邕江ii级阶地边缘地带管井降水的设计与施工

邕江Ⅱ级阶地边缘地带管井降水的设计与施工[摘要]本文介绍的是广西南宁邕江Ⅱ级阶地边缘地带,高层基础采用管井降水施工工艺,经济、实惠,取得了较好降水效果,为同类工程的施工提供参考。[关键词]地质管井降水水文观测1工程概况南宁市仁德房地产开发有限责任公司开发的“金凤凰·南湖御景”工程，框剪结构，地上31层（高99.6米），地下2层，总建筑面积95592m2,基坑开挖面积7200m2。该工程东距南湖约800m，北距邕江约该工程由江苏南通六建建设集团有限公司总承包施工，降水分项工程由中南勘察基础工程总公司分包施工。2工程地质及水文地质条件2.1工程地质条件（见图二）场地位于邕江Ⅱ级阶地边缘地带，上覆土层除新近形成的人工填土①外，第四系地层分布规律为粘性土－粉土－砂类土－碎石土，下伏地层为第三系湖相沉积的泥岩。第四系与第三系地层呈角度不整合接触。场地岩土层自上而下分布为：（1）填土①：杂色，稍湿～湿。以粘性土为主构成，为新近人工填土，结构松散，尚未完成自重固结，含少量有机质、局部混碎砖、瓦片等建筑垃圾及少量生活垃圾。层厚0.20～2.80m，平均层厚0.91m。该层普遍分布，厚度不大，属高压缩性土。（2）粘土②：灰黄色，呈硬塑状，局部坚硬。含少许铁锰质，粘性好，干强度高，韧性高，切面光滑。层厚1.30～5.20m，平均层厚3.65m。该层普遍分布，厚度较均匀，属中等偏低压缩性土。（3）粉质粘土③：褐黄色、黄色，稍湿，呈硬塑状，局部可塑。含铁锰质氧化物，局部夹粉土薄层。粘性稍差，均质。稍有光泽，干强度中等，韧性一般，稍具砂感，无摇振反应。层厚1.10～7.00m，该层在场地内普遍分布，属中等压缩性土。（4）粉土④：灰色，稍密，饱和，含铁锰质，局部混杂粉砂，稍具粘性。砂感重，偶见朽木。摇振反应中等，光泽，干强度低，韧性低。层厚1.40～7.70m，平均层厚4.74m。该层在场地内均有分布，属中等偏高压缩性土。（5）粉砂⑤：黄色、灰黄色，稍湿，呈松散状。成分为石英质，局部夹薄层粉土。0.5～0.25mm的颗粒含量为4.4～11.5％；0.25～0.075mm的颗粒含量为45.5～57.5％。＜0.075mm的颗粒含量为31～49.7％。不均匀系数为14～60，曲率系数为5.09～26.34。该层在局部地区出现，层厚0.80～5.00m，平均2.47m。属中等偏高压缩性土。（6）圆砾⑥：灰色，灰黄色，稍密～中密，含水。母岩成分为石英岩和硅质岩等，呈亚圆形，粒径一般为2～3cm，磨圆度较好。卵石含量占19.5～35.1％，不均匀系数为16～26，曲率系数为1.25～3.86，空隙中局部充填粘性土，主楼底部圆砾层自北西向南东变薄（北西方向厚度为12.00～20.10m；南东方向厚度为7.80～9.90m）。层面标高65.10～66.50m。层厚7.80～20.10m，平均层厚10.39m。该层分布于整个场地，属低压缩性土。（7）粉砂质泥岩⑦：褐灰、灰色，硬塑。呈强风化状，属极软岩。土质细腻，切面光滑。该层厚0.70～6.90m，平均厚度2.72m。分布于整个场地，属低压缩性极软岩。（8）粉砂质泥岩⑧：灰色，坚硬。呈中风化状。泥质胶结，中～厚层构造。含白色钙质结核，夹薄层粉砂岩及泥岩，分布于整个场地。（9）煤⑨：黑灰色，黑色。呈硬塑状，层状构造，劣质煤，污手，光泽暗淡，遇水易软化，该层呈条带状、透镜状分布于粉砂质泥岩⑦、⑧中。层厚0.20～2.10m，平均厚度0.52m，具中压缩性。2.2水文地质条件南宁处低纬度地区，全年受海洋暖湿气流和北方变性冷气团的交替影响，是国内降水较多的地区，属亚热带季风气候。雨量季节分配有明显的季风气候特点，每年雨季为4～9月，旱季为12～2月。多年降雨量在937～2277mm之间（平均降雨量1298mm）。根据《岩土工程勘察报告》，地下水上层主要为埋藏于上部填土中的上层滞水，受大气降水及地表水补给。下层主要为赋存于下部粉细砂及圆砾层孔隙型承压水，其上为粘土相对隔水层，含水层顶部有一粉土弱透水层。主要含水层圆砾层厚度8.0～16.6m，地下水初见水位多见于圆砾层顶板，标高在64.60～65.30m之间，静止水位高程在65.10～66.50m之间，压力水头高度约1～3m。该场地地下水位受邕江水位升降影响而变化，据南宁市水文地质观测资料，该阶地水位变幅在5～7m之间，丰水期地下水最高水位标高可达70.40m。根据室内水质分析结果，场地地下水及地表水对混凝土无腐蚀性作用；对钢结构存在弱腐蚀性。