天津某交通樞紐場(chǎng)地水文地質(zhì)特征與工程降水建議

周正禮

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

1 概述

1.1 工程概況

某交通樞紐位于天津市中心城區(qū)西北部,北臨子牙河,南臨西青道和南運(yùn)河,東至西站前街,西至復(fù)興路延長(zhǎng)線。該交通樞紐工程地下主要分為3個(gè)區(qū)域,即南廣場(chǎng)、北廣場(chǎng)和南北廣場(chǎng)之間的國(guó)鐵部分(圖1)。南廣場(chǎng)下基坑深度一般為10.30 m,其中,地鐵4號(hào)線西站站基坑深度為26.2 m,地鐵6號(hào)線西站站基坑深度為17.3～23.2 m；北廣場(chǎng)下基坑設(shè)計(jì)深度為9.50 m；主站房下基坑深度為12.90 m。故此,查清場(chǎng)地淺層地下水特征是非常必要的,是確保工程施工安全的關(guān)鍵因素。

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)特征

該交通樞紐場(chǎng)地埋深65.00 m范圍內(nèi),地基土按成因年代可分為9層,按力學(xué)性質(zhì)可進(jìn)一步劃分為14個(gè)亞層。具體地基土體特性及分布分別如表1和圖2所示。

圖1 天津某交通樞紐鳥(niǎo)瞰

2 水文地質(zhì)試驗(yàn)及地下水化學(xué)成分

根據(jù)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu),可以初步確定場(chǎng)地可大致劃分為4個(gè)含水段,分別是第1結(jié)構(gòu)層1、2亞層；第4結(jié)構(gòu)層；第6結(jié)構(gòu)層1、3亞層和第7結(jié)構(gòu)層第2亞層。工程鉆孔僅可以確定地下水的混合水位,4個(gè)含水段是否有水力聯(lián)系及各含水層的水頭高度難以確定,為此,開(kāi)展了專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)試驗(yàn)。水文地質(zhì)試驗(yàn)孔的布置如圖3所示,各井的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

2.1 單井抽水試驗(yàn)

試驗(yàn)中分別利用K1和K4作為抽水井進(jìn)行了抽水試驗(yàn),其他井作為觀測(cè)井,各井水位降深隨時(shí)間變化曲線分別如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5中可以清楚地看出,抽取第6結(jié)構(gòu)層和第7結(jié)構(gòu)層的地下水時(shí),對(duì)潛水的影響非常小；抽取第6結(jié)構(gòu)層中的地下水時(shí),第7結(jié)構(gòu)層地下水下降明顯；抽取第7結(jié)構(gòu)層地下水時(shí),第6結(jié)構(gòu)層地下水下降明顯,反映出第6結(jié)構(gòu)層中的地下水和第7結(jié)構(gòu)層中的地下水水力聯(lián)系密切。

表1 天津西站地層巖性特征

圖2 場(chǎng)地工程地質(zhì)斷面

圖3 試驗(yàn)井平面布置(單位：m)

表2 抽水井、觀測(cè)井結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖4 K1井作為抽水井水位降深隨時(shí)間變化曲線

圖5 K4井作為抽水井水位降深隨時(shí)間變化曲線

2.2 群井抽水試驗(yàn)

對(duì)于第7結(jié)構(gòu)層采用K4和K5兩口井作為抽水井,對(duì)于第6結(jié)構(gòu)層采用K1、K2和K3作為抽水井,各井抽水試驗(yàn)水位降深隨時(shí)間變化曲線分別如圖6、圖7所示。根據(jù)試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

圖6 K4和K5同時(shí)抽水水位降深隨時(shí)間變化曲線

(1)K1、K2、K3 群井抽水穩(wěn)定后,同層觀測(cè)井G1、G2水位降深大,說(shuō)明水平向滲透系數(shù)較大；

圖7 K1、K2和K3同時(shí)抽水水位降深觀隨時(shí)間變化曲線

(2)K1、K2、K3 群井抽水穩(wěn)定后,淺層觀測(cè)井G4、G5 水位均有一定變化,且越靠近抽水層(⑥層)其水位下降越大,說(shuō)明在群井抽水條件下,淺層潛水與下部承壓水有一定水力聯(lián)系,但不是很密切；

