（岩土工程专业论文）高承压水地基深基坑支护设计及隔渗施工技术研究.pdf

浙江大学工程硕士学位论文 摘要 摘要 超深基坑施工在国内外已有大量地研究，但在钱塘江边含水量丰富的砂性粉质土地区 施工3 0 m 深的基坑尚属首次。本文论述研究的杭州庆春路过江隧道江南工作井深基坑，由 于深度约3 0 m ，且紧邻钱塘江边，是杭州地区粉砂土及强渗透系数的卵砾石层深基坑工程 首次面临承高压水处理问题。古钱塘江河道分布范围广，覆土平均厚度超过2 2 m ，高低起 伏的处在号卵砾石层，地质及水文地质十分复杂，为高风险的承压含水层。从现场的承 压水降水勘查显示：承压水初始水头高，单井流量及水位恢复比率大，波动幅度较大，而 且整个地下承压水水位为动态的平衡，上游水源补给非常充分。 庆春路过江隧道江南工作井基坑施工方案最终采用隔水帷幕结合井点降水方案来解 决钱塘江古河道承压水问题，避免了单独采用隔水帷幕费用大、施工困难的缺点和单独采 用井点降水不安全的缺点，在经济和安全两个方面均获得了良好的效果。同时也为同地区 今后类似工程提供了很好的借鉴经验。 本文结合庆春路过江隧道项目江南工作井土建工程施工，系统调研钱塘江古河道承压 水层的性状，提出钱塘江古河道承压水层的降水治理和支护结构设计施工方法，及时总结 和完善了该工程的施工工艺和其它技术成果，为今后杭州地区涉及类似地质条件的地下工 程施工提供良好的技术支持和保证。 基坑工程中，承压水的处理是个重大的技术问题。本文通过现场的抽水试验以及数值 计算对该问题进行了详细的研究；通过现场实测数据和有限元计算成果的比较，优化了设 计参数并提出了可行的施工方案。 关键词超深基坑高渗透性承压水降水施工技术 浙江大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t u l t r a - d e e pf o u n d a t i o np i tc o n s t r u c t i o nh a sb e e ns t u d i e dal o ta th o m ea n da b r o a d ，b u tt h e c o n s t r u c t i o no f3 0 m - d e e pp i tr i c ho fs i l t ys a n di st h ef i r s tt i m ea tt h es i d eo fq i a n t a n gr i v e r t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h er e s e a r c ho nt h es o u t h e r nw o r k i n gd e e pp i to ft h ep a s s i n g - t h r o u g h - t u n n e la th a n g z h o uq i n g c h u r lr o a d , b e c a u s eo ft h e3 0 md e p t ha n dt h el o c a t i o nn e a rt h e q i a n t a n gr i v e r , i tf a c e dw i t hh i g hp r e s s u r ew a t e rt r e a t m e n ti s s u e si ns t r o n gp o w d e rs a n da n d h i g h l yp e r m e a b l eg r a v e ll a y e rd e e pf o u n d a t i o nw o r k sf o rt h ef i r s tt i m e f o rt h ew i l er a n g eo f a n c i e n tq i a n t a n gf i v e r ，t h ea v e r a g es a n dt h i c k n e s si so v e r2 2 md i s t r i b u t e da tt h eu p sa n dd o w n s o fg r a v e ll a y e r i ti s h i g h l yr i s k yc o n f i n e da q u i f e r f o rt h e c o m p l e xg e o l o g i c a la n d h y d r o g e o l o g i c a l t h eo n - s i t ew a t e rp r e s s u r es u r v e ys h o w st h a t ：i tc o n t r i b u t e dt ot h eh i g h e r i n i t i a lw a t e rh e a d ，t h el a r g e rs i n