地铁车站基坑降水设计方案文档格式.docx
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为粘性土,褐色、褐黄色,混杂少量砂土,偶夹碎、块石,可塑状。
该层分布于场地表层杂填土之下,分布不连续,厚度0.7m~3.0m,一般堆积年限10年以上。
2、第四系全新统冲积层(Q4al)、冲洪积层(Q4al+pl)
(1)粘土(3-1)
褐黄色,少量灰—灰褐色,切面光滑,主要呈可塑状,偶见硬塑状,含少量铁锰质结核,该层厚度一般1.2m~8.8m不等,顶板埋深1.2m~6.1m。
分布不连续。
(2)粉质粘土、粉土、粉砂互层(3-5)
灰褐色、灰黄色,粉砂呈灰黄—浅灰色,粉质粘土呈软塑—可塑状,粉砂呈松散—稍密状,具水平层理,呈千层饼状,局部单层厚度约0.3m~0.8m。
经对钻孔揭示的各单层厚度统计,粉质粘土、粉土和粉砂各层累计厚度分别约占该层总厚度的42%、19%、39%,且上部粉质粘土含量相对较高、下部粉砂含量较高。
本层厚度0.6m~7.1m,顶板埋深约3.5m~10.0m。
分布连续。
(3)粉砂(4-1)
灰黄色、灰色,含云母及少量有机质,饱和,呈稍密—中密状态,下段局部呈密实状态。
本层厚度3.1m~11.5m,顶板埋深约6.1m~13.5m。
(4)粉细砂(4-2)
灰—青灰色,含云母及少量有机质,饱和,主要呈中密状态,局部呈密实状态。
偶夹厚0.1m~0.4m的软可塑状粉质粘土薄层。
本层厚度8.5m~25.5m,顶板埋深约11.0m~19.5m。
(5)含砾中粗砂(4-3)
杂灰色,饱水,呈中密—密实状态,砾含量约25%左右,粒径2mm~30mm不等,多小于10mm,一般呈次圆状,成分多为石英岩,揭露厚度2.0m~3.1m。
顶板埋深约34.0m~35.0m,仅在桩号CK11+040附近揭露。
(6)砂砾卵石(5)
杂灰色,砾卵石含量50%~75%,粒径一般0.2cm~10cm不等,少量大于11cm,呈次圆状—次棱角状,成分多为石英岩、石英砂岩。
砾卵石间多充填中粗砂,密实状。
揭露厚度0.5m~9.5m不等,顶板埋深34.0m~40.2m。
分布不连续,仅在桩号CK11+040~CK11+110区间、以及桩号CK11+270附近揭露。
(7)粉细砂(5a)
灰—青灰色,含云母及少量有机质,饱和,主要呈中密状态。
偶夹厚0.1m的可塑状粉质粘土及坚硬状粘土薄层。
揭露厚度1.4m~14.5m,顶板埋深约38.0m~43.1m,仅在桩号CK11+040~CK11+090区间揭露。
(8)粘土夹砾卵石(5b)
杂灰色,可塑—硬塑状。
砾卵石含量约5%,粒径1cm~8cm不等,呈次圆状—次棱角状,成份以石英岩为主,局部夹粉细砂。
揭露厚度1.6m~3.5m,顶板埋深约44.5m~49.7m,仅在桩号CK11+040~CK11+090区间揭露。
3、二叠系下统栖霞组(P1q)
(1)硅质白云岩(17q)
灰白色、灰褐色,块状构造,见较多方解石脉。
本层钻孔揭露厚度2.0m,顶板埋深53.0m。
分布不连续,仅在桩号CK11+040揭露。
(2)灰岩(17g)
为本场地主要地层,灰色、灰褐色、灰黑色,坚硬,块状构造,微晶—细晶结构,岩石坚硬性脆,底部层间夹炭质页岩,岩体裂隙发育,多充填方解石。
分布连续,本层钻孔揭露厚度3.0m~33.6m,顶板埋深约26.8m~55.0m。
勘察期间,该层未见溶洞,部分岩芯有轻微溶蚀现象。
2.3水文地质条件
1、地下水类型:
按埋藏条件,本站地下水主要为上层滞水和孔隙承压水两种类型(另本场区基岩岩性为灰岩,存在岩溶裂隙水的可能,由于勘察报告未提及,故本设计方案未考虑该区基岩岩溶裂隙水对本站点基坑开挖的影响)。
①上层滞水
上层滞水主要赋存于场地上部人工填土中,水位不连续,无统一自由水面,主要接受大气降水,生活用水及给排水管涵的渗透入渗补给,水位、水量与地形及季节关系密切,并受人类活动影响明显。
勘察期间实测场地上层滞水静止地下水位埋深为0.50-2.00m。
②孔隙承压水
主要赋存于第四系全新统冲积粉砂(4-1)、粉细砂(4-2)、含砾中粗砂(4-3)、砾卵石(5)、粉细砂(5a)层中,与上覆粉质粘土、粉土、粉砂互层(3-5)构成统一承压含水层。
