地鐵車站基坑工程水文地質勘察研究

謝 攀

近年來隨著我國城市經濟的高速發(fā)展和城市規(guī)劃的擴展，城市軌道交通建設正在進入高速發(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)對基礎工程的影響也日漸突出。根據《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，當水文地質條件對地基評價、基礎抗浮和工程降水有重大影響時，宜進行專門的水文地質勘察［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層為設備層，地下4層為站臺層。基坑開挖深度約為25 m，明挖法施工，采用鋼筋混凝土支撐和鋼支撐。主體結構圍護采用1 200 mm厚的地下連續(xù)墻，其中端頭井墻深為50 m，標準段墻深為48 m。根據設計要求，本車站主體結構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。本工程所在場區(qū)地基土為巨厚的第四紀松散沉積物，基坑開挖深度范圍內以含水量大、強度低、滲透性低的粘土、粉質粘土和淤泥質土為主，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確掌握擬建場區(qū)的水文地質條件，查明承壓含水層空間分布規(guī)律并求得相關水文地質參數，進而分析基坑降水產生的附加沉降規(guī)律，確定其對周邊環(huán)境的不利影響并加以預防和處理，最終實現基坑安全和環(huán)境安全的雙控制。

本文主要針對水文地質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難點。

2． 1 鉆探和靜力觸探試驗

水文地質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目的是為了進一步查明和確認水文地質勘察研究區(qū)域內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。據此在本次水文地質勘察研究區(qū)域內按三角形布置了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準貫入試驗，標貫試驗間距也定為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、滲透系數等數據進行對比分析。

2． 2 室內土工試驗

結合本地鐵車站基坑工程性質和水文地質勘察研究目的，進行包括常規(guī)物理性質試驗和滲透試驗等土工試驗項目，其中常規(guī)物理性質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內粉性土的顆分試驗確定不均勻系數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，為后期研究分析提供依據。本次室內土工試驗的具體操作和試驗儀器均按現行國家標準執(zhí)行［2］，分析評價所選用的參數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勘察研究的核心內容。通過抽水試驗可以測得各主要含水層的滲透系數、導水系數、貯水系數、壓力傳導系數等各項水文地質參數，并可查明抽水影響半徑和基坑開挖影響范圍內各主要含水層之間的水力聯系特征等。布置抽水試驗時，首先根據水文地質勘察研究目的，并結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條件和現場建筑物分布情況，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)泥漿護壁回轉鉆進，施工重點是控制縮徑與塌孔現象，確保工程質量。成孔完畢后根據設計及規(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。成井結束后采用活塞空壓機聯合洗井，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抽水井運行良好，以保障水文地質勘察研究的順利進行。

2． 4 孔隙水壓力監(jiān)測

為確定含水層相關水文地質參數，并探明各含水層之間的水力聯系，以群抽試驗中心為起點，按一定距離分別布設多組孔隙水壓力計，并在各主要土層中埋設水壓傳感器，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，鉆孔直徑宜為110 mm～130 mm，為有效防止鉆進過程中的落渣現象，在填土層或淺層其他松散土層中應下套管護孔，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)質風干粘土球。投放粘土球應緩慢均衡投入，以確保其隔水效果。在孔隙水壓力計埋設完畢后，在孔口處用隔水填料填實封嚴，以防止地表水滲入影響監(jiān)測數據精度。

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，布設地面沉降監(jiān)測點時需穿透地面結構硬殼層，沉降標桿采用φ25 mm螺紋鋼標桿，螺紋鋼標桿伸入原狀土60 cm以上，沉降標桿外側采用內徑大于13 cm的金屬套管或者PVC管予以保護。保護套管內的螺紋鋼標桿間隙用黃砂回填。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，螺紋鋼標桿頂部應在管蓋下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傳感器，從而在抽水試驗期間，利用變形監(jiān)測數據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，鉆孔直徑根據多點位移計測頭的配置數量決定，鉆孔深度則比設計要求深200 mm～500 mm，目的是防止鉆進過程中產生的沉渣減小孔深。安裝儀器前應進行清孔和測深，條件允許時孔壁要沖洗干凈。多點位移計埋設完畢后進行孔底灌漿。回填砂漿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，往灌漿管內注入砂漿，砂漿要由下向上泛漿，在灌漿的同時排出孔內的氣體，使砂漿順利上泛，孔內不會產生空隙。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 結語

地下水的賦存和滲流形態(tài)對深基坑基礎工程的影響重大，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，故需進行水文地質勘察研究較為精確地探明承壓水空間分布規(guī)律、相關水文地質參數及各層之間的水力聯系性質，全面評估降低承壓水位對周邊環(huán)境安全的負面影響。

本文結合具體工程實例，進行深基坑工程水文地質勘察研究，主要對所使用的鉆探、靜力觸探試驗、室內土工試驗、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，土工試驗方法標準［S］．

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