地铁车站基坑工程水文地质勘察研究

谢 攀

近年来随着我国城市经济的高速发展和城市规划的扩展，城市轨道交通建设正在进入高速发展期，而城市用地的紧张决定了地铁车站只能在地下空间建造，且有着埋置越来越深的发展趋势，因此地下水的赋存和渗流形态对基础工程的影响也日渐突出。根据《岩土工程勘察规范》第7．1．3条规定，对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察［1］。本文以某地铁车站为工程背景进行深基坑工程水文地质勘察研究。

1 工程概况

拟建某地铁车站为地下4层岛式车站，其中地下1层为开发层，地下2层为站厅层，地下3层为设备层，地下4层为站台层。基坑开挖深度约为25 m，明挖法施工，采用钢筋混凝土支撑和钢支撑。主体结构围护采用1 200 mm厚的地下连续墙，其中端头井墙深为50 m，标准段墙深为48 m。根据设计要求，本车站主体结构基坑变形控制保护等级为二级，其围护墙最大水平位移、端头井最大水平位移和坑外地表最大沉降需分别控制在2．5‰，2‰和1‰的基坑开挖深度以内。本工程所在场区地基土为巨厚的第四纪松散沉积物，基坑开挖深度范围内以含水量大、强度低、渗透性低的粘土、粉质粘土和淤泥质土为主，这对基坑开挖和支护的稳定性均有着不利的影响。

2 水文地质勘察研究

为了满足本地铁车站基坑抗突涌及开挖的需要，同时尽量减小对周边环境的不利影响，在正式施工前必须准确掌握拟建场区的水文地质条件，查明承压含水层空间分布规律并求得相关水文地质参数，进而分析基坑降水产生的附加沉降规律，确定其对周边环境的不利影响并加以预防和处理，最终实现基坑安全和环境安全的双控制。

本文主要针对水文地质勘察研究中的常用方法和手段，具体包括钻探、静力触探试验、室内土工试验、抽水试验、孔隙水压力监测和沉降监测等，探讨其注意事项和技术难点。

2． 1 钻探和静力触探试验

水文地质勘察是在岩土工程勘察报告的成果上进行的专项勘察，因此钻探和静力触探试验目的是为了进一步查明和确认水文地质勘察研究区域内各含水层和隔水层的埋藏条件、分布规律和水位变化等信息。据此在本次水文地质勘察研究区域内按三角形布置了3个70 m的钻探孔以探明土层的空间分布及稳定性，特别是承压含水层的厚度及底板深度，取土间距定为3 m，对于其中分布稳定、厚度较大的土层间距放大到4 m。同时遇粉性土和砂土进行标准贯入试验，标贯试验间距也定为3 m，并取扰动样进行颗分试验。另外，配套布置了1个70 m的静力触探孔，用以与钻孔土层分层、颗分、渗透系数等数据进行对比分析。

2． 2 室内土工试验

结合本地铁车站基坑工程性质和水文地质勘察研究目的，进行包括常规物理性质试验和渗透试验等土工试验项目，其中常规物理性质试验项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、粉性土和砂土的颗粒分析等，并且对于地表以下10 m内粉性土的颗分试验确定不均匀系数d60/d10及颗分曲线。另外，进行渗透试验求得各土层的渗透系数，为后期研究分析提供依据。本次室内土工试验的具体操作和试验仪器均按现行国家标准执行［2］，分析评价所选用的参数值与静力触探试验成果比较修正后确定。

2． 3 抽水试验

抽水试验是水文地质勘察研究的核心内容。通过抽水试验可以测得各主要含水层的渗透系数、导水系数、贮水系数、压力传导系数等各项水文地质参数，并可查明抽水影响半径和基坑开挖影响范围内各主要含水层之间的水力联系特征等。布置抽水试验时，首先根据水文地质勘察研究目的，并结合岩土工程勘察报告提供的地层分布差异特征、抽水试验场地水文地质条件和现场建筑物分布情况，综合考虑后确定抽水试验区域位置。然后以1倍～1．5倍的含水层厚度为间距直线布置抽水井，并在其中垂线上距抽水井中心分别以1倍和2倍含水层厚度为间距布置观测井，为查明相邻含水层的水力联系情况，可交叉布置不同含水层的观测井。抽水井施工主要分为成孔、成井、洗井和试抽水等工序。其中成孔采用正循环泥浆护壁回转钻进，施工重点是控制缩径与塌孔现象，确保工程质量。成孔完毕后根据设计及规范要求制作井管并逐节焊接放置到位，然后回填中粗砂滤料至滤管上方2 m～3 m，最后回填粘土球和粘土并进行管外封井。成井结束后采用活塞空压机联合洗井，具体操作是用空压机洗井至出水后改用活塞洗井，后再用空压机洗井清除井底存砂。洗井完毕进行试抽水确认抽水井运行良好，以保障水文地质勘察研究的顺利进行。