含水层顶板为微弱透水的粘性土,顶板埋深3.5m~10.0m,标高10.55m~17.31m,底板为二叠系基岩,埋深26.8m~53.0m,标高-34.6m~-5.89m,含水层厚度21m~46m,勘察期间实测承压水位11.9m~14.5m,变化范围2.6m。
勘察期间各钻孔承压水测压水位观测成果见下表。
观测孔编号
水位标高
水位埋深
承压水头
观测日期
m
EYJz02-Ⅱ15-02-04
14.4
6.0
5.0
2015年02月10日
EYJz02-Ⅱ15-02-08
12.9
7.9
1.1
2015年02月14日
EYJz02-Ⅱ15-02-09
12.4
8.0
1.2
2015年02月07日
EYJz02-Ⅱ15-02-10
12.2
8.2
EYJz02-Ⅱ15-02-12
11.9
8.8
0.7
EYJz02-Ⅱ15-02-13
14.3
6.5
3.0
EYJz02-Ⅱ15-02-14
8.4
0.2
2015年02月12日
EYJz02-Ⅱ15-02-标1
14.5
6.2
3.3
2015年05月05日
②渗透性
为了较准确获得承压含水层的渗透系数,勘察期间,在场区内进行了带两个观测孔的完整井抽水试验,其渗透系数k=18m/d,影响半径R=250m。
3降水方案设计
3.1降水必要性
一般基坑工程随着开挖深度增加,承压含水层中的承压水对隔水顶板的水压逐渐增大,而坑底下隔水顶板土体随着厚度变薄,土体自重应力逐渐减少,而承压水水压超过顶板土体自重应力,或挖穿顶板土体,就会产生涌水、流砂,形成地下水水患。
该区段地面标高在20.70m左右,承压水含水层为(3-5)粉质粘土、粉土、粉砂互层、(4)单元层砂土层,其顶板埋深(EYJz02-Ⅱ15-02-08号钻孔)在地面下3.50m(绝对标高约为17.30m)左右。
承压水位查《XX地区深基坑工程技术指南》(WBJ1-7-95)的“丰水期承压水位标高等值线图”,考虑开挖期可能跨越洪水期间,场区承压水位的绝对标高按19.00m考虑,高出含水层顶板1.7m左右,根据设计文件要求,地下车站主体结构整个基底已经揭穿承压含水层顶板,最深处进入含水层19.59m左右,承压水势必对开挖造成影响。
因此当基坑施工开挖到过程中时,均极易发生承压水突涌或管涌问题,为保证该基坑开挖及底板施工施工的顺利进行,必须对场地承压水进行有效治理,XX地区近几年大量的成功经验表明,深井降水作为治理承压水是一项行之有效、质量便于控制的常用方法,所以本基坑采取疏干深井降水是最佳措施。
3.2落底式止水帷幕分析
该基坑在东西方向上属长条型基坑,基坑四周拟采用800mm厚落底式(嵌入坑底灰岩隔水层)地下连续墙作为止水帷幕。
从理论上讲,落底式地下连续墙作为隔水帷幕将含水层全部切断,使降水目的含水层在坑内及坑外失去了水利联系的情况下,犹如含水层中出现了一个封闭的隔水边界,坑内的含水层如一个单独的封闭含水层,边界内外不发生侧向的水力联系,我们可以把多边形的隔水边界概化为一个圆形的隔水边界。
综合考虑到地下连续墙止水帷幕可能发生的渗漏,本方案拟根据该基坑的止水要求,进行降水设计,并从降水效果、经济性及技术保证措施等方面进行综合比选,为该基坑最终降水水方案的确定提供参考。
3.3设计依据
1、长江勘测规划设计研究有限责任公司提供的《XX市轨道交通XX线(21号线)工程百步亭花园路站岩土工程勘察报告》;
2、中铁第四勘察设计院集团有限公司提供的《XX市轨道交通XX线(21号线)工程二标段百步亭花园路站(招标设计)》相关资料;
3、湖北省《基坑工程技术规程》DB42/159-2012;
4、《供水管井设计技术规范》GB50296-99;
5、《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001;
6、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120/2012;
7、《供水水文地质手册》;
8、场区岩土工程详勘报告;
9、“天汉深基坑设计软件”。
3.4设计原则
1、在土方开挖施工期间,对于上层滞水,由于坑内水量有限,采用明沟和集水井抽排(排水沟及集水井沟底低于挖土面0.5~1.0m,随着基坑开挖逐步加深,沟底及井底应保证这一深度差);
