天津濱海新區(qū)某深大基坑工程的水文地質(zhì)勘察和分析評價

屈新文

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

1 工程概況

1.1 工程概況

天津濱海新區(qū)某深大基坑工程位于規(guī)劃的濱海新區(qū)某中心商務(wù)區(qū)的北端,位于海河北岸,東、西、南三面環(huán)水?？偨ㄖ娣e約為158 700 m2,設(shè)計為地下三層。

其中,規(guī)劃的三條地鐵線A、B、C交匯于本基坑工程,形成交通樞紐。城際鐵路也引入該基坑工程,車場位于地下二層,大致呈南北走向；其東側(cè)緊鄰并行規(guī)劃地鐵A線,規(guī)劃地鐵B線于于家堡站西側(cè)通過,大致呈南北走向；規(guī)劃地鐵C線大至呈東西走向,從B線、城際站場、A線下方穿過。

該基坑工程將成為濱海新區(qū)商務(wù)核心區(qū)最主要的出租、鐵路、城市軌道交通的綜合換乘站。

1.2 設(shè)計概況

城際車場、A線和B線位于地下二層,A線同城際鐵路站臺層基坑深度約21 m,B線基坑深度約17 m；C線位于地下三層,基坑深度約28.5 m；配套的社會停車場、出租車場等區(qū)域基坑深度為約10～17 m。

設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為地下連續(xù)墻；大部分為明挖法施工,部分為蓋挖法；設(shè)計預(yù)計采用的抗拔樁從結(jié)構(gòu)底板算起約為40～65 m。

2 水文地質(zhì)勘察需要解決的問題

查明場地的水文地質(zhì)條件,是基坑工程設(shè)計施工的關(guān)鍵,直接影響到工程的成敗。要求勘察階段詳細(xì)查明場地隔水層、含水層的分布范圍；詳細(xì)查明各層地下水的水位、水量、滲透系數(shù)和影響半徑等水文地質(zhì)參數(shù)；詳細(xì)查明各層地下水的水力聯(lián)系；詳細(xì)查明各層水的腐蝕性。同時要求勘察單位結(jié)合擬建工程場地的水文地質(zhì)條件,對設(shè)計和施工給出合理的分析評價和措施建議。

3 場地的地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

工程所處地區(qū)為沖海積平原,地形平坦開闊,工程周圍現(xiàn)均為既有建筑,地面高程一般-0.49～0.21 m,相對高差一般小于2 m。

3.2 地層巖性

勘探揭示,場地范圍內(nèi)表層為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Qml),下為海陸交互相地層。具體分布如下。

分布在地表層的第四系全新統(tǒng)人工填土層：主要為雜填土及素填土,深度0.6～3.2 m。

深度3.2～22 m：為第Ⅰ陸相層(Q13al)、第Ⅰ海相層(Q42m)和第Ⅱ陸相層(Q41h+al)層,地層以粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主,其次零星分布的粉土層多以透鏡體形式存在,水平和垂直方向分布不連續(xù),厚度一般為0～4.4 m,構(gòu)成上部潛水含水層。

深度22～25 m：為第Ⅱ陸相層(Q41h+al)層,地層以粉質(zhì)黏土、黏土為主,構(gòu)成上部潛水層與下部承壓水層的相對隔水層。

深度25～58 m：為第Ⅲ陸相層(Q3eal)、第Ⅱ海相層(Q3dmc)、第Ⅳ陸相層(Q3cal),地層以粉細(xì)砂、粉土為主、其次零星分布的粉質(zhì)黏土及黏土透鏡體。平均厚度約30 m的粉土、粉細(xì)砂層，構(gòu)成本基坑工程范圍的主要含水層,對設(shè)計施工的影響最大,也是水文地質(zhì)勘察的重點。

深度58～90 m：為第Ⅳ陸相層(Q3cal)、第Ⅲ海相層(Q3bm)、第Ⅴ陸相層(Q3aal)和第Ⅳ海相層(Q23mc),巖性以粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)黏土和黏土呈互層狀存在。其中的粉土、粉砂層構(gòu)成了下部含水層。

綜合分析：本基坑工程地層特點是,海相層較厚,陸相沉積地層對較薄,約25 m以上主要為黏性土,以下主要為粉土、粉細(xì)砂,局部分布黏性土層。地層和含水層大致分布情況見圖1。

圖1 代表性地質(zhì)剖面

3.3 水文地質(zhì)條件的區(qū)域性認(rèn)識

受基底構(gòu)造、地層巖性和地形、地貌、氣象以及海進(jìn)、海退等綜合因素影響,天津地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜。場地內(nèi)地下水類型可分為淺層地下水和深層承壓水。對本工程影響較大的主要為淺層地下水,淺層地下水又分為上部潛水層和下部承壓水層。粉土、粉細(xì)砂層構(gòu)成含水層,黏性土層構(gòu)成相對隔水層。

4 水文地質(zhì)試驗工作量及成果

4.1 試驗井工作量及井的布置

本次針對該基坑范圍地下水進(jìn)行專項的水文地質(zhì)勘察,為查清場地的潛水層、承壓水層水文性質(zhì),布置大口徑群井抽水一處。

依據(jù)本場地的工程地質(zhì)條件、含水層組的埋藏深度與分布特征，以及場地現(xiàn)場條件,布置抽水井和觀測井。

在潛水層布置1口觀測井(G3)。

⑦2、⑦4、⑦9層26.5～33.9 m承壓含水層布置1口觀測井(G4)。

⑧4、⑧5層33.9～51.0 m承壓含水層布置5口井(抽水井K1～K3；觀測井G1～G2)。

⑧4、⑧5、⑨2、⑨4混合層51.6～58.8 m承壓含水層布置1口觀測井(G5)。

⑩2、⑩4混合層62.2～69.9 m微承壓含水層布置1口觀測井(G6)。

施工井群平面布置見圖2。

圖2 井群平面布置(單位：m)

