天津市地铁基坑降水施工专项方案

1、XX市地铁3号线8合同XX站基坑降水工专项方案编制：审核：XX第六市政公路工程有限公司地铁3号线8合同项目经理部20XX年8月 目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1工程概况4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2基坑降水目的5 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 3设计依据5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 4场区工程地质与水文地质条件6 HYPERLINK l bookm

2、ark10 o Current Document 工程地质条件6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 水文地质条件8 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 5基坑底板稳定性分析9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 6降水工程难点分析与对策10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 降水工程难点分析10 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 降水对策11 HYPE

3、RLINK l bookmark22 o Current Document 7水文地质计算12减压井分析计算12 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 减压降水设计方案14浅层降水设计方案16 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 8设计技术要求17成井技术要求17运行控制技术要求17 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 9安全运行应急预案18 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 9.1电源保证18 HYPE

4、RLINK l bookmark36 o Current Document 排水保证18 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 井管保护18 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 备有水泵19 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 监测措施19 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 10减压降水引起的地面沉降控制19 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 11风险评估

5、及建议20 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 11.1风险评估20 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 建议20 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 12附图20 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 13附录211工程概况XX站及站后停车场全长311m。车站主体净宽最宽处为32.3m，为地下二层侧式站台车站，站台宽度为8.15m。围护结构采用800mm厚地下连续墙，共计136幅。其中大里程端头井地连墙深

6、35m，小里程端头井地连墙深36.5m,标准段深35.5m。在基坑开挖方面大里程端头井开挖深度为18.6m，小里程端头井为19.2m,标准段为17.3m。XX站北侧包括迎新里、竞业里、天兴楼共9栋居民楼均为震后的老式建筑物，采用当时的一种通用图。居民楼基础为条形基础，埋深为1.5m,房屋主体外墙为24墙内加轻质的保温隔热层，内墙为24墙，结构形式及基础形式均较差。目前迎新里13#六楼一住户房屋内新出现了明显的裂缝，我们对该房屋也进行了实地考察，出现的原因我们分析有三种：一种是由于拆迁影响；二是由于管线切改的影响；三是由于地连墙施工的影响。目前业主已经开始组织了对周边房屋的鉴定。车站南侧为地矿大

7、厦和市政设计院。地矿大厦建于1975年，该建筑为五层砖混结构局部六层。地矿大厦于2005年接建一层，在接建后由XX市房管局房屋安全鉴定检测中心做了相关鉴定：XX地矿宾馆住宿办公楼现状存安全系数较小,该建筑砌筑砂浆出现粉化现象、砂浆强度不满足接层要求，住宿办公楼使用现状不满足相关规范要求。市政设计院于1984年建成，于2004年接建一层。基础形式为条形基础，基础埋深2m，据负责接层扩建的技术人员介绍，市政院接层完毕后基础勉强能够满足地基承载力的要求，但基础砌筑砂浆出现了不同程度的粉化现象，安全储备小，并且市政院是先接层扩建后补的接层手续。目前市政院不同程度存在裂缝，而且市政院已经对出现的裂缝做好

8、标记。车站主体与周边建筑位置关系总汇编号名称层数建造时间结构类型基础类型基础深度距车站主体距离居民户数备注1迎新里12#677年砖混条基1.8m13.1m362迎新里2#677年砖混条基1.8m13.6m243迎新里3#577年砖混条基1.8m15.3m454竞业里8#677年砖混条基1.8m8.5m245竞业里7#677年砖混条基1.8m14.3m366竞业里11#577年砖混条基1.8m7.5m1007市政院784年框架条基2m18.4m8地矿大厦575年砖混条基1.8m10m9天兴楼13#577年砖混条基2m5.97248家商铺10天兴楼10#677年砖混条基2m11.3m7211华清池

9、384年砖混条基1.5m21.8m12抵羊毛线284年砖混条基1.511.9m2基坑降水目的根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，基坑降水目的如下：有效减少坑内被开挖土体的含水量，防止土体在开挖过程中发生纵向滑坡，便于挖掘机挖土、土方外运和坑内施工作业。有效降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底板发生管涌、突涌等不良现象，确保基坑底板的稳定性。3设计依据XX市地下铁道二期工程3号线详细勘察岩土工程勘察报告(A版)；供水水文地质勘察规范(GB50027-2001)；建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)；供水管井设计施工及验收规范(CJJ10-86)；建筑地基基础设计规范