3地下水控制本工程地下水控制采用管井降水，管井为完整井，根据广西综合建筑设计研究院提交的场地水文地质勘察报告，地下水静止水位高程为65.10～66.50m。根据2006年3月5日进场施工4口水文观测井，于2006年3月8日测得水位在67.32～67.64m之间，平均水位为67.40m。基坑底高程66.20m（相对±0.000为：-9.30m），地下水位须降深1.2m以上，才能满足基坑底板施工的需要；局部电梯井板底高程62.8m（相对±0.000为：-12.70m），地下水位须降深4.6m4管井的设计4.1管井降水设计4.1.1该工程基坑开挖深度约9.0～12.0m，底板置于粉土、粉砂层。（详见图二该工程周边环境复杂，建筑物较多，且多为天然地基，但地下水降深幅度较小，水位降深漏斗平缓，因此降水对周边环境影响较小。但由于粉土、粉砂层中饱和水，在基坑支护土钉施工过程中，可能会出现粉土、粉砂随承压水一起从土钉孔中涌出，地层稳定性遭到破坏，为避免基坑变形，应先降水一定时间后，再进行该层土钉支护施工。基坑开挖充分利用枯水季节，降水施工完成后，应抓紧基坑开挖和基础施工。本基坑涌水量大，而含水层厚度变化较大，必须对各降水井点的位置及单井出水量精心设计，以达到最佳降水效果。4.1.为了确定地层渗透系数，在现场布置一口抽水试验井及4口水文观测井（见图三）。2006年3月17日至18日，经过抽水观测，取得水文观测数据如下：井号S1G1G2G3G4抽水前稳定水位(m)67.3267.3867.3667.6467.42抽水后稳定水位(m)54.8864.0665.9466.5466.49降深(m)12.443.321.421.100.93注：S1：抽水试验井编号；G1～4：水文观测孔编号；主井抽水量：50m3/h，出水量Q=1200m运用相关规范公式，经计算得圆砾层平均渗透系数K=14.66m/d，影响半径R=120m。4.1.2006年3月8日正值枯水季节，测得地下水稳定水位高程为67.4m（相对±0.00为-8.1m），考虑基坑土方、支护及桩基础施工、桩基础验收、承台及地下室底板施工时间，基坑施工将在7、8月份进行，将遇南宁丰水期，据南宁市水文地质观测资料，丰水期地下水最高水位标高可达70.40m。结合现测水位，在丰水季节施工时，水位提高按2m考虑，预估6、7、8月份丰水期水位达到69.4m（相对±0.00为-6.1m）。根据设计图纸、岩土工程勘察报告、抽水试验结果及相关规范，基坑安全等级为一级，重要性系数为1.3。提该场地圆砾层渗透系数K＝15m/d，影响半径R=120m，场地地面高程75.5m，基坑开挖深度12.7m（高程62.8m），依据勘察报告，取含水层顶板标高65m，含水层底板标高：46m，则含水层厚度取19m，考虑基础施工需要，地下水超降深度：0.8m，降水后施工时水位高程为62.0m。管井降水设计期限（具体抽水时间）取决于该工程±0.00以下的施工时间。4.1.预估6、7、8月份丰水期水位达到69.4m（相对±0.00为-6.1m）。该工程基坑开挖深度9～12m，则在基坑开挖时应进行降水降压处理。针对该基坑工程降水问题进行分析，采用“天汉”系列基坑工程设计软件进行计算。4.1.安全等级：一级重要性系数:1.3降深等值线控制间距：0.5m沉降等值线控制间距： 2mm基坑内网格控制间距： 2m基坑外网格增长比例： 1.2钻孔优化控制网边界控制间距：50m4.1.渗透系数：15m/d地面标高: 75.5m开挖深度: 12.7m基底标高: 62.8m当前水位: 69.4m超降深度: 0.8m水位常年变幅: 0m含水层顶板标高:65m含水层底板标高:46m含水层厚: 19m4.1.降水井总数: 11口序号 X坐标(m) Y坐标(m) 泵量(T/d) 影响半径(m) 井深(m)1 28.4 85.6 1200 150 252 80.2 86.2 1200 150 253 98.8 64.0 1200 150 254 98.0 36.8 1200 150 255 99.0 16.0 1200 150 256 50.6 16.0 1200 150 257 17.0 15.6 1200 150 258 0.2 31.2 1200 150 259 -7.8 77.6 1200 150 2510 23.4 54.8 1200 150 2511 69.4 54.6 1200 150 254.1.回灌井总数: 0口4.1.观测井总数: 0口4.1.