井的結(jié)構(gòu)剖面見圖3。

圖3 井結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

4.2 資料整理分析

(1)單井抽水試驗分析

不同流量下的單井抽水試驗進(jìn)行了2次降深,當(dāng)Q=26.5 m3/h,主抽水井的水位降深為6.04 m；當(dāng)Q=53.42 m3/h時,主抽水井的水位降深為11.48 m。即而可得S-Q的關(guān)系(如圖4所示),計算得K1井的單位涌水量約為1.16 L/(s·m)。在抽水層中,各觀測井的水位與觀測井與抽水井距離的關(guān)系如圖5所示。當(dāng)用小流量抽水時，其影響半徑為100.4 m；當(dāng)用大流量抽水時,其影響半徑為102 m。

圖4 S-Q關(guān)系曲線

圖5 各觀測井的水位與觀測井與抽水井距離的關(guān)系

利用承壓水非完整井穩(wěn)定流理論可以計算得到⑥2至⑨2層(20.7～58.8 m)混合含水層的滲透系數(shù)為

式中：m1,m2為過濾器中部到隔水層的距離；l為過濾器長度；A與a的關(guān)系可以通過曲線圖求得。

通過單井試驗結(jié)果根據(jù)上式求得混合含水層(⑥2至⑨4層)的滲透系數(shù)為K=4.56 m/d。

(2)群井抽水試驗

利用K1,K2和K3三口井同時抽水,其他井作為觀測井。

三口抽水井啟動抽水后,每口井的出水量比較穩(wěn)定,K1井平均出水量為25.5 m3/h,K2井平均出水量為35.5 m3/h,K3井平均出水量為13.2 m3/h,群井抽水試驗抽水持續(xù)7 d,井的出水能力并無衰減。三口井同時運(yùn)行后,平均總出水量約為74.2 m3/h,每日出水量約1780.8 m3/d。

(3)水力聯(lián)系分析

G4,G5和G6三井的水位降深值大,說明各承壓含水層間水力聯(lián)系密切,而G3水位基本未變化,說明潛水含水層與各承壓含水層間水利聯(lián)系微弱。觀測井G6水位降深達(dá)到5.91 m,說明其上覆隔水層隔水效果差。

(4)水位恢復(fù)試驗

在群井抽水試驗(K1、K2和K3同時抽水)結(jié)束后,對每個觀測井的水位均進(jìn)行了水位跟蹤觀測,直到水位穩(wěn)定為止。

通過分析得出下述結(jié)論：水位恢復(fù)10％,大約需要3 min；水位恢復(fù)20％,大約需要8 min；水位恢復(fù)60％,大約需要5 h。

(5)水文試驗

各層水的靜止水位如下。

潛水含水層：1.43 m。

⑦2、⑦4、⑦9微承壓含水層：8.00 m。

⑧4、⑧5微承壓含水層：9.00 m。

⑧4、⑧5、⑨2、⑨4微承壓含水層靜止水位：9.10 m。

⑩2、⑩4微承壓含水層靜止水位為9.62 m。

根據(jù)單井抽水試驗結(jié)果,計算得到了抽水井的影響半徑范圍為100 m,深度50.00 m的抽水井的單位涌水量為1.16 L/s·m,通過單井試驗結(jié)果，混合含水層的滲透系數(shù)為k=4.56 m/d。

通過群井抽水試驗數(shù)值模型的識別與驗證,水頭隨時間的動態(tài)變化可以看出,模擬計算的曲線與實際觀測的曲線擬合很好,說明單井抽水試驗取得的水文地質(zhì)參數(shù)真實的反映了含水層的水文地質(zhì)特性。

通過單井試驗及群井試驗數(shù)值反演結(jié)果,場地的水文地質(zhì)參數(shù)建議采用表1的數(shù)據(jù)。

表1 群井抽水試驗成果

群井試驗中,各觀測井測得的水位變化表明，各承壓含水層間水力聯(lián)系密切,而潛水含水層與承壓含水層間水力聯(lián)系微弱。

通過水位恢復(fù)試驗分析得出下述結(jié)論：水位恢復(fù)10％,大約需要3 min；水位恢復(fù)20％,大約需要8 min；水位恢復(fù)60％,大約需要5 h。

5 建議

場地地質(zhì)條件復(fù)雜,加上工程的重要性,建議選擇具備相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行專項的降水設(shè)計和降水施工。

地下一層挖深10 m部分基底位于第Ⅰ海相層的淤泥質(zhì)土和黏性土層中，考慮采用疏干井疏干上部潛水層,維持干槽作業(yè)即可；經(jīng)初步計算,下部承壓水含水層對基底滲流穩(wěn)定沒有影響,不必設(shè)置減壓井；地連墻深度可不必考慮封閉下部的承壓水含水層,滿足穩(wěn)定性要求即可。

地下二層挖深17～21 m基底大部分位于第Ⅰ海相層和的黏性土層中,部分位于第Ⅱ、Ⅲ陸相層的粉土承壓含水層中；地下三層挖深28.5 m基底大部分位于第Ⅲ陸相層的粉砂承壓含水層中。除維持疏干井疏干潛水以外,必須考慮下部承壓水對基底滲流穩(wěn)定性的影響,需設(shè)置減壓井。

疏干井的深度應(yīng)針對不同挖深段，結(jié)合含水層分布情況分別考慮,原則上深度不要超過14 m；以最大限度地拉大井底深度與下部承壓水頂板之間的距離,避免溝通下部承壓水為宜；疏干井與坑底之間的潛水可采用集水明排解決。

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