深基坑联合降水井施工技术

深基坑联合降水井施工技术

1地下工区地土围护结构及地下水成层分布特征上海龙耀路穿越乌江的新项目全长4.04公里。其中1#～2#井段明挖隧道工程位于原耀华玻璃厂场区内,西临济阳路,北临耀华路,起点为规划的经一路,终点为济阳路。龙耀路隧道浦东1#～2#井段明挖隧道分为1#工作井、2#工作井、A区、B区和C区五部分。其中1#工作井及A区作为盾构始发工作空间基坑整体开挖,均采用地下连续墙围护,1#工作井开挖深度为21.9m,围护深度40.0m,A区基坑开挖深度从13.6m～16.3m不等,围护结构深度25.0m～29.0m。本工程地基土在50.0m深度范围内,均为第四纪松散沉积物,属第四系滨海平原地基土沉积层,主要由饱和黏性土、粉性土以及砂土组成,具有成层分布特点。地下水主要有浅部黏性土层中的潜水、局部地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水,承压水位一般低于潜水位。潜水位和承压水位随季节、气候、潮汐等因素而有所变化。2基坑坑内及地下水边坡防护施工根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工的要求,降水方案必须达到以下四个要求:(1)降低坑内土体含水量,提高坑内土体强度,减少坑底隆起和围护结构的变形量,防止坑外地表过量沉降;(2)疏干开挖范围内土体中的地下水,方便挖掘机和工人在坑内施工作业;(3)提高边坡稳定性,防止土层纵向滑坡;(4)及时降低下部承压含水层的承压水水头高度,防止基坑底部突涌的发生,确保施工时基坑底板的稳定性。根据工程周边复杂的环境条件和地质水文情况,为了达到上述要求,同时考虑到坑内设置过多的降水井将影响基坑挖土等后续工程施工,经分析验证,本次降水方案采用联合降水井施工技术。2.1降水工程疏于井单井有效采用采用围护明挖施工时,需及时疏干开挖范围内土层中含水,保证基坑干开挖的顺利进行。因此,开挖前需要布设若干疏干井,对基坑开挖范围内土层疏干。参照上海市标准《基坑工程设计规程》(DBJ08-61-97),结合本工程实际情况,本次降水工程疏于井单井有效抽水面积取200m2。坑内降水井数量计算公式:n=A/a井A-基坑面积(m2);a#-单井有效降水面积(m2);对于狭长的基坑,应根据其基坑长度以12m～16m间距布设疏干井。开挖深度较浅(<7.00m)的部分可以考虑采用轻型井点。据此,我们计算得出基坑理论需要布设的疏于井数量如表1。2.2降压设计在基坑开挖过程中,需考虑基坑底部承压含水层的水压力,必要时按需降压,保障基坑安全。2.2.1基坑桩高深43-2层埋深基坑底板稳定条件:基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。即:∑h·γs≥Fs·γw·H,其中:h-基坑底至承压含水层顶板间距离(m);γs-基坑底至承压含水层顶板间的土的重度(kN/m3);H-承压水头高度至承压含水层顶板的距离;γw-水的重度(kN/m3),取10kN/m3;Fs-安全系数,一般为1.0～1.2,本工程取1.10;针对场地存在的(微)承压含水层,分别进行基坑底板稳定性验算。(1)④2-1、④2-2层根据勘察报告,场地均布④2层(④2-1、④2-2),其层顶普遍埋深约16.00m～17.00m,层底普遍埋深约22.00m～23.00m;本次施工的基坑地下墙均深度均已切穿④2层,理论上隔断了基坑内外④2层水力联系。(2)⑤31夹层根据详细勘察报告,浦东1#工作井附近勘察孔,除XZ85缺失⑤31夹层外,CZ24、XJ82、XJ83、XJ84均分布有⑤31夹层。通过分析详勘提供的地质剖面,推测在埋深30.00m及44.00m处各分布一层⑤31夹层,浦东1#工作井区域内均布⑤31夹层。⑤31夹层水位埋深取不利水位埋深3m。PD1-1北侧钻孔XJ84、XJ86以及基坑内XJ86-1分布有⑤31夹层,其层顶埋深为31.00m～29.30m,厚度为2.7m～3.2m。南侧钻孔缺失⑤31夹层。PD1-2～PD1-4之间钻孔XJ86、XZ88(埋深29.30m～30.00m,厚度3.0m～1.5m),XJ90、XJ89、XZ91(埋深27m,厚度1.0m～1.4m)均分布有⑤3-1夹。根据勘察报告进行基坑稳定性验算,验算结果如表2。