[安徽]基坑降压井专项降水方案.doc

筑龙网 本文共25页 更多详细内容/yantu.asp安徽 联产甲醇工程一期年产60万吨甲醇项目A1标段基坑降压井专项降水方案 2011年2月8日 第一章 工程概况一、工程简介安徽 有限公司入驻无为二坝开发区拟建年产60万吨甲醇项目。拟建建筑物见下表所示。拟建物特征一览表名称特征荷载圆形煤场16#100.0m，H=30m受煤坑室外整坪标高7.1m，埋深-9.0m乙醇储罐3个，23.7m，H=13.2m，V=5000m35850吨/台醋酸乙酯储罐3个，23.7m，H=13.2m，V=5000m35850吨/台甲醇储罐2个，（42.2m，H=16.5m，V=20000m3）23150吨/台甲醇储罐1个，30.4m，H=16.0m，V=10000m311680吨/台醋酸储罐2个，30.4m，H=16.0m，V=10000m312250台/吨消防事故池长40.0m，宽10.0m灌区废水池长22.5m，宽10.0m罐区配电及操作室长64.6m，宽15.0m危险品仓库长42.0m，宽12.0m气化炉渣堆场长55.0m，宽19.0m事故集水池长70.0m，宽28.5m 本次拟建为A1区运煤地槽，基坑周长为491m，面积约4519m2。本基坑开挖深度为自然地面以下6.512.7，已经挖穿承压含水层。基坑采用三轴搅拌桩止水帷幕，深度为16.625.6米，没有隔断承压含水层。同时本基坑场区内沟塘纵横，场地东南侧为长江，距离本场区较近，因此本基坑降水难度大，开挖存在风险，针对此情况进行专项承压水设计方案，保证基坑安全开挖。二、场地地质与水文地质条件1、场地地质条件本区地层属扬子地层区下扬子地层分区，区域上自太古界至新生界地层均有分布，基岩大部分被第四系覆盖。区域第四纪地层主要岩性为淤泥质土、粉质粘土、粉砂、中细砂和砂砾层，成因类型以冲积、冲湖积为主。根据野外钻孔揭露、原位测试资料，勘察所达深度范围内的地层分布情况如下： -1层吹填砂土(Q4ml)：厚0.206.20m。灰色、松散、稍湿，主要成份为粉细砂，该层为近期吹填整平场地土，本层厚度变化大，性质不均匀。 -2层粉质粘土(Q4l)：厚度0.404.20m，层顶高程4.298.54m，层顶高程0.004.20m。灰色、灰黄色，可塑、饱和，含植物根系，为硬壳层，切面稍有光滑、干强度中等、韧性中等、无摇振反应，上部50cm多为耕土。局部缺失。 层淤泥质粉质粘土(Q4l)：厚0.6013.60m，层顶埋深0.606.20m，层顶高程1.255.44m。青灰、灰、灰褐色，间杂灰黑色，呈流塑-软塑状态，饱和，含有机质，贝壳等，局部为淤泥及淤泥质粘土，夹少量薄层粉土、粉砂，厚度一般0.201.00cm，呈松散状态，本层分布普遍。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。1）潜水：主要赋存在层淤泥质粉质粘土、-1层粉土夹粉砂及-2层粉质粘土夹粉砂中。潜水水位高程约为5.00m。2）主要赋存在层粉砂、层细砂、层细砂中。勘察期间承压水位高程约4.50m。承压水顶板埋深一般为7.316.0m。井 号Y1Y2G1初始水位深度（m）2.12.02.05绝对标高（m）-1.84-1.74-1.79 试验期间实测水位埋深如下3）地下水参数：勘察报告提供各土层渗透系数建议值详见下表。各地基土层渗透系数一览表地层渗透系数Kh（cm/s）渗透系数Kv（cm/s）备注层淤泥质粉质粘土3.9210-52.6510-5室内试验-1层粉土夹粉砂2.5710-41.9310-4室内试验-2层粉质粘土夹粉砂1.0010-46.0010-5经验值层粉砂1.9910-31.5810-3室内试验层细砂3.0010-33.0010-3经验值层细砂3.0010-33.0010-3经验值试验实测水文参数如下表试验类型井号渗透系数Khmd渗透系数Khmd贮水率Ss1/m导水系数T m2/d导压系数a m2/d小流量Y17.390.7391.56E-022.95E+024.74E+02Y27.730.7731.21E-023.09E+026.39E+02大流量Y27.160.7164.99E-022.86E+021.43E+02G16.830.6834.99E-022.73E+021.37E+02平均值7.280.7283.19 E-022.91 E+023.48E+02三、本工程风险分析与对策由于本基坑开挖深度已超过安全承压水顶板标高，且三轴搅拌桩止水帷幕无法隔断含水层，虽然在深坑部位经过高压漩喷桩封底加固，但是基坑还是存在承压水突涌的危险性，特别是深坑部位已挖穿承压含水层顶板，使深坑部位存在很大的风险。在基坑开挖前设置降压井控制承压水位，使承压水位位于开挖面以下12米。针对此情况在浅坑内布置适量的降压井，在深坑部位布置较多的降压井和适量备用井，确保深坑安全。