基坑降水设计及施工方案

基坑降水设计及施工方案1.1降水方案设计1.地下水情况：本工程场区主要存在3层地下水，地下水类型分别为：第1层地下水为层间潜水，含水层为第3大层卵砾石层、砂层，该层地下水水位连续分布；第2、3层地下水为承压水，赋存于第5大层和第7大层的卵砾石层及细砂、中砂层当中，均具有较高的压力水头：第2层地下水承压水头高度约在5m～6m左右；第3层地下水承压水头高度约在16m～18m左右。各层地下水类型及实测水位如下表所示。序号地下水类型含水层岩性静止水位埋深(m)静止水位标高(m)1层间潜水卵砾石层、砂层13.30～15.9022.60～24.602第一层承压水卵砾石层及细砂、中砂层18.50～20.0018.51～19.723第二层承压水卵砾石层及细砂、中砂层20.10～21.7016.91～18.02在工程场区第2大层的粉土层中还赋存有1层地下水，其类型为台地潜水。该层地下水的水量和水位在整个场区不够连续，根据勘察院设于场区附近的地下水长期观测孔的观测资料及区域性水文地质资料，在拟建场区及其附近区域，台地潜水的当前水位标高在33.50m左右。2.降水要求降水要求是将上述地下水降至基坑坑底标高以下0.5m；基坑内北侧车库部分开挖深度内未见地下水，只需要在外侧布置自渗井将上层滞水引入潜水层，以防止上层滞水影响基础施工；在基坑南侧开挖深度教为复杂，11.7～19.6m不等，而且大部分深度都大于13.6m，特别是二区的深坑区部分，深度深且面积大；而地下水位埋深为13.30～15.90m，因此，此部分需大面积排降地下水。以满足深坑区土方、支护、基础桩施工的要求并保证坑底覆土的安全。基坑南侧开挖深度大部分都大于13.6m，因此也需要进行降水。3.降水方案的选择1)根据降水要求和地下水、地层分布及组成的特点,结合我们周边工程的施工经验,同时参考周边工程的降水成果，本工程采用大口井结合自渗井的降水方案。基坑北侧车库部分由于开挖深度较浅采用自渗井渗水，利用自渗井(针对场区内所存在的上层滞水)将上层滞水输送到潜水中，而基坑南侧开挖深度较深，采用大口管井围降的方法降水，此部分基坑外侧、内侧均布置降水井，用管井降水井的深度控制降水范围达到基坑降水目的，用管井降水井的密度阻止地下水流入基坑。2)根据本工程平面划分，基坑北侧开挖的深度为11.05m左右，而地下潜水水位在地下水位埋深为13.30～15.90m，此部分地下水对基坑的施工没有影响，因此，不做降水处理，考虑到地勘报告中勘测出潜水上部有一层不连续的上层滞水，为防止上层滞水影响支护的稳定性及土方施工，在基坑车库部分的上侧布置自渗井，将此部分滞水引入潜水层中。局部出现少量地下水时，可采用明沟排水进行排降。3)而基坑南侧开挖深度较深，基本都大于13m，因此，在基坑南侧的上部布置大口管井排降潜水；中间深坑区-19.6m、-17.6m、-15.6m位置为满足开挖要求，需要进行抽降开挖深度范围内的潜水及第一层承压水头。根据地质勘察报告，含水层以粗砂、卵石层为主。本工程范围内潜水的水流走向为东北---西南，即场区西南部水位较低，东北部水位较高。拟在深坑区周边布置大口管井，以满足深坑区的开挖要求。4)如果采用了上述降水方法，在开挖时仍有局部出现地下水，特别是几个开挖较深的设备坑部分，可采用明沟排水的方式作为补充降水。4.降水设计依据及降水计算结果1)降水设计依据(1)华东建筑设计研究院提供《TVCC招标图纸》；(2)根据北京市勘察设计研究院提供的《**电视台新台址建设工程(B区)岩土工程勘察报告(草本)》(3)本投标人临近工程的施工经验以及参考周边工程的设计计算方法、降水成果以及有关参数。(4)《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111-98)及其他现行相关规范标准。2)设计计算结果根据场区内的地质及挖深情况对深坑区进行降水计算。基坑中间深坑区内潜水和第一层承压水的总涌水量为6232m3/d,基坑上侧的降水井为第二阶段的降水，是对深坑区降水的有利补充。即在内侧降水井停抽前一周时间，开始起用外侧的降水井，以维持基坑内部的安全水位。此时基坑内侧深坑区的底板已施工完毕，只需要控制潜水水位在浅区的底板以下0.5m即可。