g l ew e l lf l o wa n dt h ew a t e rl e v e lr e s t o r ea n dl a r g e rf l u c t u a t i o n s ， a n di tl e a dt od y n a m i cb a l a n c eo ft h ee n t i r eu n d e r g r o u n dw a t e rp r e s s u r ew i t l ls u f f i c i e n tw a t e r s u p p l yf r o mt h eu p p e r r e a c h e s t h ef i n a lc o n s t r u c t i o np r o g r a mo ft h es o u t h e r nw o r k i n gd e e pp i ts o l v e dt h eh i g h l yw a t e r p r e s s u r ep r o b l e mw i t hc u r t a i nr i s e rc o m b i n e dw i t hd e w a t e r i n gp r o g r a m ，t oa v o i ds i n g l ec u r t a i n r i s e r 、7 l ，i t hh i g h l yc o s ta n dd i f f i c u l tc o n s t r u c t i o no rt h eu n s a f es i n g l ed e w a t e r i n gp r o g r a m ，i tg o t b o t ht h eg o o de c o n o m ya n ds e c u r i t yr e s u l t sa n dp r o v i d e dav e r yg o o de x p e r i e n c ef o rs i m i l a r p r o j e c t s t h ef o r m sa n df e a t u r e so ft h ea q u i f e rs t r a t u mi nt h eo l dq i a n t a n gr i v e rc h a n n e lw a s d e s c r i b e d ，t h et r e a t m e n to ft h ea q u i f e ra n dt h ed e s i g nm e t h o do ft r e n c hr e t a i n i n g s t r u c t u r ew a s p u tf o r w a r d a l s ow es u m m a r i z e da n dc o n s u m m a t e dt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n do t h e r t e c h n i c a lw o r k st i m e l y , a n da s s u r e dw e l lt e c h n i c a ls u p p o r tf o rl a t e ru n d e r g r o u n dc o n s t r u c t i o n r e l a t e dt os i m i l a rg e o l o g yc o n d i t i o ni nt h er e g i o no fh a n g z h o u t h et r e a t m e n tt oc o n f i n e dw a t e rw a sag r e a ti m p o r t a n tt e c h n i c a lp r o b l e mi nt h et r e n c h e n g i n e e r i n g i nt h i sp a p e r , w er e s e a r c h e do ni tt h r o u g ht h ep u m p i n gt e s ta n dn u m e r i c a l c a l c u l a t i o ni nd e t a i l ，a l s ow eo p t i m i z e dt h ed e s i g nv a l u ea n dp u tf o r w a r d e df e a s i b l es c h e m eo f c o n s t r u c t i o nb a s e do nt h ec o m p a r i n go fo b s e r v e dd a t aa n dt h ec a l c u l a t e dr e s u l tb yf e m k