在坑外布置适量的观测备用井，土方开挖期间主要作为观测井使用，在后期封井前启动减压，确保坑内井的封井效果。第二章 降压井分析计算一、基坑稳定性分析及验算1、基坑底板稳定性分析原理本工程基坑开挖深度较大，根据围护结构设计，需考虑下部层承压水的顶托力对基坑底板稳定性的影响，进行稳定性验算，防止高水头承压水从最不利点产生突涌，对基坑造成危害。图2-1 基坑底板抗突涌验算示意图图2-1 基坑底板抗突涌验算示意图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承压水的顶托力，即：Hs Fswh式中：H 基坑底至承压含水层顶板间距离（m）；s 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（m）； w 水的重度（kN/m3），取10kN/m3； Fs 安全系数，一般为1.0.2，经验值取1.1；2、承压含水层的顶板埋深及初始水头埋深根据本工程的岩土工程勘察报告，选取第层的最浅层顶板埋深为7.3m。选取第层的初始水头埋深值为2.0m。3、基坑突涌稳定性计算根据勘察报告，场地内第含水层顶板最浅埋深为7.3m，本基坑开挖深度最大处为12.7m，因此对于本基坑的稳定性验算，直接可以将水位降低到开挖面以下2米即可。二、管井的设计为了保证降压井的质量，应根据含水层的水文参数及厚度来设置降压井滤管长度，以满足出水量的要求。本基坑内井深度为26m，深坑部位为28m，滤管的长度为15m和18m，井底设置1m的沉砂管；坑外井的深度为32m，滤管的长度均为12m，过滤器为圆孔过滤器，外包40目滤网，孔径为600mm，井管和过滤器外径273mm。详见附图。根据本工程勘察报告提供的水文参数和经验数据，通过Visual modflow模拟计算，本工程在基坑围护外布置14口观测备用井，基坑内设置18口降压井，5口混合井。详见降水井平面布置图1。三、井点布置根据规范公式经上述验算可知，整个基坑都存在一定的稳定性风险，对于这些抗承压水稳定性不满足要求的区域，若不进行及时、有效的处理，可能会导致基坑开挖过程中产生突涌等不良后果，严重的会导致周边路面坍塌甚至基坑塌方等事故。本工程采用大口径井点，在基坑外共布置14口减压井，坑内18口降压井，5口混合和井，来满足基坑降承压水和潜水要求。降水工作应与开挖施工密切配合，根据开挖的顺序、开挖的进度等情况及时调整降水井的运行数量。降水管井井点的平面布置见附图。 第三章 数值模拟及地面沉降预测一、渗流计算基本理论为了有效降低和控制承压含水层水头, 确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析，为减压降水设计提供理论依据。（1）潜水、承压水非稳定渗流的控制方程多孔介质和流体不可压缩时非恒定达西渗流场求解的微分控制方程为： (1)其中：E= ； ； 式中：S贮水系数；Sy给水度；M承压含水层单元体厚度(m)；B潜水含水层单元体地下水饱和厚度(m)。kxx、,kyy、kzz各向异性主方向渗透系数（m/d）；H点（x,y,z）在t时刻的水头值（m）； W源汇项(1/d)。(2) 定解条件初始条件： (2)边界条件： (3)式中：H0（x,y,z,t）点（x,y,z）处的初始水位（m）；一类边界条件；H1（x,y,z,t）点（x,y,z）在t时刻的边界已知水位（m）。对整个渗流区进行离散后，采用向后差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，由此计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。二、降压降水运行工况1、本工程基坑降水数值模拟模型建立根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料可知：模拟区平面范围，以基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外。1.1含水层的结构特征本研究区属于粉砂土区，上部粘性土层概化为第一层。由于实际地层较多，建立模型的时候根据各地层的渗透系数等水文地质参数进行适当简化，模型化以后的含水层三维模型从上到下依次为：弱透水层、第层含水层。图3-1 降水模型三维图1.2 水力特征地下水系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；含水层分布广、厚度大，在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、深层之间的流量交换以及软件的特点，地下水运动可概化成空间三维流；地下水系统的垂向运动主要是层间的越流，三维立体结构模型可以很好的解决越流问题；地下水系统的输入、输出随时间、空间变化，参数随空间变化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，所以参数概化成水平方向各向同性。