中建八局轨道交通建设有限公司 南京 210000
摘要：为解决粘土砂礓石富水地层止水帷幕设计及施工问题，以徐州轨道交通1号线某地铁车站施工过程为载体，从详勘情况、原设计方案、施工情况、补充勘察、变更方案、止水帷幕试验、实施效果全过程对粘土砂礓石富水地层止水帷幕施工工法进行探讨研究，提出从勘察设计施工方面的建议。
关键字：深基坑；粘土砂礓石；袖阀管注浆；高压旋喷桩；止水帷幕
1引言
随着经济和社会的发展，我国也越来越重视地下铁道的发展，并在北京、广州、深圳、上海等一线城市修建了大量地铁，南京、成都、杭州、西安、长沙、徐州等城市也在建或者筹建地铁。对于新建地铁的城市，因深基坑工程施工经验少，对当地工程水文地质条件掌握不充分，一般需经过试验段或1号线等充分试验，才能准确掌握当地工程水文地质情况，并选择合理的施工工法。
徐州市轨道交通建设伊始，目前1号线正在全面建设，2、3号线亦逐步展开施工，在建设过程中发现了粘土砂礓石富水地层，而针对粘土砂礓石富水地层国内外罕见，更无成熟的设计及施工经验。本文从徐州市轨道交通1号线某地铁车站的深基坑详勘、设计方案、施工情况、补充勘察、变更方案、止水帷幕试验、实施效果全过程进行分析、研究、讨论，以理论计算为载体，以现场实施效果为依据，提出深基坑粘土砂礓石富水地层止水帷幕从勘察、设计、到施工提出建议。
2、工程概况
2.1设计概况
徐州市城市轨道交通1号线程苏堤北路站位于淮海西路与苏堤北路交叉口北侧，横跨苏堤北路，车站沿淮海西路东西方向设置，为标准地下二层岛式车站。车站主体结构外包总长度248.8m，标准段外包宽度为19.7m，顶板覆土约3m，站台宽度11m，基坑深度16.643～18.293m。车站设2组风亭，4个出入口。苏堤北路站采用明挖顺筑法施工，围护结构形式采用钻孔灌注桩和内支撑，止水帷幕采用桩间止水（Φ800三重管高压旋喷桩），深度为地面下12.6m（深入（5）3-4粘土层不小于2.0m）。
2.2工程地质
场区范围内土层分布由上至下分别为：（1）1杂填土、（1）2素填土、（2）5-2砂质粉土、（2）4-2粉质粘土、（2）3-3可塑黏土、（5）3-4硬塑黏土、（5）4-3可塑黏土、（5）3-4硬塑黏土。其中，下层（5）3-4硬塑黏土中夹砂礓石，局部富集，含量达3%～10%，分布不均，欠均质。车站底板基本全部位于（5）3-4硬塑状粘土层中，部分位于（5）4-3可塑状粉质粘土中。
2.3 水文地质
本场区内地下水可分为松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于第四系土层内，分布于(1)层填土、全新世(2)层黏性土、粉土层中，地下潜水水位埋深1.30～3.50m。基岩裂隙水主要分布于基岩强风化及基岩破碎带、裂隙发育带。场区范围内的各地层的渗透系数详见表2-1。
表2-1 岩层渗透系数统计表
3、基坑开挖的异常情况
根据设计文件完成苏堤北路站围护结构钻孔桩、桩间高压旋旋喷桩、首道混凝土支撑和冠梁后，进行了基坑预降水（水位下降至8.0m）。基坑开挖至13.0m左右时，基坑开挖桩间侧壁无明显渗水，但基坑坑底出现明显涌水，故暂停基坑开挖。
根据详勘报告基坑开挖至（5）4-3粉质粘土（现场土层判别与详勘报告相符），基坑底（5）3-4粉质粘土和下部（5）3-4粘土均为微透水层，基坑开挖异常涌水现场与勘查资料不符。为确保基坑及周边环境安全，针对（5）4-3粉质粘土和（5）3-4粘土进行了水文地质补勘和抽水试验。
4、补充勘察情况
为进一步分析涌水原因地质补充勘察，主要内容包括钻孔现场勘察、室内渗透试验、现场抽水试验等。
4.1.地层补勘与鉴别
为在场地基坑内布置14个勘探点，全过程取土，钻孔深度8～38m，取样深度13～35m，取样间距2～3m。
经过鉴别取样孔的施工补勘，所鉴别 8～38m 范围内(2)3-3、(5)3-4、(5)4-3地层情况与初勘、详勘报告所提交地层情况基本一致 ，本次施工勘察揭露(5)-3-4 地层在埋深13～35m 之间分布砂礓，但砂礓在空间上没发现明显规律，钙质结核大小一般0.5～3.0cm，个别约5.0～8.0cm，零星断续分布，局部较集中，包裹在黏性土中。
4.2室内试验分析
本次野外共取样 49 件，完成渗透试验 49 组，测定砂姜含量 9 组。由室内渗透试验及砂姜含量测试成果可以看出：垂直渗透系数10-8～ 10-4cm /s之间，水平渗透系数也在10-8～ 10-4cm /s，砂礓含量19.2～32.6%不等，砂礓主要分布于17m以下地层，且分布无规律，部分砂礓石富集区（5）3-4地层渗透系数大，应属于中等透水层。
4.3抽水试验
本次抽水试验拟针对(5)3-4老粘土层中砂姜富集层，采用非稳定流方式抽水，进行三次降深，考虑到基坑开挖深度较大，构筑物底板埋深18m，位于(5)3-4粘土层中，抽水试验最大降深深于基坑开挖深度，以近似模拟基坑减压降水深度。