e y w o r d su l t r a - d e e pf o u n d a t i o np i t ，h i g hp e r m e a b i l i t y , c o n f i n e dw a t e r , d e w a t e r i n g ，c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y 浙江大学工程硕士学位论文 图目录 图目录 图1 1 隧道平面示意图2 图l - 2 研究路线3 图2 1 基坑底最小不透水层厚度4 图2 - 2 承压水产生的基底隆起5 图2 3 江南工作井平剖面图( 单位m m ) 6 图2 - 4 江南工作井处典型地质剖面图( 单位m ) 7 图2 5 江南工作井围护结构分析计算剖面图8 图2 - 6 盾构工作井基坑开挖支护工况示意图1 1 图2 7 盾构工作井基坑整体稳定性验算示意图1 2 图2 。8 墙底抗隆起验算示意图一1 2 图2 - 9 墙底抗隆起验算示意图l3 图2 1 0 盾构工作井围护结构抗倾覆验算示意图1 4 图2 1 1 土压力模式示意图1 5 图2 1 2 水土分算矩形荷载条件下围护结构包络图1 5 图2 1 3 水土合算三角形荷载条件下围护结构包络图1 6 图3 1 江南工作井现场2 次抽水试验井平面布置图18 图3 2 潜水位与抽水关系曲线1 8 图3 33 口井间隔连续抽水试验水位曲线1 9 图3 - 4 水位恢复比率曲线1 9 图3 5 基坑地层剖面与模型垂向分层关系图2 2 图3 6 观测井j 6 观测值与计算值拟合曲线2 3 图3 7 观测井j 4 观测值与计算值拟合曲线：2 3 图4 1 全降水方案井位布置图2 8 图4 2 基坑及其周边网格剖分图一3 0 图5 1 止水钢板接头工艺图。4 5 图5 2 德国利勃海尔成槽机4 8 图5 3 铣槽机。5 0 图5 - 4 导墙施工断面图5 l 图5 5 素砼地下连续墙隔渗帷幕施工流程图5 l 图5 - 6c b c 2 5 型液压双轮铣槽机5 2 图5 7 液压铣铣头示意图5 2 图5 8 素砼地下连续墙隔渗帷幕槽幅划分示意图5 2 图5 - 9 一、二期三抓( 三铣) 成槽示意图5 3 图5 1 0 转角幅成槽示意图5 3 图5 1 l 泥浆系统工艺流程图5 4 图5 1 2 清孔换浆工艺流程图5 5 i l l 浙江大学工程硕士学位论文 表目录 表目录 表2 17 道支撑参数表8 表2 2 砼支撑( 顺线路方向) 8 表2 3 土层参数表9 表2 - 4 场地地质条件和计算参数表9 表2 5 江南工作井基坑开挖支护工况分步模拟1 0 表3 1 各层水文地质参数分区表2 l 表4 1 水文地质参数分区表。3 0 表4 2 减压降水方案综合比较表3 4 表4 3j 1 - - - - j 7 井动态平衡水位标高4 0 表4 - 4 抽水井j 2 水位回升记录表4 1 表4 5 观测井j 6 水位回升记录表4 1 表4 6 抽水井j 2 水位下降记录表4 2 表4 7 观测井j 6 水位下降记录表4 3 表4 8 抽水井j 2 流量记录表4 3 表5 1 新制泥浆配合比( 1 m 3 浆液) 5 4 表6 1 部分代表性地层实测泥浆指标5 7 表6 2 泥浆性能指标控制标准。5 9 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得堂 婆盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：2 0 0 8 年1 1 月2 3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留井向国家有关部门或机构送交本论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权迸婆盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： 签字日期：2 0 0 8 年1 1 月2 3 日 导师繇坐蚴， 签字日期：2 0 0 8 年1 1 月2 3 日 浙江大学工程硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 钱塘江边粉砂及卵砾石承压水深基坑研究现状 随着基坑降水及支护理论的不断发展和先进施工机械的保障，基坑深度不断加深，目 前国内的深基坑可以做到5 0 米以上，走在国际前列。但是基坑工程是地下建筑施工中内 容丰富而易于变化的领域，它涉及工程地质、土力学、基础工程、结构力学、测试仪器手 段、施工技术、土与结构共同作用以及环境岩土工程等多门学科，是理论上尚待发展的综 合科学技术。