福州地鐵樹兜站降水工程的分析與防治

孫 迪

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

引 言

隨著城市建設(shè)進(jìn)程日益加快，城市地下空間的開發(fā)和利用越來越迫切。深基坑工程作為一項(xiàng)投資高、風(fēng)險大的工程，則在當(dāng)前城市地下工程活動中扮有重要角色。其中地鐵區(qū)間及其各站點(diǎn)深基坑的開挖，被列為難度最為突出的深基坑工程[1-2]。而基坑降水則是保證深基坑工程開挖施工能否順利進(jìn)行的一個重要因素。因此，基坑開挖施工前，應(yīng)根據(jù)場地不同地質(zhì)條件制定出有效的降水方案，從而確保基坑施工安全。

1 工程概況

福州地鐵1號線樹兜站設(shè)在五四路與華林路交叉口以西，沿華林路而設(shè)，車站主體基本為東西走向，設(shè)計(jì)里程為CK6+216.5～CK6+483.5，車站為地下雙層箱形框架結(jié)構(gòu)，主體圍護(hù)型式采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，總長約267m，設(shè)六個出入口通道、兩組風(fēng)道。擬建車站具體性質(zhì)詳見(表1)。

表1 車站建(構(gòu))筑物性質(zhì)一覽表

1.1 場地周邊環(huán)境

擬建車站地處商業(yè)繁華區(qū)，周邊主要為居民小區(qū)、商業(yè)、辦公樓等建筑，建筑物密集，車站終點(diǎn)鄰近樹兜河(最近約17m左右)。

擬建場地現(xiàn)狀及周邊環(huán)境詳見(圖1～2)。

圖1 華林路現(xiàn)狀(五四路口)

圖2 場地西側(cè)樹兜河

1.2 地下障礙物及管線

擬建車站主體位于華林路上，道路兩側(cè)多分布有地下電纜、煤氣管道、污水管、給排水管等各種類型的地下管線，基坑開挖施工時將會導(dǎo)致地面產(chǎn)生一定的變形，引起地下管線、管道等產(chǎn)生不均勻變形，嚴(yán)重時會產(chǎn)生開裂、漏氣、漏水等不良作用，并影響市民的正常生產(chǎn)、生活;尤其是在具有深厚層飽和軟土分布的地段中施工時，對地下管線的不良影響將會更加明顯。此外，擬建車站部分出入口及風(fēng)井位于現(xiàn)有建筑物范圍內(nèi)，原有建筑物舊基礎(chǔ)等地下障礙物對本工程施工作業(yè)也會產(chǎn)生一定影響。

1.3 場地巖土層情況

根據(jù)勘探資料揭露的50.5m深度范圍內(nèi)，主要分布有第四紀(jì)松散沉積物及強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖層。第四系松散沉積物主要由粘性土、砂土及碎卵石層組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。

說明:為保證福州地鐵1號線3個標(biāo)段地層的連貫性，由勘察監(jiān)理單位根據(jù)各標(biāo)段的地層分布情況進(jìn)行地層統(tǒng)一編號，本標(biāo)段的地層編號系根據(jù)統(tǒng)一編號確定。

擬建場地主要巖土層自上而下分布如下:

第①1層雜填土～第②層粘土(Q43(al))～第③1層淤泥(Q41-2(m))～第④層粉質(zhì)粘土(Q33(al))～第④j層含礫中粗砂(Q33(al))～第⑤1層淤泥質(zhì)粘土(Q3

3(m))～第⑥層碎卵石(Q33(al+pl))～第⑦層粉(砂)質(zhì)粘土(Q32(al))～第⑨層碎卵石(Q31(al+pl))～第⒂層散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(γ53)～第⒃層碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(γ53)～第⒄a層中等風(fēng)化(石英正長)斑巖(Jξn)。擬建場地Ⅱ -Ⅱ’工程地質(zhì)剖面圖如(圖3)所示。