10、(GB50007-2002)；建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001)；XX市工程建设标准岩土工程技术规范(DB29-20-2000)。4场区工程地质与水文地质条件工程地质条件根据岩土工程勘察报告，拟建场区地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积Qml）、第I陆相层（第四系全新统上组河床河漫滩相沉积Q3al）、44第I海相层（第四系全新统中组浅海相沉积Q2的、第II陆相层（第四系全新统4下组河床河漫滩相沉积Qal）、第III陆相层（第四系上更新统五组河床河漫滩4相沉积Qal）、第II海相层（第四系上更新统四组滨海潮汐带相沉积Qm）、第W33陆相层（第四系上更新统三组河床河漫滩

11、相沉积Qa】）、第III海相层（第四系上3更新统二组浅海滨海相沉积Qbm）3该工程场地地面以下的地层组成（自上而下）详见表4-1。地层分布表表4-1时代成因土层编号岩土名称土层厚度（m）顶板高程（m）岩性描述Qml1杂填土0.80/3.20/杂色，黄褐色、灰褐色、褐色，稍湿饱和，松散密实，含碎石、砖块、白灰渣石子粘性土组成，局部表层为沥青路面。2素填土1.80/3.20/灰黄色、黄褐色、褐色，可塑，以粉土为主，夹少量砖碎屑。Qjal1粉质粘土0.80/3.60-0.312.84可塑流塑，夹粉土层，具锈斑及灰色条纹，夹薄层粉土，局部夹少量贝壳碎屑2粉土0.90/2.30-1.932.14黄褐色，

12、中密密实，湿，具锈斑及灰色条纹，夹粉质粘土薄层3粘土0.90/3.20-0.472.12黄褐色，硬塑可塑，具锈斑，局部夹粉质粘土及黑色泥炭薄层Q42m1粉质粘土0.50/5.80-10.37-1.85灰色，可塑流塑，夹贝壳碎片，与粉土互层2粉土1.00/4.80-10.06-2.56灰色，很湿湿，松散密实，含少量贝壳碎片，与粉质粘土呈千层饼状互层时代成因土层编号岩土名称土层厚度(m)顶板高程(m)岩性描述5淤泥质粉质粘土0.70/4.50-10.16-3.05灰色，流塑,夹贝壳碎片,与粉土及粉质粘土互层Q/h1粉质粘土0.40/2.30-12.28-10.30浅灰色、灰白色、黄灰色，可塑，夹螺

13、壳碎片，顶部为黑色泥炭层0.80-16.371粉质粘土/软塑可塑,具锈斑，夹螺壳碎片5.90-11.26Q41al0.90-16.852粉土/稍湿很湿，中密密实，夹薄层粉质粘土3.0-14.424粉砂1.1-17.60黄褐色，实密，饱和，含粘性土0.70-24.291粉质粘土/软塑可塑，具锈斑,含姜石，夹粉土薄层4.60-16.562粉土0.70/9.10-24.27-16.50稍湿很湿，中密密实，具锈斑，含姜石，局部夹粉质粘土及粉砂薄层0.60-24.493粘土/硬塑可塑，具锈斑,含姜石1.20-22.780.70-26.89Q3eal4粉砂/褐黄色，密实，饱和，与粉土夹层3.60-17.3

14、00.60-26.76灰黄色、黄褐色、褐黄色、灰绿色，硬塑5粉质粘土/可塑，具锈斑,含姜石，土质不均,夹粉土及粘土3.00-24.15薄层1.00-28.18灰黄色、灰褐色、褐黄色，稍湿很湿，密6粉土/实，具锈斑，含姜石，夹粉质粘土及粘土薄210-25.59层0.70-27.798粉砂/黄褐色、褐黄色，密实，饱和，具锈斑4.10-25.27Q3dmC1粉质粘土0.50/2.60-29.67-24.30黄灰色、灰褐色、褐灰色、灰色，软塑可塑，夹薄层粉土及粘土0.90-29.733粘土/灰褐色、褐灰色,黄灰色，可塑，具锈斑1.50-29.32时代成因土层编号岩土名称土层厚度(m)顶板高程(m)岩性