随着地铁隧道、高层建筑、市政工程、桥梁等重大工程的建设，产生了众多 形态的深、大基坑，这些基坑的开挖施工，使原有的基坑周围的水、土应力平衡受到破坏， 土体发生变形，变形达到一定程度就会危及到地下管线、道路、地面建筑物的安全，严重 时给工程建设带来无法估量的损失和影响。因此，在地下空间开发过程中，如何准确计算、 预测地下水对基坑开挖工程的影响，设计科学、合理、有效的降水方案，已成为基坑工程 施工的一项重要课题，成为地下工程核心问题。 在我国长江三角洲和珠江三角洲地区，广泛沉积了巨厚的第四纪松散地层，其中普遍 发育有多层厚度稳定的承压含水层和含水量较高的软土层，深、大基坑的开挖已涉及这些 层位。据有关资料记载，目前在长三角地区最深的基坑开挖己超过4 0 米，基坑底板距离 承压含水层顶板越来越近，承压水对基坑开挖的威胁越来越大，施工降水的难度也日益加 大，尤其在软土发育的长三角地区，基坑开挖与降水引起的土体变形对环境的影响已成为 人们关注的焦点。 杭州地区遇到1 0 米以上的深基坑是近十年的事情，而粉砂性土地基的深基坑更是从 2 0 0 2 年以后才开始进行设计施工。因此，对这类深基坑的研究还处于摸索阶段，各种方 法都在应用，设计和施工都有成功和失败的案例。钱塘江两岸随着钱江新城和钱江世纪城 的开发，两区块均由于地下空间开发利用而产生了一定数量及规模的基坑，但深度普遍较 浅，不超过2 0 m ；深基坑的设计施工并未遭遇承压水问题，也无需在工程实践中对承压水 进行处理。虽然岩土工程勘察已进入承压含水层，也积累了一定数量的工程地质、水文地 质资料，但是杭州市钱塘江边粉砂土及卵砾石层地区深基坑承压水处理研究目前尚属空 白。本文论述研究的杭州庆春路过江隧道盾构工作井深基坑，由于深度分别达到2 2 4 m 、 2 9 4 m ，且紧邻钱塘江边，是杭州地区粉砂土及卵砾石层深基坑工程第一次面临承压水处 理问题。 1 2 杭州市庆春路过江隧道工程背景 庆春路过江隧道连接杭州市钱塘江北岸江干区庆春路及南岸萧山区市心路，沟通两岸 规划的钱江新城与钱江世纪城中央商务区，为钱塘江第一条水底过江隧道。根据杭州市城 市总体规划和综合交通规划，庆春路过江隧道的性质为城市主干道，双向四车道，主线设 计速度6 0 k m h ，车道宽度为3 7 5 m + 3 5 m ，车道净高4 5 m 。本隧道分东西两条隧道，东线 l 浙大学i 程砸l 擎醢地盘堡! ! 塑堡 隧道长3 0 7 8 m ，西线隧道长8 0 4 2 m ，其中过江段约 6 3 m 。 本工程采用泥水平艟盾枸施工技术穿越钱塘江，盾构隧道内径1 03 m ，外径1 1 抽一 其平面示意觅圈卜l 。盾构工作井分江南、江北备一座，平面尺寸分别为2 5 2 8 6 8 m _ 瑟 2 6 x 3 9 5 目，基坑围护分别采用1 2 0 0 、1 0 0 0 n l l l 地下连续墙结构，明挖逆作法施工，基坑开 控海度分 j 畸为2 94 m 和2 24 m ，其中地下连续墒设计深度盎丈分别选到4 7 m ( 江南) 释3 6 m 江北) ，隧遒建设规模、设计及旄工风险均为浙江省之最t 隧l - | 隧道平面示意鼬 1 3 本文研究的主要内容和研究方法 1 、本文研究的主要内窖 深基坑设计和施工在国内外虽已有大量地研究但在钱塘江边砂性耪质地区施工近 3 0 豇椿的萋坑尚属首次。深基坑工程中，地下水的控制处理是关键，而涉及刘的卵砾石层 内古钱塘江河道高承篮承又不同于营通的地袁潜水。因此该工程蛆下水的控制处理影响园 素多而复杂，更需认真对待。 钱塘珏古河道承压吉水层与地袭潜水层互不通遗，基本娃在 号卵砾石屡中，其 参逢 系数大，承压水水位高。上游水量丰富，补给充足。在如此复杂地质条件下，紧临钱塘江 垂直开挖如此深的基坑，能否预溯和控制处理好承压水的影响t 能否合理进行深基坑支护 、设计与施工是工作并基坑成败的关键。而钱塘江古河道承压永层的赋存特征和降水设计与 施工、降水前后地基性状对涤摹坑支护结构设计与施工的影响以及承压承簿水和烹护缩 梅变形对钱塘 工大堤、周嗣建 y w x h j y 。时基坑不会发生突涌， 涌。 图2 - 1 基坑底最小不透水层厚度 当h 。 基坑涌水量分析 由于此前杭州市没有超深基坑开挖降低承压水头的工程经验，浙江省标准建筑基 2 6 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 坑工程技术规程( d b 3 3 t 1 0 0 8 - 2 0 0 0 ) 关于承压水基坑涌水量的估算与国标建筑基坑支 护技术规程一致，均采用“大井法 估算基坑的涌水量。尽管本工程承压水层由一2 粉细砂、一1 圆砾及一2 卵石层构成，但一2 粉细砂厚度平均约1 5 m 厚，与圆砾卵石 层厚度差别较大，一1 圆砾是一2 卵石层厚度的1 5 ，且两者渗透系数差别不大，因此， 为计算简便适用降水量公式，考虑承压水含水层为均质含水层，由于含水层厚为2 3 m ，降 压抽水井不深入下部一l 全风化含砾砂岩，因此为非完整井。 