1.4 場地水文地質(zhì)條件

1.4.1 地表水

擬建車站西側(cè)緊鄰樹兜河(最近約17m)，樹兜河為城市內(nèi)河，屬于閩江內(nèi)河水系，其水位主要主要受降雨和地表徑流補(bǔ)給并受河道水閘調(diào)節(jié)控制，據(jù)了解其水位標(biāo)高平時多為4.2～5.5m。根據(jù)福州地區(qū)區(qū)域資料，市區(qū)內(nèi)澇最高水位為7.5m。

圖3 擬建場地Ⅱ－Ⅱ’工程地質(zhì)剖面圖

1.4.2 上層滯水

上層滯水主要賦存于淺部雜填土層中，為孔隙水，水量不大，補(bǔ)給主要為大氣降水及地表徑流，以蒸發(fā)及下滲方式排泄。根據(jù)福州市地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，該層水位埋深一般在1.0～3.0m間，水位變化幅度約1～3m。

1.4.3 承壓水

擬建場地分布有第⑥、⑨層碎卵石層，為承壓含水層，且本區(qū)間場地局部區(qū)域分布有第④j層含礫中粗砂層(局部與第⑥層相連)，該層中的地下水亦具有一定的承壓性。根據(jù)福州地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，承壓含水層接受上部潛水含水層的補(bǔ)給，且以地下徑流等方式進(jìn)行排泄，并以滲透等方式對深層地下水進(jìn)行補(bǔ)給，水位低于潛水水位，受季節(jié)影響呈年周期性變化，變化幅度約2～6m。

根據(jù)本車站初勘階段1組抽水試驗(yàn)及詳勘階段斗門站1組抽水試驗(yàn)結(jié)果，測得承壓水水位埋深為12.45～17.20m，相應(yīng)水位標(biāo)高為-4.86～-11.16m。

2 基坑支護(hù)方案

由于本工程擬建車站主體部分基坑側(cè)壁安全等級為一級，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇地下連續(xù)墻圍護(hù)或采用柱列式排樁加旋噴樁止水進(jìn)行圍護(hù);車站風(fēng)井、出入口等區(qū)域，基坑開挖深度相對較小(根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，一般小于10.0m)，采用排樁支護(hù)加旋噴樁止水帷幕，樁型選用沖(鉆)孔灌注樁等;出入口開挖深度較小區(qū)域，采用鋼板樁支護(hù)。

3 降、排、止水設(shè)計(jì)方案

擬建場地地下水水位較高，對上層滯水可采用明排方式;對分布于第④j層含礫中粗砂層及第⑥層碎卵石層中的承壓水，應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度結(jié)合承壓水水位埋深情況，采用管井進(jìn)行降水減壓。

本工程擬建車站基坑底板下分布有第⑥層碎卵石層，且局部區(qū)域分布有第④j層含礫中粗砂層(局部與第⑥層相連)，該兩層為承壓含水層，勘察期間測得的承壓水水頭，對基坑突涌可能性進(jìn)行估算，結(jié)果見下(表2)。

表2 承壓水突涌可能性計(jì)算判別表

根據(jù)表1中估算結(jié)果，按本次勘察期間測得的承壓水高水位計(jì)算，本工程擬建車站基坑有承壓水突涌可能，基坑開挖時應(yīng)采取降水減壓措施或進(jìn)行坑底加固。

4 防治分析

降水工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其受多重因素影響，且影響較大。這就導(dǎo)致降水工程設(shè)計(jì)在工程實(shí)際中反復(fù)調(diào)整，多次優(yōu)化。為保證降水工程的順利進(jìn)行，且避免對周邊環(huán)境造成不利影響，并結(jié)合周邊各類建(構(gòu))筑物、地下管線、巖土層分布情況及基坑支護(hù)形式等，采取以下手段和措施[3-4]。

