对粉质粘土地层降水回灌技术的研究

李少平

摘要：结合济南地铁闫千户车站项目的实际施工情况，分析了粉质粘土地层和降水难点，通过在粉质粘土地层采用降水回灌技术，提高基坑水位平衡，从而有效控制基坑施工监测的数据，为基坑开挖安全提供强有力数据及技术保障，降低了基坑周边建筑物沉降等施工风险，该施工方法取得了良好的经济效益。

Abstract： Combined with the actual construction of Ji'nan Metro Yanqianhu Station project， the silty clay stratum and precipitation difficulties are analyzed. By using precipitation and recharge technique in the silty clay stratum， the water level balance of the foundation pit is improved， and the foundation pit construction monitoring data is effectively controlled， which provides strong data and technical support for the safety of foundation pit excavation， and reduces the construction risk of buildings surrounding the foundation pit and other construction risks. This construction method has achieved good economic benefits.

關键词：地铁施工;基坑降水;回灌;粉质粘土

Key words： subway construction;foundation pit precipitation;recharge;silty clay

中图分类号：TU753.66                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0124-04

1  工程概况

闫千户站坐落于济南市匡山小区中路和张庄路的交叉位置，是M1线和R2线的地铁换乘站。M1线车站坐落于第一茶叶市场西侧的位置，车站的形状为T字型，其地下结构为岛式三层站台车站;R2线车站顺着张庄路北侧走向，呈东西方向，地下结构为岛式二层站台车站;换乘站的标准段坑底位于14-1硬塑粉质黏土层中，采用明挖顺作法施工。围护结构选用钻孔排桩，止水帷幕采用旋喷止水。本工程地下水稳定水位埋深2.1～2.6m，高程介于25.22～26.25m之间。

2  粉质粘土地层分析

2.1 底层结构

拟建场地地基土分布自上而下如下：1-1杂填土层、1-2素填土层、7黏土、7-1粉质黏土、10-1粉质黏土、14-1粉质黏土、19-1全风化闪长岩、19-2强风化闪长岩、19-3中风化闪长岩。各个地层的岩性特征如下：

1-1杂填土：该层广泛分布，杂色，松散～稍密，稍湿，主要为混凝土块、碎砖块、碎石及少量黏性土组成沿线人工填土厚度变化较大，强度不均匀，自稳能力差。由于受城市建设的影响，多次回填改造，回填年限5～10年不等。

1-2素填土：该层局部分布，灰黑色-黄褐色，松散～稍密，稍湿，其中0.0～0.5m为原路面，主要由沥青及砖块组成，0.5～1.0m主要为黏性土及碎石组成。

7-1粉质黏土：该层广泛分布，灰褐～浅灰色，软塑～可塑，可见铁锰氧化物，含少量小径姜石。

10-1粉质黏土：该层广泛分布，黄褐～褐黄色，可塑～硬塑，含有铁锰质氧化物，针状孔隙发育，偶见小姜石。

14-1粉质黏土：呈现褐黄～棕黄色，该层分布广泛，硬塑～可塑性，含有较多铁锰氧化物，含有小径碎石。

19-1全风化闪长岩：该层广泛分布，灰绿色，岩石的风化严重，原岩构造、结构大部分被破坏，形成岩石矿物严重的风化蚀变，且岩芯出现砂土状，岩芯采取率70～90%。

19-2强风化闪长岩：该层分布较为普遍，岩芯呈砂砾状、短柱状。

19-3中风化闪长岩：该层分布较为普遍，灰黄色～灰绿色，粒状结构，块状构造，主要矿物成分（斜长石、角闪石）少部分蚀变，风化节理、裂隙较发育，局部见方解石岩脉，岩芯呈柱状、短柱状。