按国标建筑基坑支护技术规程附录f o 4 条( 对应浙江省建筑基坑工程技术 规程附录d o 4 条) ，公式如下： q = 2 7 3 k 面爷霸m s ( 4 6 ) 式中：卜基坑涌水量； l ( - 渗透系数； s 基坑水位降深 r 降水影响半径 r o 一基坑等效半径，按f 0 7 条矩形基坑计算，r o = o 2 9 ( a + b ) ，a 与b 分别 为基坑的长短边。 卜承压含水层厚度 l 承压水中滤管长度 本工程中，地质报告一2 层渗透系数为1 1 6 1 0 c m s ，即1 0 0 2 2 4 m d ，抽水试验报 告提出的渗透系数9 6 m d ，计算按1 0 0 2 2 4 m d 取用。 承压含水层厚度取2 3 m ，承压水降深按开挖至中部及两侧分别考虑为9 9 2 5 m 及 1 8 4 4 4 m ，基坑等效半径为0 2 9 * ( 8 4 4 + 2 2 8 ) = 3 1 0 8 8 m ，承压水中滤管长度取1 7 m ( 见 3 5 节抽水试验) 。 由于地质勘察报告及抽水试验均未提供降水影响半径，且无类似工程经验数据取用， 因此参照国标建筑基坑支护技术规程附录f 0 7 条，承压水层降水影响半径为 r = 1 0 s 后( 4 7 ) 以上参数代入公式计算，开挖至基坑中部标高时，基坑涌水量为4 0 5 8 1 0 4 立方米 天：开挖至基坑两端底部标高时，基坑涌水量为6 4 4 1 1 0 4 立方米天。 采用国标( 或省规) 公式计算可以看出，对涌水量计算影响最大的是渗透系数，它不 仅与基坑涌水量成正比，而且还影响了基坑降水的影响半径。 为了核对上述涌水量计算公式的适应性，可参考与杭州地层具有一定类似性的武汉 地区的基坑降水涌水量计算，即参照湖北省地方标准基坑工程技术规程 ( d b 4 2 1 5 9 2 0 0 4 ) ，该规程涌水量公式为地区经验性公式，可与国标公式互为参考，该公 式为： q = 2 兀k 。s 艮( 4 8 ) 2 7 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 k = ( s + 0 8 l ) k h ( 4 9 ) 式中：k 0 _ 含水层概化渗透系数， r o _ 一基坑等效半径，= o 5 6 5 f s 承压水位下降设计值， l 哺水层渗透系数 h 一从含水层底面起算的承压水测压水位高度 i 广一从含水层顶面与设计水位的高差 卜基坑面积。 代入本工程相关参数计算，基坑开挖至两端基坑底部标高时，需要降低承压水头引 起的基坑涌水量为7 7 7 7 1 0 立方米，比按国标公式计算影响值大约2 3 。 考虑到本工程的重要性及武汉地区与杭州地区水文地质特征的类似性，本工程基坑 涌水量计算取7 7 7 7 0 立方米天。 抽水井数预估 抽水试验采用的井钻孔为7 0 0 m m ，井管径为3 2 5 m m ，深井泵额定抽水量1 6 0 m 3 h ，单 井抽水量实际为1 4 0 m 3 h ，但是在群井效应下，由于地下水的渗透补给条件发生了变化，不 会达到单井的抽水量，一般为单井抽水量的0 7 - - 0 8 ，不考虑备用井条件下的井数为3 6 4 口。由于本工程含水层渗透系数大、基坑深、规模大，根据工程经验，必须考虑一定量的 备用井，备用井数量取4 0 ，则需要5 1 口井。 根据基坑实际情况，考虑井群间距及布置影响等，实际可取5 0 口，坑外周边连续墙 外4 m 布置3 2 口井，间距约8 m ；坑内沿长边方向布置两排共1 8 口井，间距约8 m ，离连续 墙边4 m 。井深入承压含水层滤管长1 7 m 。全建水减压方案降水井布置见图4 1 ，图中w 为 降水井，m 为水位观察井。 吣幽 咄出 叫4 n 似 吣【2 0 9业1 吣坦2 吣2 3 吣6 c 2 4 吣2 5 吣【2 6 吣臣7 吣坦8 业9 吣奶( ) nn几几 ， 咄吣旦 6邺 淄咄吣西 q蛆 吣鸺吣姻 蜊 e l - ) o 电 i f ) o路 咖l 静 逝3 n 、 黑 鼎 m 2 懈 i 墨 咄0洲1 e 姗2淄咄 4 蛆5 0蜘( 咄j 7 咄1 江| 匕y i 扛毛 q , w 4 6 ct , w 4 5 q , w 4 4q , w 4 3q w 4 )气w 4 1q , w 4 0气w - gr w 3 8 t、w j 7 气w 3 6 图4 1 全降水方案井位布置图 n 奶1 吣奶2 c 邺3 咄3 4 吣凸5 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 全降水方案可行性分析 以上分析表明，采用全抽水降压方案理论上是可行的，但基坑开挖施工则具有则具 有较大的实施风险。实施全抽水降压方案，根据抽水试验的结论，施工中必须保证连续不 断的抽水，否则意外断电时间过长，承压水位回升将导致基坑面临承压水突涌的危险。