因此，在基坑上侧布置一定数量的降水井与车库部分的内侧降水井同时抽水形成围降的效果即可。5.降水井布置：降水井布置不单纯考虑涌(出)水量，还要考虑疏干潜水减少残余水，采取缩小井距的措施，因此，降水井实际布置井数储备量较大；根据场区内地质及挖深情况进行降水计算，降水井的具体布置如下：1)考虑到地勘报告中勘测出潜水上部有一层不连续的上层滞水，为防止这一层滞水影响施工，在基坑北侧布置自渗井，将此部分滞水引入潜水层中。渗井井底进入卵石层，局部出现少量地下水时，可采用明沟排水进行排降。基坑北侧自渗井中心线距离基坑上口线约1.0～1.5m，共布置自渗井42口，自渗井间距为7.5m，井深度为16m，由自然地坪开始打井。2)在基坑南侧的上部距离基坑上口线约1.0～1.5m位置布置降水井，井深26m，井直径600mm，间距为10.5m，共布置36口大口管井；此部分降水井由地面打井。3)在车库与基坑南侧交界处也布置大口管井，目的是与基坑上侧的降水井形成封闭降水，以达到更好的排降效果，共布置23口大口管井，其井深22m，井直径600mm，间距为10.5m。此部分降水井由-9.0m打桩标高处进行打井。以下开挖土方时随挖随截，保证降水井口高出地坪至少0.3m。4)在基坑二区的深坑区-19.6m、-17.6m、-15.6m位置需抽降潜水及第一层承压水头。外侧降水井由于受到降水半径的影响达不到更好的降水效果，因此，在深坑区(即开挖深度为-19.6m、-17.6m、-15.6m位置)的周围布置大口管井以满足深坑区挖土的要求，共布置18口大口管井，井间距为10.5m，井深度为20m。此部分降水井由-11.0m位置打井(考虑到泥浆池对基底的影响在距基底2m位置进行打井以免扰动老土)，以下开挖土方时随挖随截，保证降水井口高出地坪至少0.3m。前期排降地下水以基坑内侧的降水井为主，布置在基坑上侧的管井，前期作为渗井用，后期内部降水井撤除前，才开始抽水，以维持基坑内的安全水位。5)在基坑南侧、西侧的肥槽内共布置５口集水井，将内侧降水井抽出的水抽至边侧集水井后，采用50t～80t/h的潜水泵集至地面，也可用二次提水箱将水集至地面。集水井的直径为600mm，深度为20m，由-11m位置进行打井，以下开挖土方时随挖随截，保证降水井口高出地坪至少0.3m。降水井的数量及构造见下表：序号类型间距(m)直径(mm)深度(m)数量(口)材料打井面标高1外侧渗井7.54001642滤料自然地坪2外侧管井10.56002636无砂砾石混凝土管自然地坪3车库内侧管井10.56002223无砂砾石混凝土管-9.0m4深坑区管井9.06002018无砂砾石混凝土管-11.0m5集水井600205无砂砾石混凝土管-11.0m6潜水水位观测井100204钢管自然地坪7承压水水位观测井100181钢管-9.0m6)降水井的抽水时间及撤除时间前期降水以基坑内侧降水井抽降为主，布置在基坑上侧的大口管井前期作为渗井使用，在深坑区的结构施工至周边底板标高处时，可停止其深坑区周边降水井的使用；在停止使用前一周左右基坑外侧的降水井开始抽水；此部分的降水井为辅助性降水，用以维持坑内的安全水位。位于车库部分的降水井在相应部位的底板施工时在撤除。各区段降水井的布置如下图：降水井平面图6.降水井构造1)自渗井构造基坑北侧自渗井中心线距离基坑上口线约1.0～1.5m，共布置自渗井42口，自渗井间距为7.5m，井深度为16m，由自然地坪开始打井。自渗井井孔直径Φ400mm,井孔内填2～4mm滤料，采用地质钻进行成孔。2)大口管井构造井孔直径φ600mm，井管为内径φ300mm、外径400mm的无砂砾石混凝土滤管，井管与井孔之间填土2-6mm滤料，井管口高出地面0.3m并加井盖。采用反循环钻机成孔。3)水位观侧孔构造北京地区属于严重缺水城市，为防止过多抽吸地下水而浪费能源，观测水位十分重要；为有效控制水位降深、防止过多抽吸地下水而浪费能源、过少抽吸地下水影响土方开挖，观测水位是十分重要的。拟在基坑内、外侧布置水位观测孔，可用调整泵高度或泵流量来控制降深，水位观侧由专人负责，做好记录。观测井共布置５口，基坑的四面各一口，自地面成孔深度为22m，由-9.0m打井，间距为10.5m，共23口；基坑南侧周边为管井，井深26m，间距10.5m，共36口深坑区降水井为20m，观测潜水；深坑区中部设置一口，自-9.0m位置成孔，深度为18m，观测第一层承压水头，观测孔的孔径为100mm，采用钢管。