15、描述4粉砂1.2-25.82褐黄色，密实，饱和，含贝壳，具锈斑Q3Cal1粉质粘土0.90/4.80-32.27-26.20褐黄色、黄褐色、灰黄色，硬塑可塑，具锈斑及灰色条纹，含姜石，夹薄层粉土2粉土1.10/2.50-33.37-28.22黄褐色、褐黄色，稍湿湿，中密密实，具锈斑，局部夹薄层粉质粘土、粉砂层，含姜石3粘土1.20/2.90-32.16-27.10黄褐色、褐黄色、灰褐色，硬塑可塑，具锈斑及灰色条纹，含姜石4粉砂1.10/5.70-35.47-29.00黄褐色、褐黄色、灰黄色，密实，饱和。具锈斑，含少量姜石，夹粘土团块5细砂0.60/6.60-35.01-28.35黄褐色、褐黄色

16、，密实，饱和，夹粘性土6粉土0.50/2.50-45.06-41.80黄褐色、褐黄色，湿，密实，具锈斑，夹薄层粉质粘土，含姜石7粉质粘土0.70/3.40-44.06-32.01褐黄色、黄褐色、黄灰色、灰黄色，硬塑可塑，具锈斑及灰色条纹，含姜石，局部夹粉土及粉沙薄层8粘土0.70-38.76-38.53黄褐色、褐黄色，可塑，具锈斑及灰色条纹，含姜石9细砂1.00/5.80-44.00-33.50黄褐色、灰黄色，密实，饱和，夹粉质粘性土薄层Q3bm1粉质粘土1.60/3.30-45.90-44.02灰褐色、灰黄色，硬塑可塑，具锈斑,，夹薄层粉土4.2水文地质条件根据岩土工程勘察报告，受基底构造、

17、地层岩性和地形、地貌、气象以及海进、海退等综合因素影响，XX地区水文地质条件复杂。地下水类型可分为以下几类：松散岩类孔隙水赋存于第四系、第三系松散堆积层中；基岩裂隙水赋存于碳酸盐岩溶裂隙中。根据地下水埋藏条件，可以将地下水划分为浅层地下水和深层承压水，一般将埋藏较浅、由潜水及与潜水有水力联系的微承压水组成的地下水称为浅层地下水，而将埋藏相对较深（一般70m以下），与浅层地下水没有直接联系的地下水称为深层承压水。在自然条件下，XX地区总的地下水补、径、排特点是：在水平方向上，浅层水和深层水由北向南形成补给，在垂直方向上，下卧含水岩组接受上覆含水岩组的渗透补给。浅层地下水有下列补、径、排特点：补给

18、：地下水接受大气降水入渗和地表水入渗补给，地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降。径流：由于含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。排泄：排泄方式主要有蒸发、向深层承压水渗透和人工开采。区间内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。赋存于第II陆相层及以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。微承压水以1粉质粘土1粉质粘土为隔水顶板，2、4、2以下，直至4为主要含水层，该层微承压水接受上层潜水补给，以地下径流方式排泄，同时以渗透方式补给深层地下水，其顶板最浅埋深为18.20m。勘察期间22.3524.35m层微承压水稳定水位埋深约为2.50m，考虑水位季节性变

19、化，计算时微承压水初始水位埋深考虑为2.00m。5基坑底板稳定性分析开挖过程中，当基坑开挖深度在含水层顶板上1.0m以上时，基坑底面的安全稳定性，可按下式进行验算。hyFyhssww式中：F基坑底面突涌安全系数（取1.20）；h基坑底面至承压含水层顶板之间的距离（m）,计算时，承压含水层顶s板埋深取最小值（m）；h承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；wy基坑底面至承压含水层顶板之间的土的层厚加权平均重度，取s19.0N/m3；Y一地下水的重度(取10.0kN/m3)。w当基坑开挖深度在含水层顶板上1.0m以内或低于含水层顶板时，需把地下水水位控制在开挖面下1.00m。本区承压含水层顶板最浅

20、埋深为18.20m,则本基坑开挖至最深处时，必须将水位下降至开挖面下1m。对于本工程开始考虑降承压水临界深度计算：1.2*10*(18.2-2.0)=(18.20-hw)*19.0hw=7.97即当基坑开挖深度大于7.97m时，需开始降低承压水水位，基坑开挖深度与安全承压水位关系如表5-1所示。基坑开挖深度与安全承压水位关系表5-1开挖深度(m)水位埋深(m)降深(m)7.00.470.0临界点7.972.000.09.03.631.6310.05.223.2211.06.804.8012.08.386.3813.09.977.9714.011.559.5515.013.1311.1316.0