(3)K1、K2、K3 群井抽水穩(wěn)定后,⑦2粉砂層中觀測(cè)井G3,K4 和K5 三井的水位降深值大,說(shuō)明⑥層與⑦2層水力聯(lián)系密切,⑦1粉質(zhì)黏土層隔水效果很差,屬于弱透水層。

2.3 地下水的化學(xué)成分

為了確定場(chǎng)址區(qū)地下水化學(xué)成分及其pH值、礦化度等參數(shù),在場(chǎng)址區(qū)不同深度取地下水樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試,具體測(cè)試結(jié)果如表3所示,從中可得到如下規(guī)律：

(1)表層潛水的化學(xué)成分與下部地層中的地下水的化學(xué)成分差異明顯,反映出二者之間的水力聯(lián)系不明顯；

(2)第6結(jié)構(gòu)層上下兩個(gè)含水亞層的地下水化學(xué)成分基本一致,反映出⑥2層的隔水性能比較差,上下兩個(gè)含水亞層可以認(rèn)為是一個(gè)統(tǒng)一的含水層；

(3)第6結(jié)構(gòu)層的地下水和第7結(jié)構(gòu)層的地下水化學(xué)成分有差異,但差異不是特別大,反映出第6結(jié)構(gòu)層含水層和第7結(jié)構(gòu)層含水層的水力聯(lián)系十分密切,存在著相互補(bǔ)給的情況。

表3 地下水的化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與工程降水建議

(1)場(chǎng)址區(qū)淺層地下水可以分為潛水和承壓水2種類(lèi)型的地下水,其中承壓水又可以劃分為2層,即⑥層和⑦2層承壓含水層,各層地下水的靜止水位埋深分別為：潛水含水層-1.20 m；⑥層承壓含水層-2.56 m；⑦2層承壓含水層-2.23 m。

(2)場(chǎng)址區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)建議值如表4所示。

(3)試驗(yàn)中,各觀測(cè)井的水位變化及各層水化學(xué)特征表明：⑥、⑦2層承壓含水層間水力聯(lián)系密切,⑥2和 ⑦1粉質(zhì)黏土層隔水效果差；潛水含水層與承壓含水層間水力聯(lián)系微弱。

(4)除地鐵4號(hào)線西站站和地鐵6號(hào)線西站站

外,場(chǎng)址區(qū)其他地段基坑開(kāi)挖范圍都位于潛水段內(nèi),因此,潛水是基坑開(kāi)挖需要進(jìn)行地下水控制的主要對(duì)象,考慮到整個(gè)場(chǎng)地人工填土(主要指雜填土)厚度及成分極不穩(wěn)定,受人為影響因素較大。且在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)雜填土①1層的厚度較大,結(jié)構(gòu)松散,富水性好,若施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大強(qiáng)度降雨,雜填土①1層將蓄存大量積水,此時(shí)對(duì)工程疏干排水極為不利；基坑支護(hù)宜采用地下連續(xù)墻,坑內(nèi)降水為主,并布置適當(dāng)數(shù)量的減壓井對(duì)第6結(jié)構(gòu)層的地下水進(jìn)行觀測(cè),必要時(shí)抽水減壓。

表4 水文地質(zhì)參數(shù)

(5)地鐵4號(hào)線西站站和地鐵6號(hào)線西站站基坑開(kāi)挖范圍揭露⑥層承壓水,降水以降低該層地下水為主,但由于該層地下水與⑦2層地下水聯(lián)系密切,且兩層水之間的相對(duì)隔水層厚度較薄,因此,地下連續(xù)墻宜穿透⑦2,這樣就可以有效地控制地下水,防止基坑管涌、突涌等現(xiàn)象發(fā)生。

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