摘要：以徐州市城市轨道交通1号线某车站工程地质勘察过程为实例,分析徐州地区粘土砂礓石富水地层的特殊性，以及勘察设计施工阶段需注意的问题,其勘察思路和工程措施可作为类似工程研究的借鉴实例。
关键词：深基坑；粘土；砂礓石；水文地质
1、引言
随着经济和社会的发展，我国也越来越重视地下铁道的发展，并在北京、广州、深圳、上海等一线城市修建了大量地铁，南京、成都、杭州、西安、长沙、徐州等城市也在建或者筹建地铁。对于新建地铁的城市，因深基坑工程施工经验少，对当地工程水文地质条件掌握不充分，一般需经过试验段或1号线等充分试验，才能准确掌握当地工程水文地质情况，并选择合理的施工工法。
徐州市轨道交通建设伊始，目前1号线正在全面建设，2、3号线亦逐步展开施工，在建设过程中发现了粘土砂礓石富水地层，而针对粘土砂礓石富水地层国内外罕见，更无成熟的设计及施工经验。本文从徐州市轨道交通1号线某车站的深基坑粘土砂礓石富水地层的勘察为载体，从粘土砂礓石地层的现场判别、室内试验、抽水试验的各方面对粘土砂礓石的水文地质情况进行剖析，为类似工程提供经验和建议。
2、地质详勘情况
2.1工程位置
徐州市轨道交通1 号线苏堤北路站位于淮海西路与苏堤北路交叉口北侧，横跨苏堤北路，车站沿淮海西路东西方向设置，为标准地下二层岛式车站。车站主体结构外包总长度248.8m，标准段外包宽度为19.7m，顶板覆土约3m，站台宽度11m，基坑深度16.643～18.293m。车站设2组风亭，4个出入口。
2.2工程地质
场区范围内土层分布由上至下分别为：（1）1杂填土、（1）2素填土、（2）5-2砂质粉土、（2）4-2粉质粘土、（2）3-3可塑黏土、（5）3-4硬塑黏土、（5）4-3可塑黏土、（5）3-4硬塑黏土。其中，下层（5）3-4硬塑黏土中夹砂礓石，局部富集，含量达3%～10%，分布不均，欠均质。车站底板基本全部位于（5）3-4硬塑状粘土层中，部分位于（5）4-3可塑状粉质粘土中。地层分布情况详见图2-1《工程地质剖面图》。
2.3 水文地质
本场区内地下水可分为松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于第四系土层内，分布于（1）层填土、全新世（2）层黏性土、粉土层中，地下潜水水位埋深1.30～3.50m。基岩裂隙水主要分布于基岩强风化及基岩破碎带、裂隙发育带。场区范围内的各地层的渗透系数详见表2-1。
3、基坑开挖的异常情况
根据设计文件完成苏堤北路站围护结构钻孔桩、桩间高压旋旋喷桩、首道混凝土支撑和冠梁后，进行了基坑预降水（水位下降至8.0m）。基坑开挖至13.0m左右时，基坑开挖桩间侧壁无明显渗水，但基坑坑底出现明显涌水，故暂停基坑开挖。
根据详勘报告基坑开挖至（5）4-3粉质粘土（现场土层判别与详勘报告相符），基坑底（5）3-4粉质粘土和下部（5）3-4粘土均为微透水层，基坑开挖异常涌水现场与勘查资料不符。为确保基坑及周边环境安全，针对（5）4-3粉质粘土和（5）3-4粘土进行了水文地质补勘和抽水试验。
4、水文地质补充勘查
4.1 现场勘察与室内试验
在场地基坑周边布置14个勘探点，全过程取土，钻孔深度8～38m，取样深度13～35m，取样间距2～3m。经过鉴别取样孔的施工补勘，本次施工勘察揭露（5）-3-4 地层在埋深13～35m 之间分布砂礓，但砂礓在空间上没发现明显规律，钙质结核大小一般0.5～3.0cm，个别约5.0～8.0cm，零星断续分布，局部较集中，包裹在黏性土中。
本次野外共取样 49 件，完成渗透试验 49 组，测定砂姜含量 9 组。由室内渗透试验及砂姜含量测试成果可以看出：垂直渗透系数10-8～ 10-4cm /s之间，水平渗透系数也在10-8～ 10-4cm /s，砂礓含量19.2～32.6%不等，应属于中等透水层。
4.2抽水试验
4.2.1试验原则
本次抽水试验拟针对（5）3-4老粘土层中砂姜富集层，采用非稳定流方式抽水，进行三次降深，考虑到基坑开挖深度较大，构筑物底板埋深18m，位于（5）3-4老粘土层中，抽水试验最大降深深于基坑开挖深度，以近似模拟基坑减压降水深度。
4.2.2抽水试验井平面布置与构造
为准确地确定（5）3-4老粘土层中砂姜富集层的富水性及渗透性，采用多孔抽水试验求取其水文地质参数，布置1口抽水井（ZK1），5口观测井，其中承压水观测井2口（ZK2、ZK3），潜水观测井3口（ZK4、ZK5、ZK6），承压水观测井距抽水井的距离分别为5m、15m，潜水观测井距抽水井距离均为5m。井位详见抽水试验井位布置图4-1。
4.2.3抽水试验观测数据
抽水试验第一次降深抽水流量300m3/d；第一次降深结束后随及进行第二次降深，抽水流量276m3/d，然后进行第三次降深，抽水流量228m3/d，最后进行水位恢复，恢复水位观测自停泵起算。之后继续水位动态观测。
4.2.4抽水试验资料分析
本次抽水试验采用非稳定流方法，抽水流量在抽水试验阶段呈稳定状态，反映了场地地下水补给源稳定充足，抽水孔水位降深随抽水时间的延续，呈下降趋势，一定时间后趋于稳定。抽水孔水位历时曲线见图4-2～图4-5.