尽 管施工中配置双路电源以保证供电的安全性，但如双路电源不能1 0 0 得到保障，电源不 能及时切换，降压井回水速度非常迅速，要求双路电源在3 0 秒种左右必须切换到位，否 则基坑开挖将面临管涌风险，但变电室内值班人员的人工切换的可靠度不能很好保证，偶 然因素较多，施工安全风险较大。 ( 4 ) 隔渗帷幕措施的适应性 隔渗帷幕方案的可行性 从以上全降水方案基坑涌水量计算公式可知，在基坑规模降深等一定的条件下，对 基坑涌水量影响最大的是承压水层的渗透系数。因此如果能降低土层的渗透系数，对基坑 涌水量的减小是非常有利的，当然如果能彻底切断基坑内外承压水的联系，承压水突涌问 题可以彻底解决。 采用落底式竖向隔渗( 降低涌入基坑内的涌水量) 帷幕截断坑内外承压水的联系， 考虑到隔渗帷幕的施工质量难以保证不渗漏，因此坑内设置必要的减压降水井较为合适， 为隔渗为主降压为辅的综合降压措施。 为了预估隔渗帷幕可能存在的渗漏情况需要的降水井，采用了三维渗流软件进行了 模拟降水效果分析。为便于计算，使边界处于隔水边界或第一类边界。分析中将分析区各 个方向向外延伸至坑外6 0 0 m ，共计1 2 9 0x1 2 3 0 m 2 ，四周均按第一类边界条件处理。根据 分析区的实际水文地质结构条件及几何形状，对研究区进行三维剖分。根据研究区水文地 质特性、抽水井过滤器位置、基坑围护连续墙埋藏深度及隔渗帷幕的深度，水平方向本着 由基坑向外逐渐变疏的原则将其剖分为1 4 5 行，1 6 5 列，垂向将其剖分为1 1 层。基坑及 其附近网格剖分图见图4 - 2 。模型的上界取为地面；下界为第一l 层全风化砂砾岩，为 隔水边界。 浙江大学i 程硬士学位论文第5 章江南i 作井地下水控翩设计 图舢2 基坑及其周边同格剖分图 本次减压降水设计计算以初始承压水水头埋深8 3 0 m ( 根据江南工作井抽水试验观测 资料，绝对标高2 5 8 m ) 作为前提条件。水文地质参数值来源于江南工作井抽水试验结 果。详见表4 1 。 表4 - l 水文地质参数分区表 分层 砂质粉土 粉砂央粉土 淤泥质粉质 粘土 粉质粘土 精细砂 卵石1 圆砾1 卵石2 圆砾2 卵石3 向岱 ( m d ) 0 8 l5 00 0 0 2 00 0 l 33 7 8 6 5 9 6 8 2 9 6 幼 ( m d ) 0 8 i5 00 0 0 2 o0 0 1 3 3 7 8 6 5 9 6 8 2 9 6 k z z ( m d ) 0 0 8 0 3 00 0 0 0 6 00 0 0 3 0 6 1 6 2 9 2 2 3 9 2 2 s s ( m 1 ) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 6 00 0 0 1 7 00 0 0 0 l o 肿0 3 00 0 0 0 1 4 00 0 0 3 。 呲 至|吣 浙江大学i 程硕士学位论文第5 章江南i 作井地下术控制设计 设计考虑隔渗帷幕须深入至 一l 全风化含砾砂岩内2 抽。由于含砾砂岩的顶板埋 深不平，有一定起伏，且全风化含砾砂岩的裂隙发育情况及含水情况难以准确查明，因此 将隔渗帷幕本身的小潘漏或隔水帷幕底部与含水层间可能出现缝隙渗漏分别概化为以下 两种情况： a 假设 一2 卵石层底部有3 0 e m 厚的含水层透永 通过模型模拟分析计算，共需布置9 口减压井，图4 - 3 为降水1 0 天后地下水位埋 深等值线图，圈4 4 为降水1 0 天后地下水位降水等值线图。 嗣舡3 降水i o * 地下水伊圳j 鬻等情线州f 单忙：m 1 幽4 - 4 降水1 0 天地f 水位降深等值线蚓( 单位：m ) 浙江大学工程硕士学位论立 第5 章扛南工作井地下水控制设 8 假设 一2 卵石层底部有1 5 c m 厚的含水层透水 通过模型模拟分析计算，共需布置7 口减压井，图4 5 为降水1 0 天后地下水位埋 深等值线图，图46 为降水1 0 天后地下水位降水等值线图。 图4 - 5 降水1 0 天地下水位埋深等值线圈( 单位：m ) 图4 降水1 0 天地f 水位降深普值线圈( 单位：m ) 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 从图4 3 6 可以看出，当一2 卵石层底部有3 0 c m 厚的含水层透水时，需要9 口井 同时抽水可将基坑内地下水位降至安全承压水位( 基坑最大开挖深度下) 下，此时坑外承 压含水层地下水位最大降深达到2 9 0 m ；在一2 卵石层底部有1 5 c m 厚的含水层透水时， 需要7 口井同时抽水可将基坑内地下水位降至安全承压水位( 基坑最大开挖深度下) 下， 坑外承压含水层地下水位最大降深达到2 2 0 m 。分析表明，隔水帷幕在整个降水过程中极 为重要，因此布设井点时需要有足够的备用抽水降压井，防止含砾砂岩的起伏导致承压水 从隔水帷幕底部绕流进入基坑内及含砾砂岩裂隙中可能存在的地下水以及隔水帷幕可能 出现渗漏承压水进入基坑内而导致基坑不能顺利开挖，因此对本工程采用隔降结合的降压 措施是适宜的。 