土方提前开挖施工降水方案

3.1.场地地质条件 13.1.1.工程地质条件 13.2.水文地质条件 33.3.降水特点与对策 43.3.1.降水特点 43.3.2.降水对策 43.4.减压降水 53.5.疏干降水 53.6.坑外观测回灌井 53.7.基坑生产性抽水检验 63.8.封井工艺 63.8.1.坑内疏干井及坑外回灌井、坑内降压井封井(大底板前封井) 63.8.2.坑内降压井封井（大底板后封井） 73.1.场地地质条件上海位于长江三角洲东南前缘，属亚热带海洋性季风气候区，气候温和湿润，四季分明。年平均气温为15.4℃，最热为7月份，月平均气温为27.8℃，最冷月为1月份，月平均气温为3℃。年降水量为1144mm，年平均蒸发量1336.6mm。夏秋之季常有热带风暴侵袭，多雷暴雨；秋冬季节常有大雾天气。上海地区年主导风向夏季为东南风，冬季为西北风，年平均风速为3.8m/s。拟建场地位于上海市长宁区，长宁路以南、凯旋路以西，属滨海平原地貌类型。场地内地势较平坦，局部区域地表分布有建筑垃圾。3.1.1.工程地质条件拟建场地整体上属正常地层分布区（场地南侧及东北角局部为古河道沉积区，第⑥层缺失，有第⑤3层分布，浅部土层分布较稳定，中下部土层除局部区域有一定起伏外，一般分布较稳定。在所揭露深度150.32m范围内的属第四纪中更新世Q2至全新世Q4沉积物，主要由粘性土、粉性土、砂土组成，一般具有成层分布特点。根据土的成因、结构及物理力学性质差异可划分为13个主要层次。其中第①层、第⑤层、第⑦层、第⑧层、第⑨层根据土的成因、土性特征分为若干亚层和次亚层（第①1、①2层；第⑤1-1、⑤1-2层；第⑦1、⑦2层；第⑧1-1、⑧1-2、⑧2、⑧3层；第⑨1、⑨2层）。场地地层分布主要有以下特点：图3-1地质异常区图（场地南侧及东北角局部为古河道沉积区，第⑥层缺失，有第⑤3层分布）1. 拟建场地第①1层杂填土，上部局部为15～20cm厚水泥地坪，下部多以粘性土为主，夹植物根茎、碎石等杂物，构成较为复杂。第①2层浜填土，含黑色有机质、石子等杂物，在场地内局部分布；场地东南角积水区该层以浜淤泥为主。2. 第②层褐黄～灰黄色粘土，含氧化铁条纹和铁锰质结核，局部夹粉质粘土，土质自上而下逐渐变软；局部填土较厚区域该层缺失。3. 第③层灰色淤泥质粉质粘土、第④层淤泥质粘土，分布较为稳定，流塑至软塑状态，属软弱粘性土。4. 第⑤1-1层灰色粘土、第⑤1-2层灰色粉质粘土，软塑～流塑，含云母、有机质、钙质结核和半腐植物根茎，在拟建场地分布较为稳定；第⑤3层灰色粉质粘土，软塑～可塑，夹薄层粉性土，主要在古河道沉积区分布。5. 拟建场地第⑥层暗绿色粉质粘土（俗称硬土层），拟建场地内大部分区域层位起伏平缓，古河道沉积区缺失。6. 拟建场地第⑦层砂性土层，总厚度约14.0m，呈中密～密实状态。其中第⑦1层粉砂，中密，层面埋深一般约30.0～32.0m，层厚约0.60～8.80m；在场地西北角该层顶部夹多量粘性土,静探Ps平均值约6.27MPa，土性相对较弱（范围详见“建筑物及勘探点平面布置图”）。第⑦2层粉细砂，密实状态，砂性较纯，层厚约4.70～8.40m，层位稳定、土性佳。7. 拟建场地第⑧1-1层粘土、第⑧1-2层粉质粘土夹粉砂，在拟建场地内分布稳定、层面起伏平缓；第⑧2层粉砂在拟建场地内大部分区域均有分布，层面起伏平缓，但土性有一定差异，局部区域缺失；第⑧3层灰绿～灰色粉质粘土，在拟建场地内均有分布，层面起伏平缓。8. 拟建场地第⑨层顶面埋深一般约66.6～70.5m，总厚度约22.0m。其中第⑨1层粉砂，厚度约3.50～8.30m，夹中砂、砂质粉土，局部层顶夹多量粘性土；第⑨2层含砾中粗砂，夹粉细砂及薄层粘性土，分布较为稳定，土性较第⑨1层佳。9. 第⑩层灰绿～灰色粉质粘土，层面埋深分布较稳定，层厚变化较大（2.00～16.40m），局部夹层状粉砂，在拟建场地内均有分布。10. 第⑾层灰色粉砂夹粉质粘土，层面埋深一般约92.00～99.70m，埋深及层厚变化较大，钻探23#、24#、25#、BG4孔位置该层缺失。11. 第⑿层灰绿～灰色粉质粘土，层面埋深较为稳定（约103.00～108.00m），局部夹较多粉性土及粉砂，土质不均。12. 第⒀层灰色粉砂夹粉质粘土，层面埋深一般约109.00～114.50m，颗粒成分以石英、长石为主；该层上部一般夹较多薄层粘性土（22#、23#钻探孔勘探深度范围内以粘性土为主），土质不均匀。