對粉質(zhì)粘土地層降水回灌技術(shù)的研究

李少平

摘要：結(jié)合濟(jì)南地鐵閆千戶車站項(xiàng)目的實(shí)際施工情況，分析了粉質(zhì)粘土地層和降水難點(diǎn)，通過在粉質(zhì)粘土地層采用降水回灌技術(shù)，提高基坑水位平衡，從而有效控制基坑施工監(jiān)測的數(shù)據(jù)，為基坑開挖安全提供強(qiáng)有力數(shù)據(jù)及技術(shù)保障，降低了基坑周邊建筑物沉降等施工風(fēng)險，該施工方法取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： Combined with the actual construction of Ji'nan Metro Yanqianhu Station project， the silty clay stratum and precipitation difficulties are analyzed. By using precipitation and recharge technique in the silty clay stratum， the water level balance of the foundation pit is improved， and the foundation pit construction monitoring data is effectively controlled， which provides strong data and technical support for the safety of foundation pit excavation， and reduces the construction risk of buildings surrounding the foundation pit and other construction risks. This construction method has achieved good economic benefits.

關(guān)鍵詞：地鐵施工;基坑降水;回灌;粉質(zhì)粘土

Key words： subway construction;foundation pit precipitation;recharge;silty clay

中圖分類號：TU753.66 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0124-04

1 ?工程概況

閆千戶站坐落于濟(jì)南市匡山小區(qū)中路和張莊路的交叉位置，是M1線和R2線的地鐵換乘站。M1線車站坐落于第一茶葉市場西側(cè)的位置，車站的形狀為T字型，其地下結(jié)構(gòu)為島式三層站臺車站;R2線車站順著張莊路北側(cè)走向，呈東西方向，地下結(jié)構(gòu)為島式二層站臺車站;換乘站的標(biāo)準(zhǔn)段坑底位于14-1硬塑粉質(zhì)黏土層中，采用明挖順作法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用鉆孔排樁，止水帷幕采用旋噴止水。本工程地下水穩(wěn)定水位埋深2.1～2.6m，高程介于25.22～26.25m之間。

2 ?粉質(zhì)粘土地層分析

2.1 底層結(jié)構(gòu)

擬建場地地基土分布自上而下如下：1-1雜填土層、1-2素填土層、7黏土、7-1粉質(zhì)黏土、10-1粉質(zhì)黏土、14-1粉質(zhì)黏土、19-1全風(fēng)化閃長巖、19-2強(qiáng)風(fēng)化閃長巖、19-3中風(fēng)化閃長巖。各個地層的巖性特征如下：

1-1雜填土：該層廣泛分布，雜色，松散～稍密，稍濕，主要為混凝土塊、碎磚塊、碎石及少量黏性土組成沿線人工填土厚度變化較大，強(qiáng)度不均勻，自穩(wěn)能力差。由于受城市建設(shè)的影響，多次回填改造，回填年限5～10年不等。

1-2素填土：該層局部分布，灰黑色-黃褐色，松散～稍密，稍濕，其中0.0～0.5m為原路面，主要由瀝青及磚塊組成，0.5～1.0m主要為黏性土及碎石組成。

7-1粉質(zhì)黏土：該層廣泛分布，灰褐～淺灰色，軟塑～可塑，可見鐵錳氧化物，含少量小徑姜石。

10-1粉質(zhì)黏土：該層廣泛分布，黃褐～褐黃色，可塑～硬塑，含有鐵錳質(zhì)氧化物，針狀孔隙發(fā)育，偶見小姜石。

14-1粉質(zhì)黏土：呈現(xiàn)褐黃～棕黃色，該層分布廣泛，硬塑～可塑性，含有較多鐵錳氧化物，含有小徑碎石。

19-1全風(fēng)化閃長巖：該層廣泛分布，灰綠色，巖石的風(fēng)化嚴(yán)重，原巖構(gòu)造、結(jié)構(gòu)大部分被破壞，形成巖石礦物嚴(yán)重的風(fēng)化蝕變，且?guī)r芯出現(xiàn)砂土狀，巖芯采取率70～90%。

19-2強(qiáng)風(fēng)化閃長巖：該層分布較為普遍，巖芯呈砂礫狀、短柱狀。

19-3中風(fēng)化閃長巖：該層分布較為普遍，灰黃色～灰綠色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分（斜長石、角閃石）少部分蝕變，風(fēng)化節(jié)理、裂隙較發(fā)育，局部見方解石巖脈，巖芯呈柱狀、短柱狀。