施工工艺的可行性 落底式竖向隔渗帷幕通常对于此类工程采用高压注浆法、高压旋喷法、深层搅拌法、 钻孔咬合桩法或地下连续墙形成隔渗帷幕，具体选用何种工艺形成隔渗帷幕，需要根据工 艺特点及工程地质条件确定。 本工程承压含水层主要为圆砾与卵石层，孔隙率较大，高压注浆难以控制注浆量， 因此造价较高，且施工质量不易控制，难以形成有效的隔渗帷幕。钻孔咬合桩通常咬合 2 0 c m 左右，限于目前的机械施工能力，当桩长大于3 0 m 时，由于桩身垂直精度的限制， 下部很难有效咬合，从而出现分叉，而本工程桩深达6 0 m ，故钻孔咬合桩不适宜本工程隔 渗帷幕。而深层搅拌法限于目前的机械施工能力，在一2 卵石地层及此种深度条件下基 本无法施工，因此采用高压旋喷桩或地下连续墙形成隔渗帷幕具有可行性。 4 2 降水设计方案综合比选 以上分析表明，全抽水降压方案、高压旋喷桩隔渗帷幕辅助坑内抽水降压方案以及 地下连续墙隔渗帷幕辅助坑内抽水降压方案都具有理论可行性。全抽水降压方案是在坑内 外布置5 0 口降水井抽水降压；地下连续墙隔渗帷幕辅助坑内降水降压方案是在坑外四周 3 m 左右设置地下连续墙，考虑该地下连续墙仅为止水隔渗，不承担基坑围护的水土压力， 采用素混凝土即可，然后在基坑内设置若干口降水井辅助抽水降压：高压旋喷桩隔渗帷幕 辅助坑内抽水降压方案是紧贴围护结构地下连续墙设置高压旋喷桩帷幕，切断承压水含水 层，然后在基坑内设置若干口降水井辅助抽水降压。 本工程中基坑两侧连续墙底标高为一4 0 6 8 5 m ，中墙底部标高为一3 2 1 9 6 m ，含水层底 部标高为一5 1 o l m ，边墙底部与含水层底部的高差为： 一4 0 6 8 5 一( 一5 1 0 1 ) = 1 0 3 2 5 m ， 中间墙与含水层底部的高差： 一3 2 1 9 6 一( 一5 1 0 1 ) = 1 8 8 1 4 m ， 中间6 0 0 厚短幅连续墙底标高- 2 7 8 9 6 m ，与含水层底部高差： 一2 7 8 9 6 一( 一5 1 0 1 ) = 2 3 11 4 m 。 高压旋喷桩隔渗帷幕可采用直径1 0 0 0 m m 的高压旋喷桩，间隔6 5 0 m m ，相交3 5 0 m m ， 3 3 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 提高深层旋喷的有效搭接，旋喷桩设置二排以提高帷幕的隔渗质量。旋喷桩紧贴地下连续 墙的竖向搭接长度不小于2 m ，进入下层不透水的9 - 3 全风化含砾砂岩层不小于2 m 。虽然 旋喷桩体本身可以认为是隔渗的，但考虑到桩的施工精度，部分桩体不能有效搭接，形成 渗透点。根据旋喷桩施工经验，按隔水帷幕施工后基坑涌水量为全降水方案涌水量的1 0 计，则基坑内设置减压降水井数量为3 3 口，考虑到一定量的备用系数并结合井内布置， 实际放置7 口井，方案平面见图4 - 7 。 ￥磷 l 一 一一。_ ：二1 一r 一1 r i 嫩 悄j 一 陌1o o o 6 s o 高压麓喷桩 1 轮 _ 。 。一 y 幽 螂 皇 塞 7 i 茎 i 、 爿 b 卜卜 ，-j 日 b - 曾p v 护 峄 且埘 号蛘 雌i 1 w 3 _ 卜q ，一 卜 9 岛 。 ：鞋山_ j 、 m 甲 谚10 0 0 6 3 0 商压黄唼辚 lj 、蓦i 。 咝夕 kz 僚p 1 蓁僦诺酩矾南m 匝曲击庙茁商锄 ：y， b 。自；日。 j j 。f 蒜。： 搿盘 f 门飞惩甜焉孑兀一 图4 7 高压旋喷帷幕方案平面布置图( 单位：m m ) 上述三方案正对本工程的综合比较见下表4 - 2 。 表4 - 2 减压降水方案综合比较表 方案 方案一方案二方案三 坑内外全抽水高压旋喷隔渗帷幕素砼地下墙隔渗帷幕 比较项i 降压方案+ 坑内抽水降压方案+ 坑内抽水降压方案 坑内外布置5 0 口双排旋喷桩帷幕，辅助若干抽素混凝土地下连续墙，辅 方案要点 抽水降压井水降压井助若干抽水降压井 实施的 理论上可行 理论上可行，高压旋喷帷幕须 可行性先试验施丁 可行 设备改 须小钻机钻进先导孔 须改进设备，增大钻杆扭矩及 现有设备，无需改进 进问题空压机流量 钻孔深入到卵砾层内，须 钻孔须深入至一3 层，穿透卵。采用铣槽机穿透卵砾石 成孔钻用小钻作先导孔，成井及 进难度 洗井要求高，数量多，有 砾石层，旋喷钻进困难，须采 层，成槽进度快，进入 一定难度。 用套钻等工艺- - 3 层较易。 倾斜度控制倾斜控制要求 孔深近6 0 m ，成孔倾斜控制难，铣槽机施工，控制精度高， 难度相对较低。 保证搭接质最较难。帷幕质量好。 与原地一卜墙无与地下墒紧密搭接质量控制较 与原地卜墙间无搭接 3 4 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 搭接难 降压高峰期间突破 用电量核算1 6 0 0 k v a ，用电量不够，不满足满足 可行 严重灾难，基坑面临突涌 停电中断降水后的恢复保证时由于隔渗效果好，停电中 停电风险间不易过长，否则基坑易发生断降水后的恢复保证时 风险巨大 突涌间较长。 