N-JET隔斷車站基坑深層承壓水的應(yīng)用

楊 暾

(北京龍浩地下工程科技開發(fā)有限責(zé)任公司，北京 102200)

1 概述

目前車站基坑涉及的承壓水主要有以下兩層：第Ⅰ1層孔隙承壓水(主要賦存于⑤層粉土、⑥2T層砂質(zhì)粉土層中)，第Ⅰ2層孔隙承壓水(賦存于⑧層粉細(xì)砂土中)。目前承壓水處理的方案主要有以下兩種：對于第Ⅰ1層孔隙承壓水，由于其埋深不大，主要以隔斷為主。對于第Ⅰ2層孔隙承壓水，由于車站埋深不大，承壓水降深不大，采用降水對周邊環(huán)境影響不大，主要以降水為主。由于車站基坑降水降深不大，對于降水對周邊環(huán)境的影響研究相對不足，經(jīng)驗(yàn)較為缺乏。隨著后期部分車站的埋深越來越大，同時(shí)部分車站的第Ⅰ1層孔隙承壓水埋深相對較淺，承壓水的處理變得越來越為突出。如采用隔斷承壓水的措施，將大幅度提高工程投資，在周邊環(huán)境要求不高的情況下，工程缺乏經(jīng)濟(jì)性。如采用降水方案，對周邊環(huán)境的影響難以較為精確的分析和預(yù)測，具有一定的安全隱患，影響方案的正確決策。天津地區(qū)多個(gè)建筑基坑及地鐵基坑觀測發(fā)現(xiàn)，長時(shí)間大深度降水時(shí)，在較大的深度范圍的土層內(nèi)都存在越流現(xiàn)象，并且出現(xiàn)較大的地表沉降，基于沉降計(jì)算，提出針對不同環(huán)境安全等級條件下的地下連續(xù)墻深度優(yōu)化方案[1]；寧波兒童公園地鐵車站為隔斷承壓水層，采用加深地墻深度方案，地墻深度76 m～77 m，采用銑接頭，大幅6.6 m寬，小幅2.2 m，先施作大幅，每側(cè)需銑掉0.3 m，銑后大幅寬6 m，小幅寬2.8 m，一幅兩撐困難，考慮設(shè)鋼圍檁，鋼圍檁施工工期較長，地墻變形大，造價(jià)高，并進(jìn)行3段110 m超深地下連續(xù)墻試驗(yàn)，對地下連續(xù)墻成槽關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和研究[2]；目前隔水帷幕有高壓旋噴排樁，但普通三重管高壓旋噴法施工深度最深為30 m，樁徑為1.5 m，無法達(dá)到深層隔斷承壓水的效果[3]。

2 工程概況

南高教園區(qū)站5-ⅠB區(qū)主要是Ⅰ1/Ⅰ2層孔隙承壓水，承壓水厚度約為25 m～33 m。第Ⅰ1層孔隙承壓水主要賦存于⑤3a及⑤4b層粘質(zhì)粉土中，其他零星賦存于⑥4a層粉砂、⑥4b層圓礫及⑦1T層粉土層中。⑤3a及⑤4b層承壓水分布于鄞縣大道及南側(cè)，含水層頂板埋深約26 m～37 m，厚度較大，一般厚度為10 m～20 m，因其粘粒含量較高，且常夾有粉質(zhì)粘土薄層，富水性一般，單井涌水量一般小于50 m3/d；第Ⅰ2層孔隙承壓水賦存于⑧3a粉砂及⑧3b圓礫層土中，水量一般較豐富，單井開采量約1 500 m3/d～1 800 m3/d，但因⑧層中常夾有⑧3T層粉質(zhì)粘土，造成本層含水層富水的不均勻性。其中⑤3a/⑤4b層砂質(zhì)粉土滲透系數(shù)約2.5×10-4cm/s/4×10-5cm/s；⑥4a層粉砂與⑥4b層圓礫滲透系數(shù)約5.0×10-4cm/s/5.5×10-4cm/s；⑦1T層粉土層滲透系數(shù)為2.0×10-4cm/s，屬弱透水層；⑧3a粉砂及⑧3b圓礫層滲透系數(shù)為1.0×10-3cm/s/1.0×10-2cm/s?；?-4軸圍護(hù)墻趾插入⑧3b層，⑧3a粉砂及⑧3b圓礫層承壓水的抗?jié)B流系數(shù)0.919<1.1，不滿足要求?；?-20軸圍護(hù)墻趾插入⑧3b圓礫及⑧3T粉質(zhì)粘土，⑧3a粉砂及⑧3b圓礫層承壓水的抗?jié)B流系數(shù)0.947<1.1，不滿足要求。針對⑧層承壓水層抗?jié)B流不滿足情況，提出采用新型大直徑高壓旋噴樁N-JET隔斷深層承壓水的方案。