2.2 沿线地下水分类

根据场地内地层岩性、结构、地下水的赋存条件，沿线地下水可分为二类：①第四系松散层孔隙潜水：主要含水层为1-1层、1-2层，7-1层、10-1层、14-1层等。其中1-1层、1-2层人工填土底部、10-1、14-1层粉质黏土为主要含水层，7-1层粉质黏土富水性和渗透性相对较小。②基岩裂隙承压水：赋存于第四系下伏基岩裂隙中和构造裂隙中，属基岩裂隙承压水类型，具有微承压性，含水层主要为19-1层和19-2层，相对隔水顶板14-1层粉质黏土。强风化闪长岩厚度6.8～28.5m，裂隙发育，风化程度较高，地下水渗流明显，还储存了地下水，该层基岩裂隙水的含水层厚度很大，因此表现为较强的富水性特点。以下19-3层和20-3层的岩体较完整，裂隙不发育，可视为不含水且不透水的相对隔水层。

2.3 对粉质粘土地层的分析

闫千户站位周边多以2-5层较低矮层的建筑物为主，建筑年代久远，基础形式差，受不均匀沉降敏感性强。地质条件中上覆土层具有液限较低、塑性指数小，压缩指数低的特点，遇水情况下，土层极易呈流动的泥泞状，降水情况下，固结沉降量大，极易造成建筑物不均匀沉降。地下水形式多以第四系松散层孔隙及下伏基岩裂隙中的潜水类型，埋深为地下2m，水头较高。

3  基坑开挖方案

闫千户站基坑开挖采用明挖顺作法进行施工，R2线标准段开挖深度为18.36m，端头端开挖深度约为20.30m;M1线车站基坑标准段开挖深度约为26.51m，端头井开挖深度约为27.49m。纵向开挖基坑时，使用多级放坡开挖的方法，纵向坡度小于1：3，且要依据支撑竖向间距来决定分层的厚度，根据支撑水平间距来决定平台宽度，且平臺宽度要大于6m。分段、限时开挖并设置支撑。纵向坡应还要开展人工修坡，对于可能遭受暴雨冲刷或暴露时间长的纵坡要使用避免纵向滑坡的技术措施。对于施工工期长且周围环保要求高的部位，要减小放缓纵向土坡的坡度，应该在边坡采用钢丝网水泥喷浆等措施，来强化边坡的护坡质量。当边坡处于浜填土位置时，可通过土体加固等方法来对土体性质加以改善，然后开展放坡开挖作业。R2线车站有两段基坑开挖采用盖板半逆作法施工，先沿盖板半逆作区施工钢板桩，再区域内开挖表层土到一定标高，浇筑施工盖板，再进行暗挖法开挖。

4  粉质粘土地层降水难点

4.1 基坑面积大且较深

本工程的基坑属于深基坑，开挖深度达二十多米，开挖深度大且开挖面积也大。R2线的主体开挖内径规模为485m×21.3m，面积约达到9568.9m2，其以后作为二层地下岛式站台式车站，标准段基坑开挖深度约18.36m，端头井基坑开挖深度约20.3m;M1线为地下三层岛式站台车站，主体规模200.5m×21.7m（内径），基坑面积约为4168.5m2，标准段底板埋深约26.51m，端头井的底板开挖深度约为27.49m。

4.2 地下水水量较丰富

本车站基坑开挖涉及的地下水为第四系松散层孔隙潜水及基岩裂隙微承压水，孔隙潜水含水层主要地层为10-1、14-1层粉质黏土层等;裂隙承压水含水层主要为19-1层全风化闪长岩和19-2层强风化闪长岩，全～强风化闪长岩厚度10～15m，局部厚度达20～30m，裂隙发育，风化程度较高，便于地下水储存和地下水产生渗流，这层基岩裂隙水富水性很强且含水层厚度很大。

4.3 做抗突涌设计

由于19-2强风化闪长岩为承压含水层，上部相对隔水层为14-1粉质粘土层，14-1层沿车站纵向厚度变化较大，小里程最厚处达9.8m，大里程最薄处约2.3m，基坑降水设计应充分考虑在基坑开挖过程中19-2层承压水层发生突涌的风险，R2线需要做抗突涌设计。