4.1 沉降監(jiān)測

地面沉降對地鐵的危害主要表現(xiàn)為過大的不均勻沉降導(dǎo)致地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)變的形及滲漏，特別是上部土層存在有厚度較大的高壓縮性軟土。產(chǎn)生地面沉降的主要原因是由于過量開采地下水引起。監(jiān)測表明:地面沉降與地下水在時空分布、演變規(guī)律、變化幅度等方面具有密切的相關(guān)性。地面沉降范圍與地下水位降落漏斗格局和形態(tài)的相似性，地面沉降幅度與地下水位降深的相關(guān)性，都充分證明了福州市區(qū)地面沉降是在特定的地質(zhì)條件下，地下水長期不合理開采所致。

擬建車站位于福州市中心城區(qū)，根據(jù)以往其他城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在降水工程實(shí)施之前，要根據(jù)降水設(shè)計(jì)方案中計(jì)算出的抽水影響半徑和該范圍內(nèi)的重要建(構(gòu))筑物、道路及地下管線等布設(shè)沉降觀測點(diǎn)(如對周邊重要建(構(gòu))筑物、鄰近道路及地下管線按一定間距進(jìn)行水平位移和沉降監(jiān)測，對圍護(hù)墻及墻后土體在基坑周圍按一定間距進(jìn)行深層土體水平位移監(jiān)測)，在抽水期間沉降監(jiān)測要連續(xù)不間斷進(jìn)行，若累計(jì)沉降量瀕臨預(yù)警值時，應(yīng)及時上報監(jiān)理或建設(shè)單位，并在第一時間采取有效防治措施。

4.2 地下水動態(tài)監(jiān)測

由于福州地區(qū)雨季較長，地下水豐富且呈動態(tài)變化。季節(jié)性的降水往往使場地內(nèi)地下水各含水層的水力聯(lián)系發(fā)生較大變化，同時會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能夠及時采取必要和有效的地下水處理措施，所以準(zhǔn)確掌握場地內(nèi)地下水動態(tài)變化情況顯得尤為必要。因此，在降水工程實(shí)施期間，應(yīng)收集地下水動態(tài)的第一手資料，并及時建立地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。地下水動態(tài)監(jiān)測的主要任務(wù)主要是提供:地下水位日監(jiān)測數(shù)據(jù)、地鐵各個站點(diǎn)和區(qū)間的日排水量數(shù)據(jù)、排水含砂量數(shù)據(jù)等。

4.3 雜填土的處理

根據(jù)勘察資料，擬建場地雜填土厚度普遍達(dá)2m以上(最厚處可達(dá)4.6m)，局部雜填土含有大量的碎塊石、混凝土塊等，成分復(fù)雜、土質(zhì)不均、結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)較差，擬建車站基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及降水施工時，對雜填土較厚區(qū)域需加強(qiáng)圍護(hù)。

4.4 承壓水突涌的處理

擬建場地分布有第⑥、⑨層碎卵石層，且場地局部區(qū)域分布有第④j層含礫中粗砂層，其滲透性大，富水性強(qiáng)，水量豐富，且具有承壓性，承壓水頭較高。基坑開挖時，當(dāng)承壓含水層上覆土重減小易發(fā)生承壓水突涌現(xiàn)象，需采取有效的降水減壓措施，如采用懸掛式豎向截水與坑底井點(diǎn)降水相結(jié)合或懸掛式豎向截水與水平封底相結(jié)合等措施進(jìn)行。

4.5 結(jié)合基坑支護(hù)形式降水的處理

本工程基坑采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，由于擬建場地分布有厚度較大的碎卵石層，由于受該含水層底板標(biāo)高不同等情況的影響，該部分水如果處理不好將會帶出巖土層中大量的細(xì)顆粒物質(zhì)，致使地下連續(xù)墻樁成槽時基(坑)槽邊坡土層擾動，甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，所以降水施工時應(yīng)采取有效措施，如通過深井降水及時疏通成槽范圍內(nèi)土層的地下水，使其得以固結(jié)，以提高土體強(qiáng)度和自穩(wěn)性，防止成槽面土體失穩(wěn)，從而保證地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，保證基(坑)槽開挖和主體結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