3.2.水文地质条件根据本工程《岩土工程勘察报告》，拟建场区地下水根据埋藏条件可划分为浅层潜水及承压水。潜水拟建场地浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表迳流补给。上海市年平均高水位埋深为0.50m，低水位埋深为1.50m。潜水水位受降雨、地表水及地面蒸发的影响有所变化。本工程详勘和补勘时间跨度较大，勘察期间所测得的地下水静止水位埋深一般在0.30m～2.40m之间。承压水拟建场地内承压水主要为深部第⑦层、第⑨层承压含水层，详勘阶段测得第⑦层、第⑨层承压水埋深分别约为7.2m和14.8m。据上海地区已有工程的长期水位观测资料，承压水水位年呈周期性变化，水位埋深的变化幅度一般在3.0m～11.0m。根据勘察资料以及围护设计方案，深坑区的地下墙及止水桩已将第⑦层承压水隔断，浅坑区因基坑开挖比较浅，不涉及到承压水。⑤3层初始水位标高为-2.62m，⑦层承压含水层初始水位标高为-2.59～-2.60m，⑦层与⑤3层初始水位相当，在古河道区，两层存在水力联系。本次Ⅴ、Ⅶ基坑的东北角位于古河道区，Ⅵ、Ⅷ基坑下伏地层为正常沉积地层。3.3.降水特点与对策3.3.1.降水特点1. 本工程Ⅷ坑开挖深度约20.32m，集水深坑区开挖暂考虑落深6.1m，所以基坑最大开挖可能达到27m左右，承压含水层最浅埋深为30.0m左右，开挖面距离承压水层第⑦-1层顶面比较近，基坑突涌的风险极大。2. 基坑面积比较大，分坑开挖施工较长，需要降承压水的时间比较大。3. 基坑及围护深度影响范围内的水文地质情况复杂，场地东北角局部为古河道沉积区，第⑥层缺失，有第⑤3层分布，经抽水试验严证，在古河道区域⑤3层与⑦层之间存在水力联系。4. 围护结构地连墙理论上已经将第一承压含水层截断，但鉴于成墙质量可能存在的不确定性，坑内外承压水势必存在一定的水力联系。5. 围护体对承压含水层的止水效果将直接影响承压水降水效果。6. 承压水下部隔水层的隔水性同样比较重要，因场地第⑧1-1层粘土、第⑧1-2层粉质粘土中均夹有粉砂，所以隔水层是相对隔水的。7. 本工程周边环境比较敏感，保护建筑、管线和地铁区间隧道距离基坑都比较近，降低承压水位势必会对周边环境造成一定程度的影响，因此，必须遵循“科学降水”、“按需降水”的原则。3.3.2.降水对策1. 分层降水：上部潜水层采用真空管井降水措施，进行地下水疏干处理，确保地层疏干，便于开挖；下部第一承压水水层采用深井降水，主要对承压含水层“按需减压”，保证基坑安全及施工顺利进行；2. 在基坑内布置水位观测井，根据地下水位监测结果指导降水运行；3. 在紧邻Ⅷ基坑围护结构外侧适当位置布置水位观测井，作用如下：其一，监测内部抽水后坑外水位变化情况，定性判断围护结构止水效果；其二，在围护结构对承压含水层止水效果未达预期，坑外地下水源源不断补给坑内时，坑内降水井将无法满足降水需求，此时坑外观测井可做应急抽水井用，协助坑内井进行抽水，减少地下水补给源。4. 邻近需保护的二号线区间隧道、基坑周边老建筑、住宅区以及三号线高架等布置回灌井作为应急措施，主要对第一承压水层进行加压回灌，回灌井布置在被保护建筑物、管线及地铁线路附近，在出现地面沉降过大时，紧急回灌地下水，人为抬升并控制地下水水位，保持坑外水土平衡，减缓沉降变形速率。5. 降水运行过程中，必须遵循“按需降水”原则，控制承压水的水位满足开挖时的安全要求，不得超降，减少降水对周边环境、特别是对地铁区间隧道及地下水库可能产生的不利影响。6. 针对本工程基坑场地的地质与水文地质条件以及本基坑工程特点，成井后及时做生产性群井试验抽水，验证降水效果及围护结构对承压含水层的止水效果，及时排查渗漏点，提前进行堵漏处理，同时验证现场降水电路、排水情况。7. 围护体止水效果决定工程降水成败，现场有专业阻漏单位，配备足够的材料设备及人员。3.4.减压降水Ⅷ区共布置减压降水井8口，其中5口降水减压，3口作为备用兼坑内观测井，井深42m过滤器32-41m。降水井孔径650mm，管径273mm。减压降水井成井后及时试抽水，验证维护结构的隔水性能，一旦发现坑内抽水后坑外水位降低较大时，应查找围护墙体渗漏点，并进行外侧阻漏。降水井布置图及结构图详见附图-06、07。