N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用
宁波轨道交通4号线-南高教园区站应用案例
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摘 要
摘要: 结合宁波地铁工程，南高教园区站5-IB区承压水抗渗流系数不满足设计要求，周边环境要求较高，存在敏感建筑物或管线的情况下，降水已无法满足变形控制要求。面对该难题，车站基坑采用N-JET高压旋喷桩(半圆形)切断8层承压水层，高压旋喷桩桩顶高于地墙墙趾以上2m，紧贴地墙并穿透8层承压水层底以下2m。论证表明，N-JET高压旋喷桩对隔断深层承压水具有较好的效果。
关键词: 地铁车站，N-J E T，承压水
一
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;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;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。
二
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25m~33m。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2.5×10-4 cm/s/4×10-5 cm/s;64a层粉砂与64b层圆砾渗透系数约5.0×10-4 cm/s/5.5×10-4 cm/s;71T层粉土层渗透系数为2.0×10-4 cm/s，属弱透水层;83a粉砂及83b圆砾层渗透系数为1.0×10-3cm/s/1.0×10-2 cm/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。
四
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。
五
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-j e t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。
六
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。
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原文始发于微信公众号（上海重远建设工程有限公司）：N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用