粉质粘土夹粉土粉砂夹层中的地下水因滞后效应难以疏干,采取地下连续墙侧向止水帷幕对其阻隔;
对于深层承压水,采用深井降水进行治理。
2、由于本基坑底板底已经揭穿含水层顶板,降水设计按疏干法考虑;
3、根据开挖深度盾构井较深、标准段稍浅的特点,采用降水井间距深密、浅疏的原则布设;
4、利用含水层渗透性能由浅至深逐渐增大的特性,采用非完整井,以减小涌水量,保证降深;
5、及时降低下部承压水层的水头高度,防止基坑深挖过程中发生突涌现象。
6、设计参数参考现场抽水试验成果确定,后期降水井施工过程中应随时进行单井及群井抽水试验,以便进一步核定水文地质参数优化和调整设计方案。
3.5基坑涌水量的估算
计算方法:
采用《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012附录公式,按均质含水层承压水~潜水完整井稳定流基坑涌水量考虑。
计算公式:
式中:
Q——基坑涌水量(m3/d);
K——含水层渗透系数《综合取值18m/d》;
H——承压水测压水位高度
M——含水层厚度;
h——降水后的承压水测压水位高度;
R——抽水影响半径(取值250m);
r0——环形井点系统的引用半径。
按大井法分别估算单坑涌水量为:
Q1=32762m3/d。
考虑本基坑采用地下连续墙落底式帷幕,属封闭式疏干降水,基坑涌水受围护地连墙施工封底效果控制,暂按敞开式降水基坑总涌水量的60%预估,则基坑涌水量按19657.2m3/d考虑,单井抽水量如采用1200m3/d时,坑内共需要降水井16口;
同时考虑异形连续墙槽段施工不利因素,在坑外异形墙区域设置6口观测井兼应急储备井。
该方案技术合理,造价经济,避免了超降,有利于控制降水对周边环境造成的沉降影响。
井位的实际布置情况详见“降水井平面布置图”。
施工期间应根据承压水的水位、基坑开挖深度、开挖处的土层地质条件等因素综合考虑降水,在满足基坑不发生突涌的前提下,尽量少抽水。
降水维持过程中,考虑不同地段开挖深度的不同,应根据挖土程序的需要及地下车站主体的施工进度,合理调整抽水井开启数量:
可采用局部施工地段集中开启部分降水井,而适当关闭其它区域部分降水井,具体开启数量以现场实测水位降深加以控制调整。
3.6降水井深度及井结构
3.6.1降水井的深度
因抽取承压水的目的是为了降低承压水位,故在具体降水过程中要尽量减少抽水量,同时又要保证降水井的含砂量不超过有关规范要求。
考虑场区含水层底板埋深起伏较大,结合场区实际地质条件,降水井采用中深井,深度可定为27~35m之间(其中27m井以揭示到基岩面为终孔原则)。
3.6.2井管结构
降水井一:
端头井开挖区域
1、井壁管:
0~20m为实管,29~35m为花管,井壁管直径均为250mm,实管侧壁密封无孔隙,花管侧壁钻孔,孔径18mm,孔距5cm,呈梅花桩型交错布置。
滤管外包缠12目铁丝网一层,60目尼龙网三层,尼龙网包扎完毕后用铁丝捆绑牢实。
2、滤料围填:
井管与孔壁之间5~35m围填滤料,反滤料为直径2~3mm的绿豆砂。
3、粘土封孔:
在滤料围填面以上(0~5m)采用风干粘土球填至地表并夯实,并做好井口管外的封闭工作。
降水井二:
标准段开挖区域
0~19m为实管,19~27m为花管,井壁管直径均为250mm,实管侧壁密封无孔隙,花管侧壁钻孔,孔径18mm,孔距5cm,呈梅花桩型交错布置。
井管与孔壁之间5~27m围填滤料,反滤料为直径2~3mm的绿豆砂。
3.7单井试验、连通试验及群井试验
3.7.1单井抽水试验
按照有关国家标准规范要求,对于基坑降水设计,必须首先进行抽水试验,以校核设计所采用的水文地质参数,并对后期施工方案进行优化调整。
3.7.2连通性试验
如该落底式止水帷幕施工质量达不到设计要求,坑内、外承压水发生水力联系,在强大的水压力作用下,坑外丰富的地下水资源将直接沿止水帷幕薄弱环节对坑内进行补给,降水效果势必将无法保证。
因此,地连墙及接缝处高压旋喷桩复合止水帷幕施工质量将是决定该基坑止水方案成功与否的主要因素和控制重点。
同时,坑内外连通性抽水试验与坑内降水试验的实施对该基坑止水方案的确定和成功实施具有极其重要的意义。
