基坑降水施工设计书及相关施工图纸

1-基坑降水施工设计书及相关施工图纸目录TOC\h\z\u9.1基坑突涌的可能性评价 -1-9.2基坑突涌可能性计算 -2-9.3基坑安全稳定性计算 -3-9.4疏干降水设计 -4-9.5减压降水设计 -5-9.6数值模拟分析 -7-9.6.1数值模型建立 -7-9.6.2数值模型预测分析 -10-9.7降水井工作量统计 -12-9.8抽水试验 -12-9.1基坑突涌的可能性评价在评价其对基坑工程的影响时，宜根据其动态规律，按最不利原则考虑。基坑底板的稳定条件：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。采用安全系数法:Pcz/Pwy=（H·γs）/（γw·h）≥Fs式中：Pcz—基坑底至承压含水层顶板间土压力（Pa）；Pwy—承压水头高度至承压含水层顶板间的水压力（Pa）；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土的加权平均重度（KN/m3）；H—承压水头高度至承压含水层顶板的距离（m）；γw—水的重度（KN/m3），取10KN/m3；Fs—安全系数，取1.10；图9-1基坑底抗突涌验算示意图9.2

基坑突涌可能性计算第⑥4b层砾砂据勘察资料第⑥4b层砾砂在主体基坑内最浅埋深约40.40m，基坑底至承压含水层顶板间土的加权平均重度取17.4KN/m3，为确保基坑安全，按最不利原则水位取2.80m进行计算，则：1．主体基坑标准段最浅开挖深度约16.89m，Pcz=H·γs=（40.40-16.89）×17.4≈409.1KPa；Pwy=γw·h=（40.40-2.80）×10.0=376.0KPaFs=Pcz/Pwy=409.1/376.0≈1.09＜1.10(突涌)；2．主体基坑端头井最大开挖深度约19.48m，Pcz=H·γs=（40.40-19.48）×17.4≈364.0KPa；Pwy=γw·h=（40.40-2.80）×10.0=376.0KPaFs=Pcz/Pwy=364.0/376.0≈0.97＜1.10(突涌)；3．综上计算结果，主体基坑在开挖过程中该层承压水存在突涌可能性，为确保基坑安全，需对该层承压水进行减压降水处理。9.3基坑安全稳定性计算9.3.1安全降深计算对于第⑥4b层砾砂1）当标准段开挖至16.89m时，FS=PCZ/Pwy=1.10，PCZ=H·γs=409.1KPa，H2=H1-PCZ/FS/γw=40.40-409.1/1.10/10.0≈3.3m，Sw=H2-H0=3.3-2.8=0.5m。即当标准段开挖至设计深度16.89m时，该层承压含水层水头最小降深为0.5m（以承压水水头2.8m计算），承压水水位降至3.3m。2）当端头井开挖至19.48m时，FS=PCZ/Pwy=1.10，PCZ=H·γs=364.0KPa，H2=H1-PCZ/FS/γw=40.40-364.0/1.10/10.0≈7.4m，Sw=H2-H0=7.4-2.8=4.6m。即当端头井开挖至设计深度19.48m时，该层承压含水层水头最小降深为4.6m（以承压水水头2.8m计算），承压水水位降至7.4m。9.3.2安全开挖临界深度对于第⑥4b层砾砂FS=PCZ/Pwy=1.10，Pwy=376.0kpa，h=H1-FS×Pwy/γs=40.40-1.10×376.0/17.4≈16.6m。即当主体基坑开挖到16.6m时开始启动减压降水井，为确保基坑工程安全，并尽可能减少降水时间，减小对周边环境的影响，工程实际施工时宜根据施工时实际水位进行计算，确定何时启动减压降水井。根据前述计算，开挖标高超过临界深度，才需要进行减压降水。表9-1开挖深度与承压含水层安全水头对应关系表层位区域开挖深度(m)安全承压水头埋深(m)降深量(m)第⑥4b层砾砂主体基坑16.62.8临界状态标准段16.893.30.5端头井19.487.44.6注：1.以地面起算；2.H0—承压含水层水头埋深（m）；3.H1—承压含水层顶板最浅埋深（m）；4.H2—承压含水层水头安全埋深（m）；5.H3—基坑安全开挖深度（m）；6.Sw—承压含水层最小降深（m）；7.h—安全开挖深度（m）。9.4