为准确地确定(5)3-4老粘土层中砂姜富集层的富水性及渗透性，采用多孔抽水试验求取其水文地质参数，布置1口抽水井（ZK1），5口观测井，其中承压水观测井2口（ZK2、ZK3），潜水观测井3口（ZK4、ZK5、ZK6），承压水观测井距抽水井的距离分别为5m、15m，潜水观测井距抽水井距离均为5m。井位详见抽水试验井位布置图4-1。
图4-1 抽水试验井位布置图
本次第一次降深抽水试验平均流量为300m3/d，抽水孔ZK1最大水位降深16.31m， ZK2、ZK3两个观测孔水位最大降深分别2.96m、2.03m；第二次降深抽水试验平均流量为276m3/d，抽水孔ZK1水位降深12.28m， ZK2、ZK3两个观测孔水位最大降深分别2.79m、1.97m；第三次降深抽水试验平均流量为228m3/d，抽水孔ZK1水位降深8.81m， ZK2、ZK3两个观测孔水位最大降深分别2.28m、1.65m；随后进行恢复水位观测。
通过抽水试验数据采用数值模型，综合分析工程区内工程地质、水文地质和地下水渗流场特征后，建立了符合工程区地下水渗流数值模型,并采用地下水流数值模拟软件visual modflow ，直接在计算机上创建地下水系统的水文地质数值模型，并进行模型的校正与识别，进而得出研究区（5）3-4的水文地质参数，详见表4-1。
表4-1 （5）3-4水文地质参数表
综上所得，该（5）3-4粘性土层的渗透系数 K为2.3～2.6m/d，导水系数T为45.08～50.96m2/d，压力传导系数a为3.38E+04～3.47E+04，储水系数μ为6.80E-5～7.50E-5。可见，虽然各观测孔离抽水主孔距离不同，但计算的参数差异较小，基本能代表该含水层的特性。因此，建议各项水文地质参数选用平均值，即（5）3-4粘性土层渗透系数K为2.45m/d(2.84*10-3cm/s)、导水系数T为48.02m2/d、压力传导系数a为3.43E+04，储水系数μ为7.15E-05。
5、处理方案比选
为解决基坑开挖过程中粘土砂礓石含水层的处理，我单位进行了广泛的调研，利用国内外成功止水帷幕方案，结合工程水文地质勘察、施工进度、周边环境等情况，拟采用的主要方案包括：基坑强降水、坑外补充苏地连墙止水帷幕、坑外补充钢板桩止水帷幕、坑外补充三周搅拌桩止水帷幕、坑外补充高压旋喷桩止水帷幕、坑外补充袖阀管注浆止水帷幕等。
根据拟采用方案，我单位从技术可行性、安全性、造价、工期等各方面进行比较，并咨询国内外相关著名专家，选取采用袖阀管注浆与高压旋喷桩综合处理技术，具体方案如下：
（1）已开挖及放坡段基坑（长约45m），采用坑外双排袖阀管注浆，注浆孔间距1m，设计扩散半径0.75m，双排注浆孔梅花型布置，注浆深度为地面下13m（与原桩间高压旋喷桩搭接0.6m）-地面下37.5m（进入中风化钙质页岩0.5m）。
（2）其余基坑坑外施做单排Φ650@300三重管高压旋喷桩，旋喷桩深度30-35m。
（3）东端头井基坑内进行裙边加固，采用袖阀管注浆法，注浆孔间距1m，设计扩散半径0.75m，注浆深度为基坑面以上1m-基坑底以下5.5m。
6、现场实施效果
6.1现场实施
根据制定方案，我单位进行了坑外高压旋喷桩和袖阀管注浆施工，施工完成后采用钻芯取样法对止水帷幕效果进行了验证，芯样抗压强度及渗透系数达到要求，取芯效果详见图6。
6.2基坑开挖效果
旋喷桩和袖阀管加固完成后恢复开挖，开挖过程中基坑坑底无涌水，但在基坑桩间（13.0m）出现了少量渗水，基坑正常开挖，无其他异常情况。
图6-1 取芯效果照片
7、粘土砂礓石富水区处理结论
（1）对于岩土工程学的常识粘土层为不含水层、不透水层，但在许多地区因粘土层中含有砂礓石等，造成粘土层成为含水层、透水层，需引起足够的重视，在勘察阶段需特别注意，做好抽水试验，准确判断水文地质情况。
（2）针对粘土砂礓地层中的水流方向、水头
高度、水利通道等在施工前需准确探明，为后期注浆或高压旋喷桩提供参数。
（3）袖阀管加固效果整体较好，但根据基坑开挖过程中显示部分水利通道位置在基坑侧壁存在渗水，在前期袖阀管注浆中需针对特别水利通道多次注浆、重复注浆，截断水利联系。
（4）针对粘土中砂礓石的不连续性，注浆加固效果存在不确定性，基坑开挖过程中需提前准备充足的应急物资、设备和人员。
（5）针对粘土砂礓石地层的高压旋喷桩成桩效果还需要通过试验进一步确定各项性能参数。
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作者简介：周永生，男，1980年，江苏徐州人，中国矿业大学建筑工程学院，研究方向：城市轨道交通技术。
论文作者:周永生
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/18
标签：基坑论文; 砂礓论文; 粘土论文; 水文地质论文; 帷幕论文; 注浆论文; 苏堤论文; 《建筑科技》2017年9期论文;