地下连续墙施工完毕后,应立即进入降水试验井施工阶段,前期施工降水井3~4口(含坑外观测井),分别采用坑内抽水坑外观测、坑外抽水坑内观测的方式进行抽水试验,通过观测井实验前后的水位是否发生变化检验地下连续墙及接缝处高压旋喷桩的施工质量,并根据试验结果对本设计降水井井群进行优化、增减,以便满足基坑开挖及结构施工不受地下承压水的影响。
3.7.3群井联网抽水试验
降水井全部施工完毕后退,应进行联网降水试运行,检验降水效果,同时验证系统的供电、排水能力,确保基坑开挖万无一失。
3.6降水运行控制要求
在基坑开挖过程中,为最大程度的减小降水对基坑周边环境的影响,需根据基坑开挖深度和开挖期间场地地下水渗流情况对降水井运行进行动态信息化控制,必须做到按需降水,需开启的降水井编号及降水井数量由设计人员会同现场技术负责人共同确定,以确保基坑开挖深度和相应的承压水头埋深进行控制。
降水运行时,随开挖深度的逐渐加大,逐步降低承压水头,基坑出水量逐步加大,从而应尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降。
降水井抽水在基坑每层土方开挖前3〜5天开启,待地下水位满足土方开挖要求后方可开挖,总之做到“按需开启”原则。
4降水对周围环境影响的评估与监测
基坑开挖及降水后,承压水位降低将使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降,对周围建筑物及市政设施会构成不同程度的危害。
鉴于此,对可能发生的危害程度做出正确的评估是非常必要的。
根据相关技术规定,估算因降水而引起的地面最大沉降量可用下式计算:
式中ΔSw—为承压水水位下降引起的地面沉降量;
Ms—取经验数值0.25~0.90;
δwi—为承压水下降引起i层的附加应力(kPa);
Δhi—为i层厚度(cm);
Esi—为i层的压缩模量(MPa)。
由于本项目采用落底式地连墙,理论上坑内外无水力联系,降水对周边地面的沉降影响较小,但考虑到实际施工过程中可能出现的局部地下连续墙漏水,降水井的运行可能会对坑外水位造成一定程度的降低从而引起周边地面沉降,但预估正常情况下基坑降水引起周边地面沉降可控制在30mm以内。
在深基坑开挖过程中,应根据挖土程序的需要及基坑的施工进度,合理调整抽水井开启数量,减小基坑周边水位降幅。
建议监测部门在周边布设一定数量的沉降监测点、位移监测点及地下承压水位观测点,特别是对沉降敏感的建构筑物应作为重点监测对象,如地下排水箱涵等。
有条件时,可设置孔隙水压力计和分层沉降标。
通过上述各监测点跟踪观测结果要及时汇总分析,进行信息反馈,一旦发生地面沉降超标、变形过大等不良现象,应立即分析原因并采取应急措施处理。
5降水井成井施工及降水维持
5.1成井施工
5.1.1工艺流程
5.1.2前期准备
1、测放井位
根据降水管井平面布置图测放井位,井位测放完毕后应做好井位标记,方便后面施工。
如果布设的井点存在地面障碍物,应当设法清除障碍物,以利于成井的进行。
若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响,无法在原布设井位进行打井时,应与工程师及甲方及时沟通并采取其他措施,必要的时候可对井位作适当调整。
2、埋设护口管
埋设护口管时,护口管底口应插入原状土层中,管外应用粘性土或草辫子封严,防止施工时管外返浆,护口管上部应高出地面0.10m~0.30m。
3、安装钻机
安装钻机时,为了保证孔的垂直度,机台应安装稳固水平,大钩对准孔中心,大钩、转盘与孔的中心三点成一线,严把开孔关,钻头与钻杆连接处带两根钻铤,并且,弯曲的钻杆不得下入孔内。
5.1.3成井施工
1、钻进成孔
成孔时均一径到底;
钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳,轻压慢转,以保证开孔钻进的垂直度。
成孔施工采用孔内自然造浆,钻进过程中泥浆密度控制在1.10~1.15,当提升钻具或停工时,孔内必须压满泥浆,以防止孔壁坍塌。
2、清孔换浆
钻孔钻进至设计标高后,在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m,进行冲孔清除孔内杂物,同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10,孔底沉淤小于30cm,返出的泥浆内不含泥块为止。
