢后根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求制作井管并逐節(jié)焊接放置到位，然后回填中粗砂濾料至濾管上方2 m～3 m，最后回填粘土球和粘土并進行管外封井。成井結(jié)束后采用活塞空壓機聯(lián)合洗井，具體操作是用空壓機洗井至出水后改用活塞洗井，后再用空壓機洗井清除井底存砂。洗井完畢進行試抽水確認(rèn)抽水井運行良好，以保障水文地質(zhì)勘察研究的順利進行。

2． 4 孔隙水壓力監(jiān)測

為確定含水層相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，并探明各含水層之間的水力聯(lián)系，以群抽試驗中心為起點，按一定距離分別布設(shè)多組孔隙水壓力計，并在各主要土層中埋設(shè)水壓傳感器，用以在抽水試驗的同時進行同步的孔隙水壓力監(jiān)測。孔隙水壓力計采用鉆孔埋設(shè)，鉆孔直徑宜為110 mm～130 mm，為有效防止鉆進過程中的落渣現(xiàn)象，在填土層或淺層其他松散土層中應(yīng)下套管護孔，并保證套管垂直。孔隙水壓力計安放前，需進行充分飽和以排除水壓傳感器內(nèi)及管路中的空氣。安放在要求深度后，在探頭周圍需回填透水填料。透水填料宜選用干凈的中粗砂、礫砂或粒徑小于10 mm的碎石塊，填料層高度宜為0．6 m～1．0 m。上下兩個孔隙水壓力計之間應(yīng)有高度不小于1 m的隔水填料分隔，隔水填料宜選用直徑2 cm左右的優(yōu)質(zhì)風(fēng)干粘土球。投放粘土球應(yīng)緩慢均衡投入，以確保其隔水效果。在孔隙水壓力計埋設(shè)完畢后，在孔口處用隔水填料填實封嚴(yán)，以防止地表水滲入影響監(jiān)測數(shù)據(jù)精度。

2． 5 沉降監(jiān)測

2．5．1 地面沉降監(jiān)測

為掌握基坑開挖施工時減壓降水對周圍環(huán)境的影響，確定抽水影響半徑，因此在抽水試驗井周圍進行地面沉降監(jiān)測。為了更好的反映降水引起土體的真實沉降狀況，布設(shè)地面沉降監(jiān)測點時需穿透地面結(jié)構(gòu)硬殼層，沉降標(biāo)桿采用φ25 mm螺紋鋼標(biāo)桿，螺紋鋼標(biāo)桿伸入原狀土60 cm以上，沉降標(biāo)桿外側(cè)采用內(nèi)徑大于13 cm的金屬套管或者PVC管予以保護。保護套管內(nèi)的螺紋鋼標(biāo)桿間隙用黃砂回填。套管頂部安裝穩(wěn)固的管蓋，并與原地面齊平。為確保測量精度，螺紋鋼標(biāo)桿頂部應(yīng)在管蓋下20 cm。

2．5．2 分層沉降監(jiān)測

除進行地面沉降監(jiān)測外，為掌握減壓降水時各土層的具體變形規(guī)律，需布置一組以上的分層沉降監(jiān)測，在各主要土層中埋設(shè)傳感器，從而在抽水試驗期間，利用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析相鄰地面沉降的時空分布規(guī)律。

本工程采用多點位移計進行分層沉降監(jiān)測，根據(jù)主要土層的分布情況配置測頭并完成測桿的安裝與連接。多點位移計采用鉆孔埋設(shè)，鉆孔直徑根據(jù)多點位移計測頭的配置數(shù)量決定，鉆孔深度則比設(shè)計要求深200 mm～500 mm，目的是防止鉆進過程中產(chǎn)生的沉渣減小孔深。安裝儀器前應(yīng)進行清孔和測深，條件允許時孔壁要沖洗干凈。多點位移計埋設(shè)完畢后進行孔底灌漿?；靥钌皾{時將灌漿管和排氣管按相差一個灌漿高程的距離同時插入孔底，往灌漿管內(nèi)注入砂漿，砂漿要由下向上泛漿，在灌漿的同時排出孔內(nèi)的氣體，使砂漿順利上泛，孔內(nèi)不會產(chǎn)生空隙。逐級灌漿逐級拔出灌漿管和排氣管，直至砂漿泛到多點位移計護筒的底部后，將灌漿管和排氣管完全拔出，灌漿完成。

3 結(jié)語

地下水的賦存和滲流形態(tài)對深基坑基礎(chǔ)工程的影響重大，對于本地鐵車站工程，基坑開挖深度大、周邊環(huán)境保護要求高，降低承壓水位勢必會對周邊環(huán)境造成一定程度的影響，故需進行水文地質(zhì)勘察研究較為精確地探明承壓水空間分布規(guī)律、相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)及各層之間的水力聯(lián)系性質(zhì)，全面評估降低承壓水位對周邊環(huán)境安全的負(fù)面影響。

本文結(jié)合具體工程實例，進行深基坑工程水文地質(zhì)勘察研究，主要對所使用的鉆探、靜力觸探試驗、室內(nèi)土工試驗、抽水試驗、孔隙水壓力監(jiān)測和沉降監(jiān)測等研究方法和手段及注意事項和技術(shù)難點進行了分析及探討，本文研究成果對類似工程具有一定的借鑒意義。

［1］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］．

［2］ GB/T 50123-1999，土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［3］ 段 茗．基坑反射波法檢測技術(shù)的評價與應(yīng)用［J］．山西建筑，2010，36(30):81-82．