4.4 降水难度大

基坑采用旋喷桩止水帷幕，止水帷幕底深入强风化闪长岩隔水层中，没有隔断了坑内承压含水层与外界含水层之间的水力联系，增加了地下水控制的难度。

由于14-1层为相对隔水层，具有一定的透水性，上部第四系孔隙潜水与下部基岩裂隙承压水具有一定的水力联系，存在越流补给，增加了基坑降水的难度

基坑施工，在一定范围内改变了地下水的渗流路径和分布状态，因此，考虑人工回灌对地下水资源进行保护，结合勘查资料，基坑范围20～30m以上全部为粉质粘土，透水性较小，地下水回灌存在一定难度。

5  基坑降水回灌施工技术

5.1 基坑外降水回灌过程的施工原理

把水注进灌井内部，这样井附近的地下水位Hc便持续升高，升高以后的水位叫做回灌水位hc，因地下水位和回灌井里的回灌水位间具有水头压力差，流入回灌井内的水才会朝着含水层产生渗流作用。在注入量和渗流量达到平衡以后，回灌水位就稳定下来，不再持续升高了，这时在回灌井周围产生水位上升锥，这个形状和抽水的下降漏斗非常相像，但方向却是相反的。此时，和周围水位相比，回灌井里的回灌水位最高，内部水朝着四周流动，回灌水位不断变小，最终和地下水位重合，从回灌井中心轴线到重合点的距离叫做回灌影响半径Rc。地下水位H和回灌水位hc间的差，叫做水位升幅Sc，回灌效果示意图如1所示。

含水层的渗透性直接相关着回灌井的回灌量，如果含水层的渗透性差别很大，则井的回灌量也不同。在达到一定回灌效果和保证回灌量的前提下，若含水层的渗透性好，则回灌井内需回灌的水位就少，反之若含水层的渗透性差，则需回灌的水位就高。

5.2 基坑外回灌系统的设置

本工程的回灌水由抽水井提供，回灌的目的层是10-1粉质黏土层，在回灌系统作业时，在灌井上上安装一些列的回灌设备及仪表，主要包括回灌系统设备、回水阀、止水阀、压力表、水表等。该系统工作时，降水井首先进行抽水，这些水流入集水箱，在集水箱里，水体中的泥沙进行沉淀，在经过水泵进行抽水，然后流入电控全自动清洗过滤器，水体进行过滤，然后流入压力罐，流过分水器后，流入回灌井，由压力罐压力自动控制与集水箱水位计对水泵的启动停止进行控制，由压力变送器与电磁流量计把信号远程输送到监测中心。

5.3 回灌系统的管理  回灌井口要进行密封，以使回灌过程中不出现漏水的情况，回灌的压力也要严格控制，不能太大，在灌流量增加不显著时，也不要加大回灌压力，否则会在回灌井附近产生突涌情况，导致回灌井结构被破坏;回灌水不可污染地下水，采用干净水，不可是污染水;最好采用同层回灌，将抽出的地下水经沉淀后回灌到同一地层;回灌水中不可含有土、砂和其它杂质等固体物质，这些物质会对回灌效果产生严重影响。

5.4 回灌井的设计

本工程中，使用高压旋喷桩作为止水帷幕，在基坑开挖时，回灌井顺着基坑的两侧设置，总计设置36口回灌井，回灌井孔径600m，材质钢管，外井径377mm，回灌井深20m，井间距约30m，回灌井与围护内侧降水井间距不小于10m。回灌井的布置应以避开管线为原则，回灌做好采用无压回灌，需根据回灌试验确定。现场施工中可以先施工1口回灌井，做回灌试验，确定回灌压力（无压还是有压）、回灌层位、回灌井数目、回灌水量、回灌位置等。