综上所述，基坑降水区可概化成非均质水平各向同性、空间三维结构、非稳定地下水流系统，即地下水系统的概念模型。2、模拟期及应力期确定本次数值模拟模型的模拟期30天，将整个模拟期划分为3个计算周期，每个计算周期的计算的时间步长为一天。在每个计算周期中，所有外部源汇项的强度保持不变。3、模型网格剖分根据研究区的含水层结构、边界条件和地下水流场特征，将模拟区每层剖分为250行、250列规则网格，其中活动网格共225，000个，在基坑附近采用1m1m的剖分格式，并向边界区域发散状分布。基坑网格剖分见图3-2：图3-2 基坑网格剖分局部图图3-3 井模型示意图4、源汇项处理方式4.1 降压井处理在Visual modflow中，降压井可以设置埋深过滤器长度、出水量等参数，与实际数据具有很强对比性。根据已有降水观测成果，基坑外降压井出水量不变。设置如图3-3。4.2 边界条件处理 在本次基坑降水模拟中，模型边界为降水井影响边界以外。故边界定义为定水头边界，水位不变。5、基坑降水数值模拟预测通过模拟估算，在基坑外布设14口降压井，布设的降压井能够满足基坑开挖的要求。通过数值模拟预测，降水7天后水位已经稳定，基坑各部承压水水头下降到安全水位高度，完全实现预期降水目标，保证工期的顺利进行。按目前实测第层承压水头埋深约为2.0m计算，基坑开挖时保持坑内井处于抽水状态，坑内部分降压井预先启动，当不满足降深要求时继续开启。当基坑开挖到7.3米时，基坑内承压水位降至14米。预测水头降深等值线图如下： 图3 -4 基坑承压水降深预测等值线图（单位：m ） 图3-5 基坑承压水降深时空分布图考虑到本基坑开挖深度较深，承压水头随季节变化较快，风险较高，为保证基坑的顺利开挖，随基坑的开挖工况，我司会密切观测承压水的水位变化情况，及时调整降压井的开启数量和位置，确保基坑开挖安全顺利。三、由降水引起的地面沉降与控制1、理论公式采用Visual modflow有限差分法由渗流方程求出某一时刻的水位降深，给定压缩模量ESi及初始厚度S0i，由沉降方程可求出沉降量。求解过程为：1）给定初始时刻的孔隙比、渗透系数和孔隙压力等；2）根据给定的采、灌水量和边界条件，由渗流方程得出某一时刻的水位降深；3）给定压缩模量ESi及初始厚度S0i；4）根据沉降方程计算沉降量。2、计算结果本次沉降计算针对开挖到底和最不利的工况基坑突涌时降承压水引起的沉降计算，计算结果详见沉降等值线图3-6。 图3-6 降压井基坑最终沉降预测等值线图（单位：mm）3、沉降控制措施1、临近道路的减压井的抽水时间尽量缩短。2、在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水，根据群经试验得到不同井组合下坑内地下水的深度，随基坑开挖深度确定井群的运行。没有抽水的井可作为观测井，控制承压水头与上覆土压力足以满足开挖基坑稳定性要求，这将使降水对环境的影响进一步降低。 3、及时监测地下水水位及抽水流量，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。第四章 应急预案一、目的为有效防止降水施工对周围环境造成影响及在降水运行过程中预防突发事件的发生，最大限度减少经济损失，特制定本预案。二、电源保证承压水降水施工过程中，采用独立电源进行施工，以保证基坑降水工作的正常进行。为了防止大面积的突然停电或现场电路系统故障，施工现场应有备用电源（如柴油发电机），以保证基坑降水工作的正常进行。保证在工业电源不能正常供电时，备用电源（柴油发电机）能在5分钟内启动。因此在电路设计时应采用双向闸刀，确保在独立电源与柴油发电机供电之间自由切换。为了保证柴油发电机处于完好工作状态，定期（12周）需试运行一次。发电机选择时应考虑以下因素：三、排水保证排水是否正常将直接影响降水运行，因此现场必须在施工区域内合理布置排水沟。根据降水最高峰值估算、同时考虑在雨季施工时水量较大，则排水沟截面尺寸不小于500mmx600mm，且应有多个市政管道入口，能够迅速将大量地下水排入市政管道内。第五章 降水施工与管理一、施工准备施工前，组织项目部管理人员学习、熟悉地质资料和图纸、施工规范及技术文件，并组织由降水施工人员参加的技术质量、安全交底会议，明确技术要求和质量标准。针对工程特点编制详细的施工组织设计，合理安排施工顺序，优化施工方案，并采取有效的保证质量、安全文明的措施。施工前应按施工平面图布置井点和材料堆放场地，并预先探明影响施工的地下障碍物。施工前应做好设备安装、调试检查工作；做好供水供电、夜间照明、原材料的检验与试验等工作。开工前办理有关施工手续及申报工作。