4)自渗井、大口管井及水位观测井的构造如下图所示：降水井构造图5)排水系统基坑内侧降水井内安装集程大于30m，根据井深选用10～15t/h潜水电泵，水泵用钢丝绳吊在井内并用胶管或塑料管与地面排水管连接。而肥槽内的集水井选用50～80t/h潜水电泵集水至地面。基坑南侧深坑区的降水井，采用PVC管将深坑区降水井中的水抽至集水井，而布置在车库部分的内侧降水井边侧布设φ150mm钢管直接与周边的集水井相连接；用集水井将水集至地面流入出口处的沉淀池，在沉淀池中将地下水中携带的泥砂净化后再排入市政管线，以避免水污染。6)明沟排水在基坑局部的设备深坑开挖受地下水影响时，可开挖深度600mm,宽度为300mm边坡1:0.5的排水沟，或集水坑，间隔30～40m设置直径400mm，深度为1.0m的集水井，集水井可用无砂砾石混凝土井管，也可采用钢筋过滤器；井内安装潜水电泵将水抽至地面排水管，土方开挖过程中可挑明沟将水引至边侧排水沟和集水井，在一区中间几个设备坑开挖时，应及时做好明沟排水。7)单井抽水试验为确保设计降水的成功，进场后进行单井出水量试验，验证现场实际情况与勘察报告是否相符，获得相关数据作为降水的依据，根据实际的出水量验证降水方案的合理性。(1)按设计的基本要求，配15m3/h、20m3/h、30m3/h，集程54m，32m3/h，集程52m的潜水泵进行深坑区抽水试验，观测其稳定降深后单井出水量是否大于450m3/d。(2)根据q-s结果，观测其稳定水量后降水井水位降深情况，若q-s结果比较好，可初步选定单井出水量及泵型，再进行下一步群井抽水试验。单井抽水试验计划进行3眼井，可安装水表进行出水量的估算，单井抽水试验要获得以下结果：单井的最大出水能力最佳水量(q)和降深(s)的关系单井抽水的有效影响范围水位恢复时间计算参数K和R值对单井出水能力进行评价8)群井抽水试验(1)按设计的基本要求配22m3/h，集程54m的潜水泵进行群井抽水试验，观测其稳定降深后群井总出水量是否大于6232m3/d。(2)若试验结果与设计计算中相符则可调整计算中的参数，减少抽水井数。通过群井抽水要测出以下参数：根据Q-T-S达到稳定要求，选择最佳的泵型，控制抽水井数量，总排水量Q；在选定的配置下，从现有水位降到基底以下0.5m所需要的时间；完全停泵后，水位恢复所需的时间。单井与群井抽水井的布置及深度可根据现场的实际情况及试验效果进行调整。通过试验测出的单井与群井的数以此为依据验算原降水方案是否能达到基坑开挖的要求。可根据此参数重新测算，确定实际所布的降水井数。7.降水井的封井处理基坑内侧降水井采用的是无砂砾石混凝土的管井，因其降水井顶面在-9.0m、-11.0m位置，而地下水位在-14.0m左右位置，内侧降水井封井时不存在地下水压力，因此，只需要用C2混凝土将降水井填实即可。1.2降水井的施工部署1.依据土建单位总的施工分区部署和基础施工的特点，将降水井施工分成两个施工段进行施工。第一施工段为基坑上侧降水井(包含北侧渗井及南侧大口井)的施工，此部分降水井由地面打井，进场后，由测量人员测出井位中心线、点出井位，即可采用地质钻机、反循环钻机进行成孔施工，拟定布置３台地质钻机进行自渗井施工，布置３台反循环钻机进行大口管井的施工；基坑上侧的降水井施工完毕后，布设通向场区排水系统的排水管。第二施工段为基坑内测大口管井施工；采用反循环钻机进行成孔，反循环钻机成孔困难处可替换为冲击钻成孔；在-9.0m、-11.0m(即打桩面标高)位置进行此部分降水井的施工。共布置3台反循环钻机，待此部分降水井施工完毕后，位于车库内侧的降水井即可布设排水管；而深坑区也可布设PVC管(降水时用PVC管将地下水导到肥槽内的集水井内)做好降水前的准备工作。开始抽降地下水时内侧降水井的水通过排水管、PVC管导到基坑肥槽内侧的集水井，用集水井将水集至基坑上侧的沉淀池内经沉淀后排入市政排水管道。2.降水井施工过程中可根据现场工作面的条件，合理布置钻机作业位置，提高效率，缩短工期以加快降水速度。降水井施工1.施工机械大口管井施工采用反循环钻机，遇到障碍物时采用CZ－20冲击钻，外侧自渗井及观测孔采用SH-50地质钻进行施工，均为湿作业，自造泥浆护壁。