疏干降水设计在以黏土、淤泥质黏土及粉质黏土为主的疏干降水含水层中，考虑黏性土的渗透系数较小，水位下降较慢，含水量的有效降低标准较低，重力水的释放需要较高要求的降排水条件（降水时间以及抽水强度等），主体基坑围护结构理论上隔断了基坑内外潜水含水层水力联系，且坑内局部进行加固，加固后的坑内土体含水量较小，土体固结强度较高。结合宁波地区类似工程施工经验，浅部地下水不做单独的降水处理。必要时在坑内适当设置集水沟，可以对浅部地下水有一定的疏导作用，且便于雨季降雨的抽排。根据以上原则，对于基坑开挖过程中，基坑内明水、降雨等外来水源以及施工现场集水明排不在方案设计范围内。9.5减压降水设计9.5.1减压降水井布置原则1) 减压降水井间距、深度、孔径依据拟建工程场区水文地质条件、基坑总涌水量、单井降水能力并结合工程经验确定；2) 减压降水井尽可能布置在不影响基坑开挖施工的位置；3) 减压降水井的布置应尽可能减小降水对周围环境的影响。9.5.2减压降水分析根据项目围护设计资料、地质条件特点和周边环境特点，对本工程围护设计深度、承压含水层位置关系、承压含水层处理，进行分析如下：围护设计方面：标准段开挖深度约16.89～17.44m，端头井开挖深度约18.68～19.48m，主体基坑采用800mm厚地下连续墙+六道内支撑进行围护，围护墙深约41.00～44.00m。地质条件方面：基坑开挖底面以下工程影响深度范围内主要为第⑥4b层砾砂。第⑥4b层砾砂，在主体基坑内全场分布，分布连续，透水性较好，涌水量较大。平均层厚约3.90m。渗透系数约3.86×10-3～4.51×10-3cm/s，水位埋深约2.83m。9.5.3减压降水计算根据已有的基坑围护设计资料，基坑内进行基坑减压降水计算，采用井点降低承压水水头能满足基坑开挖要求，保证基坑稳定安全，还要尽量使降水方案科学、经济、合理。根据地质资料及工程特点，工程场地范围内承压含水层水量较大，采用管井降水降低承压含水层水头高度，防止基坑突涌，保证基坑稳定性。第⑥4b层砾砂根据地质勘察报告，第⑥4b层砾砂在主体基坑内全场分布，分布连续，工程范围内层位起伏不大，含水层厚度取3.9m，根据地质勘察资料结合类似工程经验取渗透系数3.6m/d，围护结构未隔断该层承压含水层基坑内外水力联系，基坑总涌水量按完整井公式计算：式中：Q—基坑总涌水量（m3/d）；k—含水层渗透系数（m/d）；Sw—基坑水位最小安全降深（m）；M—承压含水层厚度（m）；R0—抽水影响半径（m）；r0—基坑等效半径（m）。本工程降压具体计算如下：考虑到基坑开挖安全，水头降深Sw=4.6m，抽水影响半径取190m，主体基坑等效半径取45m，均质含水层承压水完整井基坑涌水量公式计算：Q根据地质勘察资料，该层承压水单井涌水量在80～120m3/d，群井抽水时，实际涌水量偏小，取40m3/d，按式n=1.1×Q÷q，计算需要的降压井数量：N=1.1×Q÷q=1.1×246÷40≈7口结合基坑形状，在主体基坑外布置7口降压井（J1～J7）及3口观测兼备用井（JG1～JG3）。结合第⑥4b层砾砂承压含水层的埋深及层厚，设计降压井井深为48.0m，滤管段为42.0～47.0m，滤料段为41.0～48.0m，35.0～41.0m用止水粘土球止水。具体平面位置见附图1，井结构详见附图2。9.6数值模拟分析9.6.1数值模型建立1、数值模型原理与抽水试验相结合，在试验位置布设的观测井能够了解到抽水井抽水过程中，场地内含水层水头变化情况，并根据抽水试验取得的资料，利用数值模拟的方法反演出场地其他区域水位变化规律。在不考虑水密度变化的条件下，地下水三维连续渗流方程可用下面的偏微分方程来表示：其中：Kxx、Kyy和Kzz为渗透系数在x、y、z方向上的分量；：水头；W：单位体积流量，用以代表流进汇或来自源的水量；SS：孔隙介质的贮水率；：时间。以上公式加上相应的初始条件和边界条件，便构成了一个描述地下水流动体系的数学模型，但该式的解析解一般很难求得。因此，采用有限差分数值法来求得上式的近似解。首先将一个三维的含水层系统划分为一个三维的网格系统，整个含水层被剖分为若干层，每一层又剖分为若干行和若干列，这样含水层就被剖分为许多小长方体，每个长方体称为计算单元，每个计算单元的位置用该计算单元所在的行号（i）、列号（j）、层号（k）来表示，并用下标标记，则有：每个剖分出来的小长方体的中心位置称为节点，本模型采用单元中心法进行计算。地下水运动模型不但在空间上进行离散，同时也在时间上进行离散，采用向后差分，得出模型求解差分公式如下：采用地下水三维水流模型进行基坑降水数值模拟，能够更加的贴近工程实际水流状态，可用于基坑降水的水位预测和降水方案的可行性分析。