21、14.7212.72标准段17.517.XX15.XX端头井18.6819.6817.68端头井19.1920.1918.196降水工程难点分析与对策根据本工程围护结构特征和拟建场地的地质水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性更加重要。降水工程难点分析本基坑开挖深度较大，最深达17.0519.19m，最大开挖深度已进入2含水层，必须将坑底水位控制在开挖面以下，水位降深幅度大；本工程18.244.0m主要为粉土、粉砂含水层，其间交互存在粉质粘土，其隔水效果相对很差，不存在明显且完整的隔水层；基坑开挖面下为渗透性质较大的第一微承压含水层，其富水性强

22、，地下水储量丰富，本地区含水层垂向渗透系数较大，地下连续墙深度为36.5m，未能将连续性很好的4粉砂层隔断，是降水引起周边沉降的重要来源；站点位于营口道与新兴路交口处，沿营口道方向，站区两侧为东亚毛纺厂、XX市市政设计院、天兴楼等商业建筑及竞业里等居住区，周围既有建筑物密集，地下管线众多。环境要求高，居民楼离基坑最近的距离只有8.5m，必须控制好因降水引起的地面沉降。基坑开挖变形及地连墙渗漏水的风险在本基坑中特别明显。6.2降水对策针对本工程特点，采用以下措施解决降水工程中的难点：采用浅层降水管井，对坑内潜水含水层进行疏干降水，以达到有效降低被开挖土体含水量的目的。基坑内需进行承压水降水的目的

23、含水层为第一微承压水含水层（见图4-2），采用深层降水管井进行减压降水，达到保证基坑安全及施工顺利进行的目的：对坑内开挖深度以内的承压水进行“按需疏干”降水，即根据开挖进度，始终保证承压水位位于开挖面以下1.00m；对坑内开挖深度以下的承压水进行“按需减压”降水，即始终保持承压水位位于安全埋深以下。在基坑内外布置水位观测井，根据地下水位监测结果指导降水运行；本工程首先开启浅层降水管井，当开挖面超过7.97m时，逐步开启深层降水管井，按需降低下部微承压含水层。为确保降水的可靠性、环境的可行性，建议针对微承压含水层及其下部含水层进行相应的抽水试验，以观测下部隔水层的隔水效果，两含水层的水力联系，同

24、时计算含水层的水文地质参数，进行降水的优化设计。开挖过程中，必须确保减压降水井的不间断工作。根据减压井抽水量及观测井内的承压水位监测值，确定开启的减压井数量、抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度。为确保减压降水井的不间断工作，施工现场应有双电源保证措施，应配置备用发电机组。7水文地质计算减压井分析计算为了有效降低和控制承压含水层水头，确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析，为减压降水设计提供理论依据。1、潜水、承压水非稳定渗流的控制方程多孔介质和流体不可压缩时非恒定达西渗流场求解的微分控制方程为：E8HT石Q门H、Q门dH8门5H.(k)+

25、(k)+(k)+W=QxxxQxQyyyQyQzzzQz其中：E=iSymBs=AsM式中：S贮水系数;承压含水层；潜水含水层；承压含水层潜水含水层S给水度；yM承压含水层单元体厚度（m）；B潜水含水层单元体地下水饱和厚度（m）；k、，k、k各向异性主方向渗透系数（m/d）；xxyyzzH点（x,y,z）在t时刻的水头值（m）；W源汇项（1/d）。2、定解条件初始条件：H（x,y,z,t）11=0=H0（x,y,z,t0）边界条件：H（x，y,z,t）=H（x，y,z,t）ri1式中：H0（x,y,乙t）点（x,y,z）处的初始水位（m）；类边界条件；H1Cx,y,乙t）点Cx,y,z）在t时

26、刻的边界已知水位（m）。对整个渗流区进行离散后，采用向后差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，由此计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。3、水文地质概念模型为了克服由于边界的不确定性给计算结果带来随意性，定水头边界应远离源、汇项。通过试算，本次计算以整个基坑的东、西、南、北最远边界点为起点，各向外扩展约500m，即实际计算平面尺寸为1500 x1000m2，四周均按定水头边界处理。地下水在降水过程中，基坑外的地下水将通过基坑周围的围护连续墙墙底绕流进入基坑，坑内地下水位大幅度下降，地下水流态为三维非稳定流，基坑内地下水的降压井是唯一的源、汇项。根据研究区的几何形状以及实际地层结构条