参考本工程勘察资料及抽水试验结果，按最不利情况考虑，取本工程基坑下伏第⑦层承压水初始水头埋深为-8.7m。表3-1基坑开挖深度hs与安全水头埋深D对应关系表序号开挖区域基坑开挖深度(m)安全水位埋深水位降幅（m）1第一道支撑底1.60//2第二道支撑底7.10//3第三道支撑底12.1//4第四道支撑底16.606.00临界状态5Ⅷ区大底板底20.3211.315.316Ⅷ区电梯深坑27.0025.0019.003.5.疏干降水Ⅷ区需进行疏干降水，疏干井基本按250㎡土体面积设置1口，共计30口，井深24m，过滤器设置在各道支撑之间。疏干井孔径650mm，管径273mm。疏干井进行基坑浅层水疏干三周后才能进行二层以下土方开挖。疏干井布置图及结构图详见附图-06、07。3.6.坑外观测回灌井1. Ⅷ区坑外共布置观测回灌井7口，Ⅶ区内2口减压降水井兼做Ⅷ区观测回灌井，井深均为42m，过滤器32-41m。回灌井孔径650mm，管径273mm。观测回灌井布置图及结构图详见附图-06、07。2. 回灌加压系统：加压方法有两种，一种是通过大水泵抽取地下水或水箱内水体，向回灌井内回灌，回灌压力一般较高，压力的大小由水泵的流量和扬程决定。另一种方法是安装加压泵，对水体自然压力进行补偿，从而增加回灌压力。1) 因回灌后回灌井内产生一定量气泡，大量气泡聚集在滤管周围会阻止回灌水进入含水层中，因此必须定期对回灌井进行回扬冲洗，要求回灌井在正式工作前必须在井内安装回扬水泵，定期抽水回扬；2) 回灌时，要求排除井内空气，防止产生气泡阻挡回灌水，要求在井口盖板上安装排气阀，当水从排气阀大量出水后，才可以关闭排气阀；3) 回灌井上安装压力表及流量计，灌水量与压力要由小到大，逐步调节到适宜压力；4) 回灌井口要求密封，确保回灌时不漏水，同时回灌压力不宜过大，当回灌流量不明显增加时，回灌压力最好不要增加，否则回灌井周围易产生突涌，从而破坏回灌井结构；5) 回灌井成井后应立即抽水，井外回填最好在数天抽水后再进行回填，这样回填密实性比较好。6) 回灌水体必须干净，不能是污染水体，否则会污染地下水；7) 回灌水体内不能有固体物质（如砂，土及其它杂质等），否则会影响回灌效果。3.7.基坑生产性抽水检验1. 检验目的1) 通过抽水检验，观测坑内地下水水位变化，检验坑内降水井的降水能力是否满足基坑开挖安全需求。2) 通过坑内抽水，观测坑外观测井的地下水水位变化情况。3) 了解抽水检验期间，基坑外侧（地铁一侧）地面沉降变形情况以及隧道变形情况。4) 通过围护结构内外的水位变化，定性判断围护结构对弱承压含水层的止水效果。5) 通过抽水检验，为降水运行施工提供建议。2. 检验部署Ⅷ区基坑内抽水井J9、J12和J16，基坑内观测井J10、J11、J13和J14，基坑外观测井HG15～HG21。抽水试验时间为3天，水位恢复试验时间为2天。3. 检验报告包括内容1) 抽水期间的坑内地下水位变化情况、单井有效出水量。2) 抽水期间的坑外地下水位变化情况。3) 根据坑内外水位的变化情况，定性判断封闭完成后的地下连续墙对承压含水层的止水效果。4) 检验报告可供后期降水运行参考，包括适用于后期降水运行的抽水检验设备规格，停止抽水后地下水的回水速度等。5) 根据周边环境的沉降监测与抽水检验结果，预测后期降水运行后周边环境的沉降变形。3.8.封井工艺根据井结构及位置不同，需采用不同封井方案，大致分为以下二种：3.8.1.坑内疏干井及坑外回灌井、坑内降压井封井(大底板前封井)1. 坑内疏干井，在井内用粘土回填至管口；坑外回灌井井内用粘土回填至管口后用钢板将管口封闭，并焊接牢固：图3-2疏干井封井示意图2. 基坑土方开挖完毕后，降压井共运行1～2口抽水，坑内观测井水位在16.29米深左右，满足设计和施工要求，部分坑内不参加运行的降压井需全部进行封井，在井内充填混凝土并在井口焊接钢板，最后在已封井上部浇大底板。图3-3坑内降压井封井示意图3.8.2.坑内降压井封井（大底板后封井）坑内底板完成达到一定强度，满足抗浮及设计要求后，对剩余降压井全部进行压密注浆封井工艺：1. 预搅拌1.00m³左右的水浆，水灰比0.4～0.5。2. 井管内下入注浆管，注浆管的底端下入深井底0.50m左右。3. 井管内填入瓜子片，瓜子片的回填高2m左右。4. 正式注浆前井管口用钢筋作支撑，将注浆管固定，然后开始注浆，注浆时要