钻孔总数: 1个序号 X坐标(m) Y坐标(m) 顶标高1 0 0 224.1.钻孔1 共6土层序号 土层厚(m) 压缩模量(Mpa) 修正系数10.5 4 0.1624.0 11 0.1632.0 9 0.1647.5 7 0.16510.0 20 0.1663.0 4 0.254.1.序号 X坐标(m) Y坐标(m)4.1.序号 X坐标(m) Y坐标(m)左下点 -20.0 -20.0右下点 115.8 -20.0右上点 115.8 100.0左上点 -20.0 100.0经计算，电梯井处降深可达9m左右，其它降深均在8m范围内，可满足基坑开挖的要求。结合场地特点、平面布置、地质情况，水井布置见图四。4.2、单井结构设计4.2.1.钻孔直径ø800mm4.2.2.井管利用外径ø273mm×8m无缝钢管。过滤管采用圆孔式过滤器（孔隙率为30%），垫筋为ø6mm钢筋，包网采用40～60目尼龙网包二层，过滤管根据含水层厚度确定，沉砂管长度3m4.2.3．投砾：投砾采用5～10mm4.2.4．封孔：封孔材料为风干粘土球（Ip>17）封填并分层捣实。部位为圆砾层与粉土层交结面。4.2.5.潜水泵：根据设计计算单井潜水泵泵量为：50m3/h；可根据各井含水层厚度的实际情况选择泵量，潜水泵泵量应在40～5、降水井的施工5.1降水井施工5.15.1.1.1管井施工根据该场地地层条件必须选用反循环钻进成孔。5.1.1.2钻井施工达到设计深度，宜多钻0.3～0.5m，用大泵量冲洗泥浆，减少沉淀，并应立即下管，注入清水，稀释泥浆比重接近1.05后，投入虑料，不少于计算量的95％，严禁井管强行插入坍塌孔底，虑料填至含水层顶板面，改用粘土回填封孔不少于2m。5.1.1.3由于降水管井分布集中，连续钻进，应及时进行洗井，不应搁置时间过长。5.1.1.4完成管井施工洗井后，应进行单井试验性抽水。5.1.25.1.2.1过滤器可用钢管或笼式；5.1.2.2管井孔径为800mm，笼式过滤器直径550mm，死管直径ø273mm。5.1.2.3管井过滤器、虑料、泥浆要求，应符合现行国家标准《供水水文地质勘察规范》（GBJ27）的规定。5.2、周边环境影响预测基坑降水可能引起周边建筑物、地下管线及道路的不均匀沉降，主要引起沉降的原因是地层水位降低引起的固结沉降、细颗粒流失。本基坑地下水渗透系数大，因此基坑外围形成的降水漏斗水力坡度平缓，不会造成较大的固结沉降。为避免细颗粒流失，在施工降水井过程中，应严格控制投料质量。5～10mm圆砾需投至圆砾层顶面，上部填含砂量小的粘土。5.3、监测在降水前期需设置水位及基坑沉降、变形观测点。（详见图六）基坑降水期间，应对周边建筑物、道路、下水管道及边坡进行沉降变形监测。对地下水动态进行监测，达到信息化施工及动态设计。5.3.1本基坑降水工程监测主要为地下水动态监测和周边建筑物沉降变形监测。5.3.15.3.1.2周边建筑物监测目的及对象：对基坑降水影响范围内建筑物，地下管线进行沉降变形监测，重点放在基坑边缘50m5.3.2根据降水需要，工程监测内容为：地下水动水位观测、周边建筑物沉降变形观测。5.3.3地下水水位观测：采用测钟在水位观测孔中测量地下水动水位，精度要求读至毫米。降水初期每2小时测量一次，地下水动水位稳定后每4～6小时测量一次，特殊状况下，应加密观测次数。建筑物沉降变形观测：其方法分目测巡检和精密水准测量垂直位移。目测巡检：对建筑物倾斜、开裂、鼓凸等迹象进行丈量、记录、绘制图形或摄影。精密水准测量垂直位移：在基坑开挖前，应对周边建筑物、构筑物在工程设计时，应对变形测量统筹安排，基坑开挖过程中，应随时观测基坑侧壁、基坑底的渗水现象，并应查明原因，及时采取工程措施。变形测量点宜分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合下列要素：选择稳固可靠的点作为基准点；工作基点应选在比较稳定的位置；变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置；变形测量按照《工程测量规范》四等精度要求施测。变形测量的观测周期，应根据降水、基坑开挖情况，初期一天一次，一般三天一次，特殊情况加密观测，建筑物、构造物的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件等四个因素，综合考虑。观测过程中，根据变形量的变化情况，应适当调整。每次变形观测时