4.2.6水文地质参数计算
水文地质参数计算采用数值模型，综合分析工程区内工程地质、水文地质和地下水渗流场特征后，建立了符合工程区地下水渗流数值模型,并采用地下水流数值模拟软件visual modflow ，直接在计算机上创建地下水系统的水文地质数值模型，并进行模型的校正与识别，进而得出研究区的水文地质参数。
（1）水文地质概念模型
本次抽水试验目的求取深层粘性土层的水文地质参数。考虑到抽水试验过程中，上覆潜水含水层将与下伏粘性土层发生水力联系，因此，将上覆潜水含水层和下伏粘性土层一起并入模型参与计算，并考虑三维空间上的非均质各向异性。为了克服由于边界的不确定性给计算结果带来的随意性，本着定水头边界应远离源、汇项的原则，通过试算，以抽水井ZK1为起点，各向外扩展约100m，即实际计算平面尺寸为200×200m2，四周均按定水头边界处理。根据研究区水文地质特性，垂向上计算深度为34.50m，概化为三个含水层组，32.52～24.72m为潜水含水层组，24.72～16.82m为深部含水层组，16.82～-1.98m为深部含水层组，土层分布详见图4-6，三维网格剖分如图4-7所示。
（2）数学模型
（3）模型识别与验正
将计算区在平面上剖分为48×48的矩形等距网格单元，垂向上根据岩性特征,将其分成3层,单元数共6912个。抽水井的流量由实测获得，含水层的初始水位由实测给出，边界上水力传导系数的参数初值均按前人资料结合现场试验和室内实验给出，根据本次工作第一、第二次和第三次降深及降深恢复时段的抽水试验资料，选取抽水过程作为模型的识别阶段，水位恢复过程分作为模型的验证阶段。研究区距ZK1主抽水井5m、15m设有两个水位观测孔进行水位拟合。经水位拟合和反演计算，求得含水层的水文地质参数，各观测孔水位拟合曲线详见图4-7～4-8，从拟合结果来看，计算值和观测值的总体变化趋势一致，其参数可用于模型预报。
（3）水文地质参数计算
通过抽水试验数据采用数值模型，综合分析工程区内工程地质、水文地质和地下水渗流场特征后，建立了符合工程区地下水渗流数值模型,并采用地下水流数值模拟软件visual modflow ，直接在计算机上创建地下水系统的水文地质数值模型，并进行模型的校正与识别，进而得出研究区（5）3-4的水文地质参数，详见表4-1。
5、结论
（1）对于岩土工程学的常识粘土层为不含水层、不透水层，根据本次勘察试验结果显示：因区（5）3-4黏土层富含砂礓石，水文地质参数急剧变化，由弱透水层变为强透水层，此类情况罕见，在工程勘察中需特别慎重。
（2）针对粘土砂礓石地层，室内试验和现场抽水试验对土层渗透系数的判别会出现差异，工程勘察时出现类似情况除加大室内试验样本数量，同时必要时需采取抽水试验验证。
（3）抽水试验过程中建议采用数据模拟，通过数据模拟与观测结果进行对比分析，验证试验结果。
（4）针对该地层的复杂性及不确定性，基坑止水帷幕及降水需进行专项设计。
参考文献
[1]祖秉新,王晶.岩土工程勘察中的地下水问题探讨.吉林勘察设计2016,(1):65～67.
[2]章中良,吴德鑫.工程地质勘察中水文地质问题的危害及处理对策.科学家.2016(5):85～86.
[3]贾春玲张哲.visual modflow在地下水模拟中的应用.河北水利.2015(4):32～35.
[4]江苏省地质工程勘察院.徐州市轨道交通1号线一期工程苏堤北路站岩土工程施工勘察说明.南京.2016.7
作者简介
周永生，男，1980年，江苏徐州人，中国矿业大学建筑工程学院，,研究方向：城市轨道交通技术。
论文作者:周永生1,张鹏2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/16
标签：水文地质论文; 砂礓论文; 粘土论文; 基坑论文; 水位论文; 含水层论文; 土层论文; 《基层建设》2017年第24期论文;