N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用

杨 暾

(北京龙浩地下工程科技开发有限责任公司，北京 102200)

1 概述

目前车站基坑涉及的承压水主要有以下两层：第Ⅰ1层孔隙承压水(主要赋存于⑤层粉土、⑥2T层砂质粉土层中)，第Ⅰ2层孔隙承压水(赋存于⑧层粉细砂土中)。目前承压水处理的方案主要有以下两种：对于第Ⅰ1层孔隙承压水，由于其埋深不大，主要以隔断为主。对于第Ⅰ2层孔隙承压水，由于车站埋深不大，承压水降深不大，采用降水对周边环境影响不大，主要以降水为主。由于车站基坑降水降深不大，对于降水对周边环境的影响研究相对不足，经验较为缺乏。随着后期部分车站的埋深越来越大，同时部分车站的第Ⅰ1层孔隙承压水埋深相对较浅，承压水的处理变得越来越为突出。如采用隔断承压水的措施，将大幅度提高工程投资，在周边环境要求不高的情况下，工程缺乏经济性。如采用降水方案，对周边环境的影响难以较为精确的分析和预测，具有一定的安全隐患，影响方案的正确决策。天津地区多个建筑基坑及地铁基坑观测发现，长时间大深度降水时，在较大的深度范围的土层内都存在越流现象，并且出现较大的地表沉降，基于沉降计算，提出针对不同环境安全等级条件下的地下连续墙深度优化方案[1]；宁波儿童公园地铁车站为隔断承压水层，采用加深地墙深度方案，地墙深度76 m～77 m，采用铣接头，大幅6.6 m宽，小幅2.2 m，先施作大幅，每侧需铣掉0.3 m，铣后大幅宽6 m，小幅宽2.8 m，一幅两撑困难，考虑设钢围檩，钢围檩施工工期较长，地墙变形大，造价高，并进行3段110 m超深地下连续墙试验，对地下连续墙成槽关键技术进行分析和研究[2]；目前隔水帷幕有高压旋喷排桩，但普通三重管高压旋喷法施工深度最深为30 m，桩径为1.5 m，无法达到深层隔断承压水的效果[3]。

2 工程概况

南高教园区站5-ⅠB区主要是Ⅰ1/Ⅰ2层孔隙承压水，承压水厚度约为25 m～33 m。第Ⅰ1层孔隙承压水主要赋存于⑤3a及⑤4b层粘质粉土中，其他零星赋存于⑥4a层粉砂、⑥4b层圆砾及⑦1T层粉土层中。⑤3a及⑤4b层承压水分布于鄞县大道及南侧，含水层顶板埋深约26 m～37 m，厚度较大，一般厚度为10 m～20 m，因其粘粒含量较高，且常夹有粉质粘土薄层，富水性一般，单井涌水量一般小于50 m3/d；第Ⅰ2层孔隙承压水赋存于⑧3a粉砂及⑧3b圆砾层土中，水量一般较丰富，单井开采量约1 500 m3/d～1 800 m3/d，但因⑧层中常夹有⑧3T层粉质粘土，造成本层含水层富水的不均匀性。其中⑤3a/⑤4b层砂质粉土渗透系数约2.5×10-4cm/s/4×10-5cm/s；⑥4a层粉砂与⑥4b层圆砾渗透系数约5.0×10-4cm/s/5.5×10-4cm/s；⑦1T层粉土层渗透系数为2.0×10-4cm/s，属弱透水层；⑧3a粉砂及⑧3b圆砾层渗透系数为1.0×10-3cm/s/1.0×10-2cm/s。基坑1-4轴围护墙趾插入⑧3b层，⑧3a粉砂及⑧3b圆砾层承压水的抗渗流系数0.919<1.1，不满足要求。基坑4-20轴围护墙趾插入⑧3b圆砾及⑧3T粉质粘土，⑧3a粉砂及⑧3b圆砾层承压水的抗渗流系数0.947<1.1，不满足要求。针对⑧层承压水层抗渗流不满足情况，提出采用新型大直径高压旋喷桩N-JET隔断深层承压水的方案。