二、项目管理体系1、项目部施工组织管理网络图项目经理现场负责技术负责质量员施工员安全员材料员资料员成孔成井班降水运行班设备员2、按项目法施工管理原则，并结合本工程的特点，为实现优质、高效、安全、低耗地完成本工程施工任务，建立强有力的现场施工管理项目部，项目经理作为管理核心，全权负责工程质量、进度、安全文明施工，成本控制及外部环境的协调等工作。组成人员职责分明，相互协作。3、主要岗位人员的职责岗 位定 员主 要 职 责 范 围项目经理1人本工程施工的组织者，是工程质量直接负责人，对履行合同负全责，杜绝质量安全事故，本工程一次交验合格，人员、材料、设备、工艺方法和施工等几个方面因素控制好，确保生产工序质量的稳定。对工程的质量、安全、工期、文明生产领导责任，严格按质量计划作业指导书组织施工。组织工程竣工验收等工作。现场负责1人 本工程施工的组织者和管理者，是工程质量主要负责人，对履行合同负主要责任，杜绝质量安全事故，本工程一次交验合格。对人员、材料、设备、工艺方法和施工等几个方面因素控制好，确保生产工序质量的稳定。 对工程质量、安全、工期、文明生产负领导责任，严格按质量计划及作业指导书组织施工，项目经理不在时行使项目经理职责，配合工程竣工验收等工作，对项目经理负责。技术负责1人 对本项目技术质量工作负直接责任，核对业主提供的技术资料图纸，施工组织设计与成井报告的编写与送审，施工工序质量控制、签证、质量记录控制（原始资料收集整理、保存等），统计技术应用，负责现场检验、测量、试验设备的控制以及纠正和预防措施制定，审查采购物资的技术要求，竣工报告编写送审和工程质量验收、资料提交。质量员兼 工序质量监督检查与验收，填写开孔令，对降水井成孔成井验收，施工中一般合格项目评审与处置，材料检验、半成品状态标识及质量记录资料。 施工员兼 总施工员负责生产调度，作业计划调整，保证均衡生产，总施工员填写施工日记，负责工序调度，组织，相关纠正、预防措施督促执行，事故预防与处理、器具搬运。安全员1人 检查督促安全与文明生产措施落实，纠正不安全行为，生产设备检验、安全装置的检查。现场员工安全教育培训，上岗证书检查，安全日记填写。材料员兼 确保材料，对材料质量进行初验、进场材料物资的签收、发放、登记和保管。测量员兼 严格按施工图纸进行测量放样，记录测量成果，控制井位放样偏差，同时对以后的井位进行复测。机修班焊工1人负责维修、保养和修理各种机具，协助设备安装。电工1人负责维护、保养和修理各种电器设备，负责各种电器线路。钻井队机长1人服从项目统一安排，认真组织本机施工，对本机的安全、质量和效率负责。班长2人及时完成机长安排的工作，对本班的安全、质量和效率负责。三、施工机械配备成孔施工机械设备选用M200 -型工程钻机及其配套设备，采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头。使用此钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。根据施工顺序、设计工程量及现场用水、用电量等因素综合考虑本工程计划进2套钻机，本工程的主要机械设备配备见下表：序号设备名称规格型号数 量电功（KW）1工程钻机M200-I型2套182泥浆泵3PNL2台223泥浆泵86型2台7.54空压机W-1-71台5.55电焊机BX1-3002台106降压泵150QJ32-58/5按需13/台7测绳100m1根四、降水井构造与设计要求井口：井口应高于地面以上0.50m，以防止地表污水渗入井内，一般采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度不小于2.00m。井壁管：各类管井的井壁管均采用焊接钢管，井壁厚度：为4mm厚。过滤器（滤水管）：各类管井均采用圆孔滤水管，滤水管外均包两层30目40目的尼龙滤网，滤水管的直径与井壁管的直径相同。沉淀管：沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用，沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为1.00m，沉淀管底口用铁板封死。第六章 降水保障措施 一、技术保证措施1、试运行试运行之前，需测定个井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。安装前应对泵本身和控制系统作一次全面细致的检查。检验降水设备、电缆接头的封口有无松动，电缆线有无破损等情况，如无问题，方可投入使用。降水用电动机、电缆及接头应有可靠绝缘，每台泵应配置一个控制开关。每施工完成一口井即投入试运行一口，以便及时抽通水井，确保井的出水量。2、正式降水运行抽水井个数和抽水量大小应根据基坑开挖深度和承压水头埋深要求进行控制。随开挖逐步降低承压水头