27、件，对研究区进行三维剖分。根据研究区水文地质特性、基坑围护连续墙埋藏深度，水平方向将水文地质概念模型剖分为91行、273列，垂向将其剖分为7层。网格立体剖分图见图7-1，网格平面剖分图见图7-2。图7-1网格立体剖分图图7-2网格平面剖分图7.2深层减压降水设计方案基坑降水进度与相应基坑开挖深度同步进行。根据计算，需要在坑内布置16口深层降水井，降水30天后满足最大水位降，其水位预测图如图7-3所示。另依据XX降水要求备用井按减压井的40%布置，另需布置6口坑内备用深层降水井，为及时了解坑外水位的变化需布置4口坑外观测井。地面沉降预测曲线如图7-4所示，基坑附近的沉降值约为26-30mm。图7

28、-3减压降水30天后承压水含水层水位埋深等值线图（单位：m）图7-4降水60天后地面沉降分布预测图（mm）（网格间距50m）7.3浅层降水设计方案为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，本工程需要降低潜水含水层中的含水量。潜水含水层容积储存量可按下式计算：W=卩V式中：W容积储存量（m3）；卩一含水层的给水度；V含水层的体积（m3）。本基坑面积约7950m2,潜水含水层低最深埋深为15.0m，潜水水位埋深设为0.5m，需将坑内潜水含水层疏干，则总水量为W=0.08X7950X14.5=9222m3根据地区经验，按240m2布一口井，同时考虑20%的备用井，需在基坑内均匀布置4

29、0口潜层降水井，井深17.0m。浅层降水井随开挖进行，确保潜水水位在开挖面下1.00m,工期暂取为30天,则每口潜层降水井的出水量约为Wq=l.lx=8.45m3/d30 x408设计技术要求8.1成井技术要求成井必须满足设计井径、井深要求；成井完成后及时洗井，必须做到水清砂净，保证井底无沉淀淤泥；回填滤料必须选用0.20.3cm的干净石硝，确保回填量；无砂管施工井管全部采用子母口井管，以防漏砂返砂将井淤死，并用5cm宽的三排竹片，每节管用三道8#铁丝牢牢绑紧；钢管必须保证焊接质量；选用80目的滤网，用铁丝缠紧；井点定位必须避开支撑梁、柱等结构。运行控制技术要求实时观测坑内外水位，坚持信息化施

30、工运行；严格用观测井观测的水位及周边环境监测数据，指导降水井的运行，坚持做到“分层降水、按需降水、动态调整”，切忌盲目抽水；任何一层土方开挖前，应先检查坑内观测井水位，是否控制在设计要求安全水位以下，不可盲目开挖，避免出现透水、突涌事故；浅层降水井降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行。深层降水井运行前必须进行生产性抽水试验，以验证降水井的出水能力及相关运行水文地质参数。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

31、水引起的相邻地面沉降。9安全运行应急预案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影响降水安全的因素。电源保证为了保证减压降水不间断，在施工现场除提供一路工业用电外，另外需配备柴油发电机，其功率不小于600KW。为了保证柴油发电机处于完好状态，发电机应定期(12周)试运行一次，保证应急时柴油发电机能够即时发动供电。施工现场临时用电电路采用双向闸刀，以确保工业用电与柴油发电机供电自由切换，保证应急时减压井能全部启动降水，确保在基坑开挖过程中减压降水不中断。排水保证排水是否正常将直接影响降水运行，施工现场必须合理布置排水沟，以能够迅速将大量地下水排入城市管道中。井管保护深层

32、降水井井管采用直径为273mm、壁厚约4mm的钢管，管材强度不是很高，同时浅层降水管井为水泥管，两种管井都经不起机械设备的碰撞和冲击。除降水单位必须保证井管连接处的焊接质量外，基坑开挖时必须保护降水井管。坑内挖土时，挖机等施工机械不能直接碰撞坑内井管，井周边的土不得用挖机操作，可以人工扦土，并要有专人指挥。坑内所有降水井的井位应根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设计的支撑相碰。对每口井均应设置醒目标志，并且对可能受车辆行走影响的电缆线以及管路部位加以防护，并且抽水人员加强对现场的巡视力度。备有水泵施工现场必须保证5台备用水泵，以防水泵临时损坏，影响降水。监测措施因基坑开挖深度比较深，必须委托专业监测单位对基坑围护结构和周边环境进行监测，加强信息化施工，监测数据必须提交一