计算含水层的沉降量的沉降模型的方程为:△b*=-△h×△t×Sfe×A△b=-△h×△t×Sfv×AS=b1+b2+...+bn△h--水头变化量；△t—时间变化量；△b*、△b--土层弹性压缩量、土层压缩量；A—相应土层厚度；Sfe--弹性压缩系数；Sfv—压缩系数；S—累计总沉降量。方程中Δb表示厚度为A的含水层在Δt时间内的压缩量。对于任何模型,若给定的前期固结水头大于初始水头,则指定前期固结水头为初始水头值，构成了求解地下水流和地面沉降之间的耦合模型。沉降模拟预测时，忽略土层的前期固结影响和试验期间减压降水的固结影响。根据场区的实际特点，计算区上下边界是弱含水层边界，四周边界取为定水头边界。为减小边界的不确定性给计算结果带来的影响，计算范围尽可能外延至合理范围。在建立拟合期初始流场时采用观测水位，以线性插值的方式来求出同一层面上各单元中心点的初始水位值，弱透水层的水位也以插值的方法求得，然后以ASC=2\*ROMANII文件形式将模拟初始时刻水位值赋给模型。2、模型剖分与建模根据场区的实际水文地质结构条件及几何形状进行三维剖分。由于承压含水层渗透性大，通过试算，确定以基坑中心点为基点，方向各延伸1200m作为本次模拟计算区域，共计2400m×2400m。剖分时在基坑附近对网格加密，平面上剖分为194×82个网格单元（见图9-2），剖面上根据地层分层剖分为12层。图9-2模型网格剖分图图9-3核心局部平面图对以上建立的概念模型，利用抽水试验实际取得的数据和建立的三维渗流沉降数值模型进行验证，验证后得到的三维渗流沉降数值模型和实际水文地质、工程地质条件较一致，从而得到能够用于本工程的三维渗流沉降数值模型，并用于本工程的实际减压降水渗流与沉降模拟预测中。

9.6.2数值模型预测分析在主体基坑开挖至16.60m时，根据突涌可能性计算需要开启减压井。基坑开挖到最大设计深度19.48m时，承压水含水层水头最小降深为4.6m（以承压水水头2.8m计算），承压水水位降至7.4m。在现有的基坑围护设计条件下，对基坑减压降水的可行性进行数值模拟预测分析。根据设计要求，围护结构部分隔断承压含水层，模拟预测本工程减压降水及其影响情况。在主体基坑外同时开启7口减压井进行减压降水，单井涌水量取40m3/d，预测承压含水层顶部水位降深等值线图。图9-4抽水5天坑内水位降深等值线图在持续减压抽水5天后水位达到稳定状态，基坑内降深在0.6～3.0m左右，坑外50m范围内最大水位降深在0.4～3.5m左右，在50～100m范围内水位降深0.1～0.4m左右。抽水影响范围约200m。图9-5抽水30天坑内水位降深等值线图在持续减压抽水30天后水位达到稳定状态，基坑内降深在1.5～5.0m左右，坑外50m范围内最大水位降深在1.2～4.0m左右，在50～100m范围内水位降深0.9～1.0m左右。减压期间对周边沉降影响如下：图9-6抽水30天后地表沉降等值线图在持续减压抽水30天后此区域基坑减压强度降逐渐减小，基坑外中心区域50m影响范围内减压降水引起的地表沉降约在4.5～8.0mm，在50～100m影响范围内减压降水引起的地表沉降约在3.5～5.5mm，基坑减压降水对坑外环境有影响，但承压水引起的沉降总体上较平缓，影响程度在监测报警范围内。根据基坑稳定性分析计算结果，基坑安全水位为3.3～7.4m。通过数值模拟分析，该减压性降水设计可将端头井主体基坑内承压水水位降至4.3～7.8m；满足基坑减压性降水要求，上述布置的减压降水方案是可行的。9.7降水井工作量统计减压降水井平面布置和剖面布置按照设计要求进行，具体井位可根据现场实际进行适当的调整，具体井位详见基坑降水平面布置图（附图1），井结构详见附图2。表9-2降水井布置数量统计表基坑区域井深（m）数量（口）类型井编号备注天宫庄园站主体基坑外48.07减压降水井J1～J748.03观测兼备用井JG1～JG39.8抽水试验9.8.1试验目的在成井施工完成若干口试验井后，可以在现场进行抽水试验，抽水试验的目的主要有：1、检验成井质量，掌握围护施工完毕后试验井单井水量。2、掌握试验井水位恢复速率；3、通过抽水试验获得的相关数据，优化降水设计或运行方案。9.8.2试验井布置根据勘察资料及工程特点，基坑围护结构未隔断基坑内外承压水水力联系。根据基坑涌水量和实际单井出水量计算，结合工程特点及现场施工环境，采用2口减压降水井作为试验井，编号：J2、J6，方便试