2.大口管井施工工艺流程放线定放线定井位、埋设钢护筒挖泥浆池、泥浆沟钻井机就位成孔下放井管填滤料井管四周粘土封井洗井水泵安装抽水1)放线定位：采用经纬仪及钢尺等进行定位放线2)挖泥浆池、泥浆沟泥浆池的位置可根据现场实际情况进行确定，但必须保证其离基坑开挖上口线的安全距离，确保其对后期基坑边坡的开挖及支护不会带来不良影响。3)钻机就位采用反循环钻机进行施工，钻机中心位置尽量与所放的井位中心线相吻合，偏差不得超过50mm;先对钻机进行垂直度校验，确保钻杆的垂直度符合要求，垂直偏差不得超过5％。4)钻机成孔以上各项准备就绪用满足规定的要求后，即可进行井孔钻进施工，为保证洗完井后，井深满足设计的要求，可以根据情况适当加深。5)吊放井管：井管为φ400mm无砂砾石滤水管，底部2m作为沉淀用。在混凝土预制托底上入置井管，四周栓10号铁丝，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管，接头处用玻璃丝布密封，以免挤入混砂淤塞井管，竖向用4条30mm宽竹条固定井管。为防止上下节错位，在下管前将井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨水泥砂或异物流入井中，井管要高出地面300mm，井口加盖。6)填滤料井管下入后立即填入滤料。滤料采用水洗砂料，粒径为2～6mm，含泥量<5%，滤料沿井孔四周均匀填入，宜保持连续，将泥浆挤出井孔。填滤料时，应随填随测滤料填入高度，当填入量与理论计算量不一致时，及时查找原因，不得用装载机直接填料，应用铁锹或小车下料，以防不均匀或冲击井壁。7)井管四周粘土封井在离打井地面约1.0m范围内，采用粘土或杂填土填充密实。8)洗井在以上各项均完成后，必须及时进行洗井工作，防止井孔淤死，且在正反循环成孔中有少量泥皮影响降水井抽降效果的发挥，也要通过洗井将泥皮洗出，洗井采用空压气举法，要将井底泥砂吹净洗透洗出清水。9)下泵抽水：清孔完毕后，根据降水设计计算中的降水井出水量情况，根据井深选用10～15t/h的潜水泵抽水，用钢丝绳吊放至距井底2.0m处；铺设电缆和电闸箱，安装漏电保护系统。3.水位观测井施工1)水位观测井施工流程放线定井位放线定井位井机就位下钻成孔下放井管填滤料井管四周粘土封井观测水位(1)放线定位采用经纬仪及钢尺等进行定位放线。(2)井机就位采用SH-30地质钻套管法干作业成孔。钻机中心位置尽量应与所放的井位中心线相吻合，偏差不得超过50mm。先对钻机进行垂直度校验，确保钻杆的垂直度符合要求，垂直偏差不得超过0.5%。(3)钻进成孔以上各项准备就绪且均满足规定要求后，即可进行井孔钻进施工。(4)下Φ50钢管、滤管，填滤料成孔后，应立即下Φ50的钢管及滤管，填2～6mm的滤料，防止出现坍孔。(5)井管四周粘土封井在离打井地面约1.0m范围内，采用粘土或杂填土填充密实。(6)观测水位以上均完毕后，可以根据方案的要求，即可定期进行水位观测，用调整泵高度来控制降深至达到降水要求。(7)现场要有备用电源，保持降水井日夜连续运转，防止因停泵水位升高发生涌槽事故。4.北侧42口自渗井施工此部分自渗井采用地质钻进行施工，成孔过程与观测孔相同，只是成孔直径为400mm，较观测井大些。自渗井施工成孔后立即填入2～6mm虑料，将上层滞水输送到潜水中。1.4降水施工的质量要求1.质量要求1)打井前要摸清地下障碍情况，以保证成孔质量。2)降水井井孔深度不得小于设计要求。3)降水井井位位移偏差控制在±10cm。4)滤料要符合要求，含泥(屑)量不大于5％。5)使用专用闸箱，每个闸箱接水泵不多于4台，每台水泵用一个电插销。6)土钉施工要保护降水井安全，成孔时要躲避降水井，防止将其击穿(降水井做好标识)。2.基坑降水对周围环境影响的分析及防范措施1)依据本工程施工特点，基坑大面积开挖深度范围内无地下水，仅有局部深坑区及设备坑位置需排降一级阶地潜水及第一层承压水头，地下水主要存在于粉细砂层、卵石层中。根据北京地区基坑降水经验，及周围环境现状，基坑降水不会产生不利影响，在降水过程中，降水井的布设距离现在周边建筑物较远，降水不会影响到周边环境及现在建筑物。2)防止因基坑降水引起周围地面沉降的措施(1)保证