4.6 地下局部異常水的處理

由于本工程擬建車站主要沿城市主干道布置，所以基坑開挖范圍內(nèi)及周邊分布可能存在個別已廢棄了的地下建(構(gòu))筑物，如地下室、防空洞等，由于其年久失修，且具體位置不明，長年累月其蓄水量大小不明，這就會給基坑安全帶來安全隱患，甚至造成基底巖土層擾動、基坑側(cè)壁或隧道側(cè)壁失穩(wěn)破壞，不僅影響工程進(jìn)度，還影響周邊環(huán)境，并使整個工程蒙受巨大損失。為避免此類情況發(fā)生，當(dāng)基坑或區(qū)間隧道開挖遇到不明地下建(構(gòu))筑物時別盲目去破壞，首先應(yīng)先查明其性質(zhì)，然后探明其中是否含水;其次，當(dāng)確定其中含水時，應(yīng)先查明其是否有穩(wěn)定的補(bǔ)給水源，若有則切斷其補(bǔ)給源(采取引排或封堵的措施)，然后再將其中的水排出;最后，當(dāng)以上工作需在站點(diǎn)基坑內(nèi)或區(qū)間隧道內(nèi)進(jìn)行時，應(yīng)預(yù)先準(zhǔn)備好臨時支護(hù)設(shè)施和緊急排水設(shè)施后方可進(jìn)行。

4.7 地下水的回灌

當(dāng)通過沉降監(jiān)測確定周邊建(構(gòu))筑物是由于基坑降水所引起之時，應(yīng)立刻進(jìn)行地下水回灌?；毓嗑c(diǎn)位的詳細(xì)布設(shè)方案應(yīng)根據(jù)周邊建(構(gòu))筑物具體發(fā)生的沉降情況來進(jìn)行確定。

4.8 降水井的后期處理

降水工程是地下工程施工的輔助工程手段。所以，降水工程竣工或完成其使用目的后，應(yīng)對降水設(shè)施(如施工圍擋、排水管線、臨時建筑及供電設(shè)施等)予以拆除或采取適當(dāng)處理措施，降水井和其它地下臨時工程措施應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處置[5-6]，并恢復(fù)原地貌。

5 結(jié)語

通過福州地鐵樹兜站降水工程實(shí)踐證明，為了保證深基坑工程開挖施工的順利進(jìn)行，減少對周邊鄰近建(構(gòu))筑物、道路、管線等的不利影響，必須結(jié)合基坑支護(hù)形式、降排水措施，通過采取地下水動態(tài)監(jiān)測、沉降監(jiān)測、設(shè)置止水帷幕以及地下水回灌等有效措施，從而確保工程能夠順利進(jìn)行。這說明在降水過程中，做到先保護(hù)措施到位，然后再進(jìn)行施工降水，并加強(qiáng)沉降監(jiān)測、對周邊環(huán)境影響的調(diào)查和分析、保護(hù)周邊環(huán)境及地下水位相對穩(wěn)定的上述保護(hù)措施是切實(shí)可行的。

[1]孫鈞.城市地下工程活動的環(huán)境土工學(xué)問題(上)[J].地下工程與隧道，1999，(3):2-6.

[2]孫鈞.城市地下工程活動的環(huán)境土工學(xué)問題(下)[J].地下工程與隧道，2000，(1):2-7.

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]JGJ/T111-98，建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5]孫迪.沈陽地鐵一號線(黃海路站～洪湖北街站)巖土工程勘察分析與評價.吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文，(2006).

[6]白振國，孫迪.沈陽地鐵南京街站降水工程對周邊環(huán)境的影響分析與評價[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2011，07:212.