3 N-JET工法原理

N-JET又稱新型超級大直徑高壓旋噴樁施工工法是最新研發(fā)的工法，本施工工法是通過鉆桿全方位旋轉(zhuǎn)或角度旋轉(zhuǎn)、向上提升、變換提升等方法結(jié)合多噴嘴角度噴射操作，可形成圓形、扇形、網(wǎng)格狀圓形、網(wǎng)格狀扇形的樁體形狀。

N-JET工藝特點(diǎn):1)成樁速度快、質(zhì)量好和材料使用少；噴氣、噴漿的結(jié)合及交叉噴射攪拌提高效率，從而縮短施工時(shí)間，使施工所需水泥的使用量和排漿量減少。2)成樁的多樣性，加固的樁體形狀有4種類型：圓形、扇形、網(wǎng)格狀、自由組合。3)經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)；施工時(shí)間、水泥使用量、排泥量的減少，使施工成本下降。4)可實(shí)現(xiàn)大深度地基的改良，最大深度達(dá)100 m以上，樁徑質(zhì)量好。

4 基坑布置N-JET設(shè)計(jì)

本文以南高教園區(qū)站5號線車站西端5-ⅠB區(qū)基坑，南高教園區(qū)站5號線結(jié)構(gòu)圍護(hù)基坑存在⑤層、⑧層承壓水隔斷問題，⑤層承壓水已被地墻隔斷，⑧層承壓水未被地墻隔斷，且基坑坑底抗?jié)B流穩(wěn)定系數(shù)0.919<1.1，不滿足要求。由于5-ⅠB(含盾構(gòu)井)距離周邊理工學(xué)院宿舍樓和東裕小區(qū)較近，采用降承壓水措施存在風(fēng)險(xiǎn)較大，因此考慮該區(qū)域地墻墻趾以下采用新型的超級旋噴樁(N-jet工藝)止水切斷8-3層水力通道，從源頭避免降水對周邊建(構(gòu))筑物和道路、管線影響，見圖1～圖3。

5 抽水實(shí)驗(yàn)

基坑開挖前，為驗(yàn)證N-jet高壓旋噴樁對5-ⅠB區(qū)⑧層承壓水的隔斷效果，需要進(jìn)行抽水驗(yàn)證試驗(yàn)。通過抽水試驗(yàn)觀測成果評估N-jet高壓旋噴樁對承壓水的隔斷是否滿足預(yù)期的效果。抽水試驗(yàn)井的平面布置圖如圖4所示。

5.1 群井Y83-1～Y83-3抽水試驗(yàn)

開啟試驗(yàn)井Y83-1～Y83-3，持續(xù)抽水720 min，觀測坑內(nèi)井Y83-4,Y83-5,Y53-1，坑外井WY83-1,WY83-2,WY53-1試驗(yàn)井水位隨時(shí)間變化，變化曲線如圖5所示。

從圖5中可得出，開啟Y83-1～Y83-3持續(xù)抽水720 min期間，坑內(nèi)觀測井Y83-4,Y83-5水位分別降至13.26 m(水位降深7.84 m),12.92 m(水位降深7.58 m)，坑外觀測井WY83-1,WY83-2水位分別隨時(shí)間變化降到6.22 m(水位降深0.69 m),6.23 m(水位降深0.82 m)。距離抽水井相同位置處的坑內(nèi)外觀測井水位降沉之差較大，明顯得出N-jet高壓旋噴樁止水帷幕具有較好的止水效果。

5.2 群井Y53-2～Y53-5抽水試驗(yàn)

開啟試驗(yàn)井Y53-2～Y53-5，持續(xù)抽水1 440 min，觀測坑內(nèi)井Y53-1,Y83-2，坑外井WY53-1～WY53-4試驗(yàn)井水位隨時(shí)間變化，變化曲線如圖6所示。

從圖6中可得出，開啟Y53-2～Y53-5持續(xù)抽水1 440 min期間，坑內(nèi)觀測井Y53-1水位分別降至27.33 m(水位降深21.81)，Y83-2水位分別降至5.81 m(水位降深0.3 m)，坑外觀測井WY53-1～WY53-4水位分別隨時(shí)間變化降到4.03 m(水位降深0.13 m)?；油?層觀測井水位變化較小，只有基坑內(nèi)觀測井Y53-1水位變化較大，明顯得出⑤3a及⑤4b層承壓水已被地墻隔斷。

6 結(jié)語

1)南高教園區(qū)站5-ⅠB區(qū)基坑已開挖至坑底，驗(yàn)證采用N-JET工法隔斷深層承壓水有較好的止水效果。2)N-JET止水帷幕在地面以下49 m～63 m范圍深度內(nèi)實(shí)施加固，實(shí)現(xiàn)大深度地基止水加固工法。3)南高教園區(qū)站5-ⅠB區(qū)基坑開挖過程中坑內(nèi)也布置承壓水降水井，但未啟用承壓水降水井。為了防止基坑開挖時(shí)遇到承壓水突涌險(xiǎn)情時(shí)，承壓水降水井作為備用井使用，也是基坑承壓水降水的第二道防線。