由于采用全降水，抽水量 由于旋喷降渗帷幕成桩质量及素砼地下墙降渗帷幕效 大，用电量大，必须保证 倾斜控制不易保证，易发生局 果好，帷幕内抽水降压， 连续不断的抽水，突然停 施工风险 部渗漏量较大，中断降水时间中断降水时间过长后果 电后，回水速度快，易发 生管涌，后果非常严重， 长后果严重，基坑会发生突涌，较严重，但恢复降压较 施工风险较大。易，施工风险相对较小。 施工风险大。 隔渗帷幕渗 仅原地下墙同护，渗漏风水泥土隔渗帷幕变形动水状态 素砼隔渗帷幕渗漏较小， 险严重，基坑停降水易发下易发生渗漏，风险较重，基 漏风险较易控制 生突涌 坑较易管涌 抽水量大，排放及处理非 隔渗帷幕质量不易保证，易发 隔渗i 睢幕质量较好，抽水 排水处理生局部渗漏，抽水量相对较大， 常困难量相对较小，处理容易 处理相对容易 对环境 全降水，降水漏斗曲线影 视降渗帷幕效果质量而定，降由于降渗帷幕效果较好， 响范围大，坑内外降水， 水漏斗曲线影响范同相对小，基坑内抽水降压，降水漏 的影响坑内降水，地表的沉降相对较斗曲线影响范围小，地表 地表的沉降大。 小。的沉降小。 须待坑内旋喷加固结束后隔渗效果须抽水检验，不定因 基坑外单独帷幕，隔渗效 交叉作业果相对较好， 施工，不可交叉素多，不可交叉 可交叉施工 不定因素多，施工困难，工期施t 较易，工期相对较 工期工期较长 长短，不影响基坑上部开挖 须施：= 围井j r 程，并进行坑内 工程试验须进行生产性抽水试验抽水试验相对简单 抽水试验，完善帷幕 坑内封井坑内大量降压井，须全部坑内降压井数量较多，须全部坑内降压井数量相对较 难度完全封闭，风井难度大。 完全封闭，难度较大 少，难度较小 降压井被动坑内大量降压井，开挖易坑内降压井数量多，开挖遭破坑内少量降压井，开挖遭 破坏风险遭破坏的风险大坏的风险较大破坏的风险较小 工程造价较高较低高 3 5 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 以上综合分析表明，虽然素混凝土隔渗帷幕方案造价高，但施工难度及风险相对较 小，考虑到该工作井深度达3 0 m ，且临近钱塘江，推荐采用素砼地下墙隔渗帷幕加坑内抽 水降压方案。 4 3 “隔渗帷幕+ 抽水降压黟方案设计 4 3 1 素混凝土隔渗帷幕设计 隔渗帷幕连续墙施工时，如果距离已施工完成的围护结构地下连续墙太近，则隔渗帷 幕地下连续墙成槽施工时会影响到既有围护结构地下连续墙的安全；如果距离已施工完成 的围护结构地下连续墙太远，则会造成隔渗帷幕地下连续墙的造价增加。基于上述考虑， 确定隔渗帷幕地下连续墙距离既有围护结构地下连续墙的距离为3 m 。隔渗帷幕地下连续 墙进入9 1 全风化含砾砂岩不透水层的深度为3 m ，保证实际施工时最小进入1 层全风化 含砾砂岩不透水层的深度不小于2 m ，隔渗帷幕地下连续墙平面布置见图4 8 。 根据目前国内铣槽机的规格，确定隔渗帷幕素混凝土地下连续墙的宽度为0 8 m ，实测 承压水静止水位以下采用c 2 0 素混凝土，以上至地面部分采用经济性好的粘土及砂回填， 盾构始发需穿越及后续明挖段地下连续墙施工需凿除的部分采用不高于c 1 5 的素混凝土。 隔渗帷幕剖面见图4 9 。 盾抽穿越范围8 0 0 犀c 15 素砼隅渗幢暮 图4 - 8 隔渗帷幕平面布置图( 单位：n u n ) 3 6 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 。 一1一o 1 05 o o 一22 8 02 7 0 一16 3 03 5 0 一 一12 2 c5 9 0 一 一4 -i ，ll lu - 1 8 9 c5 6 0 一i一2 1 3 c2 4 0 一2 5 8 0 2 7 1 c 一i 2 9 0 - nn r 一1 3 8 0 一3 3 8 ( 一2 17 9 0 一5 1 7 c 一1 3 6 0 一5 5 3 c 2 -5 78 (2 5 0 承 图4 - 9 隔渗帷幕剖面图( 标高：m ，尺寸：m m ) 4 3 2 抽水降压井设计 考虑到帷幕隔渗帷幕可能存在的渗漏，按全抽水基坑涌水量的1 0 考虑涌水量，结 合模拟渗漏分析结论，工作井内布置7 口抽水井，另如果帷幕隔渗效果不好，根据帷幕完 成后的抽水降压试验结果，可在基坑外隔渗帷幕间增加施工4 口备用抽水降压井，降压井 布置见图4 一1 0 。抽水降压井的构造按抽水试验的成果设置，深度为4 7 m ，进入承压水中滤 管的长度为l o m ，钻孔孔径7 0 0 m m ，井管直径3 2 5 m m ，井体构造见图4 1 1 。 3 7 浙江大学工程硕士学位论文第5 章江南工作井地下水控制设计 图4 1 0 降水井位布置图