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N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用

超高压旋喷 2019年12月3日 项敏 334

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

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。

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。

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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隔断车站基坑深层承压水的应用

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。

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。

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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。

N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用

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。

N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用

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。

N-JET隔断车站基坑深层承压水的应用

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。

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。

文章
来源

来源:山西建筑

编辑整理:项 敏

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