3 N-JET工法原理

N-JET又称新型超级大直径高压旋喷桩施工工法是最新研发的工法，本施工工法是通过钻杆全方位旋转或角度旋转、向上提升、变换提升等方法结合多喷嘴角度喷射操作，可形成圆形、扇形、网格状圆形、网格状扇形的桩体形状。

N-JET工艺特点:1)成桩速度快、质量好和材料使用少；喷气、喷浆的结合及交叉喷射搅拌提高效率，从而缩短施工时间，使施工所需水泥的使用量和排浆量减少。2)成桩的多样性，加固的桩体形状有4种类型：圆形、扇形、网格状、自由组合。3)经济性和适应各种复杂地质；施工时间、水泥使用量、排泥量的减少，使施工成本下降。4)可实现大深度地基的改良，最大深度达100 m以上，桩径质量好。

4 基坑布置N-JET设计

本文以南高教园区站5号线车站西端5-ⅠB区基坑，南高教园区站5号线结构围护基坑存在⑤层、⑧层承压水隔断问题，⑤层承压水已被地墙隔断，⑧层承压水未被地墙隔断，且基坑坑底抗渗流稳定系数0.919<1.1，不满足要求。由于5-ⅠB(含盾构井)距离周边理工学院宿舍楼和东裕小区较近，采用降承压水措施存在风险较大，因此考虑该区域地墙墙趾以下采用新型的超级旋喷桩(N-jet工艺)止水切断8-3层水力通道，从源头避免降水对周边建(构)筑物和道路、管线影响，见图1～图3。

5 抽水实验

基坑开挖前，为验证N-jet高压旋喷桩对5-ⅠB区⑧层承压水的隔断效果，需要进行抽水验证试验。通过抽水试验观测成果评估N-jet高压旋喷桩对承压水的隔断是否满足预期的效果。抽水试验井的平面布置图如图4所示。

5.1 群井Y83-1～Y83-3抽水试验

开启试验井Y83-1～Y83-3，持续抽水720 min，观测坑内井Y83-4,Y83-5,Y53-1，坑外井WY83-1,WY83-2,WY53-1试验井水位随时间变化，变化曲线如图5所示。

从图5中可得出，开启Y83-1～Y83-3持续抽水720 min期间，坑内观测井Y83-4,Y83-5水位分别降至13.26 m(水位降深7.84 m),12.92 m(水位降深7.58 m)，坑外观测井WY83-1,WY83-2水位分别随时间变化降到6.22 m(水位降深0.69 m),6.23 m(水位降深0.82 m)。距离抽水井相同位置处的坑内外观测井水位降沉之差较大，明显得出N-jet高压旋喷桩止水帷幕具有较好的止水效果。

5.2 群井Y53-2～Y53-5抽水试验

开启试验井Y53-2～Y53-5，持续抽水1 440 min，观测坑内井Y53-1,Y83-2，坑外井WY53-1～WY53-4试验井水位随时间变化，变化曲线如图6所示。

从图6中可得出，开启Y53-2～Y53-5持续抽水1 440 min期间，坑内观测井Y53-1水位分别降至27.33 m(水位降深21.81)，Y83-2水位分别降至5.81 m(水位降深0.3 m)，坑外观测井WY53-1～WY53-4水位分别随时间变化降到4.03 m(水位降深0.13 m)。基坑外5层观测井水位变化较小，只有基坑内观测井Y53-1水位变化较大，明显得出⑤3a及⑤4b层承压水已被地墙隔断。

6 结语

1)南高教园区站5-ⅠB区基坑已开挖至坑底，验证采用N-JET工法隔断深层承压水有较好的止水效果。2)N-JET止水帷幕在地面以下49 m～63 m范围深度内实施加固，实现大深度地基止水加固工法。3)南高教园区站5-ⅠB区基坑开挖过程中坑内也布置承压水降水井，但未启用承压水降水井。为了防止基坑开挖时遇到承压水突涌险情时，承压水降水井作为备用井使用，也是基坑承压水降水的第二道防线。