2． 4 孔隙水压力监测

为确定含水层相关水文地质参数，并探明各含水层之间的水力联系，以群抽试验中心为起点，按一定距离分别布设多组孔隙水压力计，并在各主要土层中埋设水压传感器，用以在抽水试验的同时进行同步的孔隙水压力监测。孔隙水压力计采用钻孔埋设，钻孔直径宜为110 mm～130 mm，为有效防止钻进过程中的落渣现象，在填土层或浅层其他松散土层中应下套管护孔，并保证套管垂直。孔隙水压力计安放前，需进行充分饱和以排除水压传感器内及管路中的空气。安放在要求深度后，在探头周围需回填透水填料。透水填料宜选用干净的中粗砂、砾砂或粒径小于10 mm的碎石块，填料层高度宜为0．6 m～1．0 m。上下两个孔隙水压力计之间应有高度不小于1 m的隔水填料分隔，隔水填料宜选用直径2 cm左右的优质风干粘土球。投放粘土球应缓慢均衡投入，以确保其隔水效果。在孔隙水压力计埋设完毕后，在孔口处用隔水填料填实封严，以防止地表水渗入影响监测数据精度。

2． 5 沉降监测

2．5．1 地面沉降监测

为掌握基坑开挖施工时减压降水对周围环境的影响，确定抽水影响半径，因此在抽水试验井周围进行地面沉降监测。为了更好的反映降水引起土体的真实沉降状况，布设地面沉降监测点时需穿透地面结构硬壳层，沉降标杆采用φ25 mm螺纹钢标杆，螺纹钢标杆伸入原状土60 cm以上，沉降标杆外侧采用内径大于13 cm的金属套管或者PVC管予以保护。保护套管内的螺纹钢标杆间隙用黄砂回填。套管顶部安装稳固的管盖，并与原地面齐平。为确保测量精度，螺纹钢标杆顶部应在管盖下20 cm。

2．5．2 分层沉降监测

除进行地面沉降监测外，为掌握减压降水时各土层的具体变形规律，需布置一组以上的分层沉降监测，在各主要土层中埋设传感器，从而在抽水试验期间，利用变形监测数据来分析相邻地面沉降的时空分布规律。

本工程采用多点位移计进行分层沉降监测，根据主要土层的分布情况配置测头并完成测杆的安装与连接。多点位移计采用钻孔埋设，钻孔直径根据多点位移计测头的配置数量决定，钻孔深度则比设计要求深200 mm～500 mm，目的是防止钻进过程中产生的沉渣减小孔深。安装仪器前应进行清孔和测深，条件允许时孔壁要冲洗干净。多点位移计埋设完毕后进行孔底灌浆。回填砂浆时将灌浆管和排气管按相差一个灌浆高程的距离同时插入孔底，往灌浆管内注入砂浆，砂浆要由下向上泛浆，在灌浆的同时排出孔内的气体，使砂浆顺利上泛，孔内不会产生空隙。逐级灌浆逐级拔出灌浆管和排气管，直至砂浆泛到多点位移计护筒的底部后，将灌浆管和排气管完全拔出，灌浆完成。

3 结语

地下水的赋存和渗流形态对深基坑基础工程的影响重大，对于本地铁车站工程，基坑开挖深度大、周边环境保护要求高，降低承压水位势必会对周边环境造成一定程度的影响，故需进行水文地质勘察研究较为精确地探明承压水空间分布规律、相关水文地质参数及各层之间的水力联系性质，全面评估降低承压水位对周边环境安全的负面影响。

本文结合具体工程实例，进行深基坑工程水文地质勘察研究，主要对所使用的钻探、静力触探试验、室内土工试验、抽水试验、孔隙水压力监测和沉降监测等研究方法和手段及注意事项和技术难点进行了分析及探讨，本文研究成果对类似工程具有一定的借鉴意义。

［1］ GB 50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)［S］．

［2］ GB/T 50123-1999，土工试验方法标准［S］．

［3］ 段 茗．基坑反射波法检测技术的评价与应用［J］．山西建筑，2010，36(30):81-82．