2.2 沿線地下水分類

根據(jù)場地內(nèi)地層巖性、結(jié)構(gòu)、地下水的賦存條件，沿線地下水可分為二類：①第四系松散層孔隙潛水：主要含水層為1-1層、1-2層，7-1層、10-1層、14-1層等。其中1-1層、1-2層人工填土底部、10-1、14-1層粉質(zhì)黏土為主要含水層，7-1層粉質(zhì)黏土富水性和滲透性相對較小。②基巖裂隙承壓水：賦存于第四系下伏基巖裂隙中和構(gòu)造裂隙中，屬基巖裂隙承壓水類型，具有微承壓性，含水層主要為19-1層和19-2層，相對隔水頂板14-1層粉質(zhì)黏土。強(qiáng)風(fēng)化閃長巖厚度6.8～28.5m，裂隙發(fā)育，風(fēng)化程度較高，地下水滲流明顯，還儲存了地下水，該層基巖裂隙水的含水層厚度很大，因此表現(xiàn)為較強(qiáng)的富水性特點(diǎn)。以下19-3層和20-3層的巖體較完整，裂隙不發(fā)育，可視為不含水且不透水的相對隔水層。

2.3 對粉質(zhì)粘土地層的分析

閆千戶站位周邊多以2-5層較低矮層的建筑物為主，建筑年代久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)形式差，受不均勻沉降敏感性強(qiáng)。地質(zhì)條件中上覆土層具有液限較低、塑性指數(shù)小，壓縮指數(shù)低的特點(diǎn)，遇水情況下，土層極易呈流動的泥濘狀，降水情況下，固結(jié)沉降量大，極易造成建筑物不均勻沉降。地下水形式多以第四系松散層孔隙及下伏基巖裂隙中的潛水類型，埋深為地下2m，水頭較高。

3 ?基坑開挖方案

閆千戶站基坑開挖采用明挖順作法進(jìn)行施工，R2線標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為18.36m，端頭端開挖深度約為20.30m;M1線車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約為26.51m，端頭井開挖深度約為27.49m?？v向開挖基坑時，使用多級放坡開挖的方法，縱向坡度小于1：3，且要依據(jù)支撐豎向間距來決定分層的厚度，根據(jù)支撐水平間距來決定平臺寬度，且平臺寬度要大于6m。分段、限時開挖并設(shè)置支撐?？v向坡應(yīng)還要開展人工修坡，對于可能遭受暴雨沖刷或暴露時間長的縱坡要使用避免縱向滑坡的技術(shù)措施。對于施工工期長且周圍環(huán)保要求高的部位，要減小放緩縱向土坡的坡度，應(yīng)該在邊坡采用鋼絲網(wǎng)水泥噴漿等措施，來強(qiáng)化邊坡的護(hù)坡質(zhì)量。當(dāng)邊坡處于浜填土位置時，可通過土體加固等方法來對土體性質(zhì)加以改善，然后開展放坡開挖作業(yè)。R2線車站有兩段基坑開挖采用蓋板半逆作法施工，先沿蓋板半逆作區(qū)施工鋼板樁，再區(qū)域內(nèi)開挖表層土到一定標(biāo)高，澆筑施工蓋板，再進(jìn)行暗挖法開挖。

4 ?粉質(zhì)粘土地層降水難點(diǎn)

4.1 基坑面積大且較深

本工程的基坑屬于深基坑，開挖深度達(dá)二十多米，開挖深度大且開挖面積也大。R2線的主體開挖內(nèi)徑規(guī)模為485m×21.3m，面積約達(dá)到9568.9m2，其以后作為二層地下島式站臺式車站，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約18.36m，端頭井基坑開挖深度約20.3m;M1線為地下三層島式站臺車站，主體規(guī)模200.5m×21.7m（內(nèi)徑），基坑面積約為4168.5m2，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約26.51m，端頭井的底板開挖深度約為27.49m。

4.2 地下水水量較豐富

本車站基坑開挖涉及的地下水為第四系松散層孔隙潛水及基巖裂隙微承壓水，孔隙潛水含水層主要地層為10-1、14-1層粉質(zhì)黏土層等;裂隙承壓水含水層主要為19-1層全風(fēng)化閃長巖和19-2層強(qiáng)風(fēng)化閃長巖，全～強(qiáng)風(fēng)化閃長巖厚度10～15m，局部厚度達(dá)20～30m，裂隙發(fā)育，風(fēng)化程度較高，便于地下水儲存和地下水產(chǎn)生滲流，這層基巖裂隙水富水性很強(qiáng)且含水層厚度很大。

4.3 做抗突涌設(shè)計

由于19-2強(qiáng)風(fēng)化閃長巖為承壓含水層，上部相對隔水層為14-1粉質(zhì)粘土層，14-1層沿車站縱向厚度變化較大，小里程最厚處達(dá)9.8m，大里程最薄處約2.3m，基坑降水設(shè)計應(yīng)充分考慮在基坑開挖過程中19-2層承壓水層發(fā)生突涌的風(fēng)險，R2線需要做抗突涌設(shè)計。