(3)⑤3-2层场地⑤3-2层埋深较深,1#工作井区域最浅埋深49.30m,验算时其水位分别取勘察报告提供的水位埋深9.80m以及最不利水位埋深3m进行验算。根据表3验算,本工程1#工作井不需要考虑降⑤3-2层微承压水。由于目前施工场区⑤3-2埋深相对起伏较小,故P1-1～PD1-4也不需要考虑降⑤3-2层微承压水。根据初勘报告结合附近工程经验,本工程场区⑤3-1层可能具有微承压性,在进行降水设计时也仍要考虑⑤3-1层可能的微承压性给基坑安全带来的危害。2.2.2基础稳定性分析针对上述计算结果,为了保证基坑稳定,根据公式∑h·γs≥Fs·γw·H,计算基坑开挖时基坑稳定理论临界开挖深度。计算结果如下表4。2.2.3单井干扰供水水位下降预测根据设计方案,对1#工作井部位进行群井干扰抽水水位降深预测,预测时参考《供水水文地质手册》进行计算。(1)计算公共公式的选择根据本工程的承压含水层的特性,以及围护情况,在计算时采用三维地下水渗流公式进行数值模拟计算。(2)群井集水量计算根据前期抽水试验,考虑在群井抽水情况下井流量减小,本次计算参数如下:群井抽水时单井有效出水量Q取240m3/d;渗透系统在x、y、z方向上分量,Kx、Ky取2.5m/d,Kz取0.8m/d;(3)预测结果见表52.3微承压水井及降压井根据以上设计思路,本工程降水井布设概况如下:根据本工程工程地质、基坑开挖深度、围护结构设计情况,考虑在需要降低④2层、⑤31夹层微承压含水层压力部位考虑在普通疏干井基础上加深疏于井用于疏干上部潜水和降低下部微承压含水层压力。这种井结构共分为两种类型:一种称为疏干兼降压井,这种井结构不隔断井内潜水与微承压水,主要适用于地层被围护隔断基坑内外相同微承压含水层水力联系的基坑。另一种是一种新型井结构-GL型联合降水井;该井结构采用特殊方法封隔上部潜水与下部微承压含水层之间水力联系,使该井前期保持疏干上部潜水,后期转变为降压井降低下部微承压含水层压力,适用于对周边环境比较复杂的基坑。结合本工程实际情况,考虑后期正式降水时基坑开挖的便利,浦东1#工作井内布设2组轻型井点用于疏干1#工作井内上部②0层黏质粉土,编号为Q1-1、Q1-2;同时坑内布设3口④2层、浅部⑤31夹的降压井,井号Y1-1～Y1-3,井深度为40.00m;坑外布设2口深部⑤31夹层降压井,井号Y1-4～Y1-5,井深度为51.00m;同时坑内布设1口⑤31夹降压备用兼观测井,井号YG1-1,井结构同Y1-4、Y1-5。PD1-1～PD1-4共布设20口GL型联合降水井,井号为GL1-1～GL1-20,井深度为35.00m。同时布设2口降压备用兼观测井,井号YG1-2、YG1-3,井深度为35.00m。2.4期疏干2层浦东1#工作井轻型井点根据要求应提前15～20d降水。开挖第二层后开启坑内降压井抽水,降低下部④2、⑤2及⑤31夹压力并后期疏干④2层,在抽水工期充足的条件下降水后应满足基坑分层开挖需求。PD1-1～PD1-4的GL联合降水井应在成井后立即安装并检验特殊止水装置,待止水装置安装完毕后立刻开始进行疏干抽水,包括上部④2层的抽水。抽水时,根据要求提前加载真空负压降水,在抽水工期充足的条件下降水后应满足基坑分层开挖需求。待后期开挖至临界开挖面左右,提前打开止水装置进行下部⑤3-1层微承压水抽水。3降水施工现场3.1配套设备的配套成孔施工机械设备选用GPS210型工程钻机及其配套设备。其工艺流程如下:测放井位→埋设护口管→安装钻机→钻进成孔→清孔换浆→下井管→填砾料(中粗砂)→井口封闭→洗井→安泵试抽→排水。3.2持续降水与降压水(1)先试运行,再正式降水。在基坑正式开挖时,基坑内响应部位的降水井应提前预抽水,做到能及时降低连续墙内基坑开挖范围内土体中的地下水位。(2)在工程开挖至降微承压水的临界开挖深度以前,降水井中采用止水装置密封⑤2层微承压水,进行坑内疏干抽水。坑内疏于抽水时,潜水泵的抽水间隔时间自短至长。(3)当基坑开挖深度达到10.36m的工况阶段以后,将止水装置依次开启,对基坑下部微承压水进行降压,并合理控制承压水头,在满足基坑稳定性要求前提下,防止承压水头过大降低,使降水对周边环境的影响减少到最低限度。做到:降水范围宜小不宜大,降水时间宜短不宜长,降压深度宜浅不宜深。降承压水工作应在地下构筑物施工至上部结构自重和下伏承压含水层的顶托力平衡后才可停止