3、下井管
井管进场后,应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。
首先必须测量孔深,并对井管滤水管逐根丈量、记录。
封堵沉淀管底部,为保证沉淀管底部封堵牢靠,下部封堵铁板不小于6mm。
其次要检查井管焊接,井管焊接接头处应采用套接型,套接接箍长20mm,套入上下井管各10mm;
套管接箍与井管焊接焊牢、焊缝均匀,无砂眼,焊缝堆高不小于6mm。
检查完毕后开始下井管,下管时为保证滤水管居中,在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器(找正器),扶正器采用梯形铁环,上下部扶正器铁环应1/2错开,不在同一直线上。
4、埋填滤料
填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30m~0.50m,井管上口应加闷头密封后,从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆,使孔内的泥浆密度逐步调到1.05,然后开小泵量按前述井的构造设计要求填入滤料,并随填随测填滤料的高度。
直至滤料下入预定位置为止。
5、洗井
采用深井泵或者空压机、活塞洗井。
如采用空压机进行洗井,则采用同心式正吹法方式,风管在含水层处每2~5m逐次吹洗;
活塞提升速度要均匀,自上而下逐段洗井,洗井不宜少于2个台班。
保证出水含砂量粗砂<1/50000,中砂<1/20000,细砂<1/10000。
直到水清不含砂为止。
6、下泵抽水
洗井完毕后,可以下泵试抽。
试抽成功,代表该井成孔完毕,可以投入使用。
5.1.4特殊过程质量控制要求
针对本工程降水施工过程中的特殊过程,应按下表中所列进行质量控制。
特殊过程质量控制要求
序号
检查项目
技术要求
检查数量
1
成孔直径(mm)
偏差±
100mm
全数
2
井管埋设深度(m)
0.20m
≥50%井数
0.15m
3
井管间距(m)
1.00m
4
滤料规格
D50=(6~12)d50
5
滤料围填
滤料体积≥95%
6
孔口段粘土封填
不得使用粉性土
5.2降水运行措施
5.2.1降水维持工艺流程
5.2.2降水井运行
为降低减压降水对基坑周边环境的影响,在减压降水运行过程中应务必做到按需降水。
基降水运行时开启减压抽水井数量和抽水量大小,应根据基坑开挖深度和对应的安全承压水头埋深进行控制。
降水运行时,随开挖深度的逐渐加大,逐步降低承压水头,以尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降。
5.2.3降水运行保障措施
降水成功与否直接关系到整个工程的安全,所以在施工过程中不能忽视一些保障降水运行的措施。
1、用电保障
对于工程降水,尤其是有减压降水措施的工程降水,在正常的降水运行过程中,必须有合理的用电保障以满足降水运行的需求。
通常要求施工现场应有两路工业用电,降水运行中应保证一路工业用电停电后另一路工业用电能及时使用,保证停电10分钟内(具体可根据抽水试验确定)能将确保降水井正常运转,避免影响降水效果甚至危害基坑安全。
如果现场无法具备两路供电,应考虑配备备用发电机作为备用电源。
现场拟配备200KW柴油发电机1台,为了保证柴油发电机处于完好状态,还应定期(1~2周)试运行一次,发电机进行模拟演习,保证应急时柴油发电机必须能够即时发动供电,同时建议总包在电路设计时采用双向闸刀,确保工业电与柴油发电机供电自由切换,保证应急时必须全部发动供电,同时在线路设计时必须保证在10分钟内能将降水井的电源全部得到更换,保证在基坑开挖过程中降水不得中断,否则造成的后果无法估量。
、双电源线路的布设
在提供双电源保证的情况下,应对双电源电路进行认真布设。
因为承压含水层降水对电路的要求比较高,降水过程中不能够随便停电,所以对电路布设要求比较严格,必须由专业电工进行布设。
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