4.4 降水難度大

基坑采用旋噴樁止水帷幕，止水帷幕底深入強(qiáng)風(fēng)化閃長巖隔水層中，沒有隔斷了坑內(nèi)承壓含水層與外界含水層之間的水力聯(lián)系，增加了地下水控制的難度。

由于14-1層為相對隔水層，具有一定的透水性，上部第四系孔隙潛水與下部基巖裂隙承壓水具有一定的水力聯(lián)系，存在越流補(bǔ)給，增加了基坑降水的難度

基坑施工，在一定范圍內(nèi)改變了地下水的滲流路徑和分布狀態(tài)，因此，考慮人工回灌對地下水資源進(jìn)行保護(hù)，結(jié)合勘查資料，基坑范圍20～30m以上全部為粉質(zhì)粘土，透水性較小，地下水回灌存在一定難度。

5 ?基坑降水回灌施工技術(shù)

5.1 基坑外降水回灌過程的施工原理

把水注進(jìn)灌井內(nèi)部，這樣井附近的地下水位Hc便持續(xù)升高，升高以后的水位叫做回灌水位hc，因地下水位和回灌井里的回灌水位間具有水頭壓力差，流入回灌井內(nèi)的水才會朝著含水層產(chǎn)生滲流作用。在注入量和滲流量達(dá)到平衡以后，回灌水位就穩(wěn)定下來，不再持續(xù)升高了，這時在回灌井周圍產(chǎn)生水位上升錐，這個形狀和抽水的下降漏斗非常相像，但方向卻是相反的。此時，和周圍水位相比，回灌井里的回灌水位最高，內(nèi)部水朝著四周流動，回灌水位不斷變小，最終和地下水位重合，從回灌井中心軸線到重合點(diǎn)的距離叫做回灌影響半徑Rc。地下水位H和回灌水位hc間的差，叫做水位升幅Sc，回灌效果示意圖如1所示。

含水層的滲透性直接相關(guān)著回灌井的回灌量，如果含水層的滲透性差別很大，則井的回灌量也不同。在達(dá)到一定回灌效果和保證回灌量的前提下，若含水層的滲透性好，則回灌井內(nèi)需回灌的水位就少，反之若含水層的滲透性差，則需回灌的水位就高。

5.2 基坑外回灌系統(tǒng)的設(shè)置

本工程的回灌水由抽水井提供，回灌的目的層是10-1粉質(zhì)黏土層，在回灌系統(tǒng)作業(yè)時，在灌井上上安裝一些列的回灌設(shè)備及儀表，主要包括回灌系統(tǒng)設(shè)備、回水閥、止水閥、壓力表、水表等。該系統(tǒng)工作時，降水井首先進(jìn)行抽水，這些水流入集水箱，在集水箱里，水體中的泥沙進(jìn)行沉淀，在經(jīng)過水泵進(jìn)行抽水，然后流入電控全自動清洗過濾器，水體進(jìn)行過濾，然后流入壓力罐，流過分水器后，流入回灌井，由壓力罐壓力自動控制與集水箱水位計對水泵的啟動停止進(jìn)行控制，由壓力變送器與電磁流量計把信號遠(yuǎn)程輸送到監(jiān)測中心。

5.3 回灌系統(tǒng)的管理 ?回灌井口要進(jìn)行密封，以使回灌過程中不出現(xiàn)漏水的情況，回灌的壓力也要嚴(yán)格控制，不能太大，在灌流量增加不顯著時，也不要加大回灌壓力，否則會在回灌井附近產(chǎn)生突涌情況，導(dǎo)致回灌井結(jié)構(gòu)被破壞;回灌水不可污染地下水，采用干凈水，不可是污染水;最好采用同層回灌，將抽出的地下水經(jīng)沉淀后回灌到同一地層;回灌水中不可含有土、砂和其它雜質(zhì)等固體物質(zhì)，這些物質(zhì)會對回灌效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

5.4 回灌井的設(shè)計

本工程中，使用高壓旋噴樁作為止水帷幕，在基坑開挖時，回灌井順著基坑的兩側(cè)設(shè)置，總計設(shè)置36口回灌井，回灌井孔徑600m，材質(zhì)鋼管，外井徑377mm，回灌井深20m，井間距約30m，回灌井與圍護(hù)內(nèi)側(cè)降水井間距不小于10m?；毓嗑牟贾脩?yīng)以避開管線為原則，回灌做好采用無壓回灌，需根據(jù)回灌試驗(yàn)確定。現(xiàn)場施工中可以先施工1口回灌井，做回灌試驗(yàn)，確定回灌壓力（無壓還是有壓）、回灌層位、回灌井?dāng)?shù)目、回灌水量、回灌位置等。