淤泥质黏土地层深基坑降水技术应用及效果分析.doc

王永新1 , 叶敏2(中铁四局集团上海地铁工程项目经理部 上海 200093)摘 要 :介绍淤泥质黏土地质条件下地铁车站深基坑真空深井降水及降压井设计 、实际运用中的参数控制 ,分析降水 、降压井运行规律及运行效果 。降水施工成功地达到了对土体加固和底板稳定的目的 。关键词 :地铁车站 ; 深基坑 ; 淤泥质黏土 ; 降水 ; 应用中图分类号 : U231 + 14文章编号 :1004 2954 (2004) 05 0089 03文献标识码 :B1工程概况3基坑降水上海地铁 M8 线黄兴路站全长 16616 m ,车站标准段宽 1712 m 。车站基坑设计为地下连续墙围护结 构 ,兼作降水期间的止水帷幕 ,地墙深 27 29 m 。基 坑开挖深度端头井约 1710 m ,标准段开挖深度约 1417m 。根据工程地质及水文地质的条件 ,采用坑内真空井点降水法施工 。通过降水及时疏干开挖范围内土层 的地下水 ,使其得以固结 ,以提高土体强度和自稳性 , 防止开挖面土体失稳 。同时 ,采用深井降低下部承压水层的承压水头 ,防止基坑底部土体隆起或突涌的发 生 ,确保施工时基坑底板的稳定性 。311 水文地质情况分析基坑开挖主要在 、层中 ,地层的平均渗透系数 K = 2150 10 - 6 cm/ s , 由于 、层淤泥质黏土层中 夹有薄层黏质粉土或砂质粉土 ,该层土的实际水平渗透系数可达 K = 1 10 - 4 cm/ s 以上 ,使得在该层形成 良好的渗透通道 ,基坑内降水井的多段滤水管能起到 较好效果 。承压含水层除 层外 ,本站位在故河道边缘 ,由于 冲刷和切割作用 ,地层分布极不均匀 ,最大的特点是 层暗绿色粉质黏土部分缺失 , 2 层黏质粉土与 层 承压水层直接连通 , 2 层黏质粉土渗透系数 : KH =1126 10 - 4 cm/ s 、KV = 1115 10 - 6 cm/ s 。据此初步 判断 , 2 层有存在微承压水的可能 , 根据 2 层水位 观测孔测得水头在地面以下 510 m 左右 。2地质 、水文车站场地 40 m 深度范围内属第四系河口滨海相沉积 ,分布较稳定 ,主要由饱和黏性土 、粉性土以及 砂土组成 ,成层分布 。场地处于故河道边缘 ,下部土层埋深有一定变化 ,在车站东北方向缺失第 层暗绿色 粉质黏土 ,而分布为第 层 。车站施工范围内地层自 上而下依次是 :杂填土 1 、黄色素填土 2 、褐黄色粉质黏土 1 、灰色淤泥质粉质黏土 、灰色淤泥质黏土 、灰色黏土 1a 、灰色粉质黏土 1b 、灰色黏质粉土 2 、灰色粉质黏土 3 、暗绿色粉质黏土 、草黄色砂质粉土 1a 、黄色粉砂 1b 。结构底板座在第 层灰色淤泥质黏土中 。自地表以下至 36154 m 范围内第 层的土大 部分为饱和的黏性土 ,根据其特性均为透水性很弱的地层 ,地层的平均渗透系数 K = 2150 10 - 6 cm/ s 。地 下潜水位深度为 1125 m 左右 。承压含水层主要由第 1 层草黄色砂质粉土及312降水方案(1) 降水 、降压井布置根据降水目的 、水文地质条件与基坑开挖的深度第 2 层黄色粉砂组成 ,其埋深在离地面约 2910 m等因素 ,对基坑内的地下水的出水量进行了计算以及对基坑底的稳定性进行了验算 ,确定降水 、降压抽水井 的数量 。降水井有效降水面积为 150180 m2 ,以 2 层和 层承压水联合作用计算基底抗隆起稳定性 ,按 下式计算h1下 。承压含水层的厚度大于 1110 m 。该承压含水层为上海地区第一承压水含水层 ,承压水头高度一般在 地表以下 419 m 左右 。收稿日期 :2003 12 17第一作者简介 :王永新 ( 1972 ) ,男 ,工程师 ,1994 年毕业于兰州铁道学院 。KS= w h2长度为 1100 m ,沉淀管底口用铁板封死 。式中KS 抗承压水稳定安全系数 ;开挖面至承压水层顶土体的加权平均容重 ;w 水容重 ,取 10 kN/ m3 ;h1 端头井部位承压水层顶板至坑底的土 层厚 ;h2 水头高度 。经计算 ,安全系数标准段 KS = 0169 ,端头井 KS =0187 ;基坑安全水位 : 东端头井为 - 816 m , 西端头井 为 - 13150 m ,标准段为 - 11100 m (自地面起算) 。坑内布置 16 口降水井 、5 口降压井 。各种井的布置见图 1 。填砾料 :降水井采用洁净的粗砂围填井管与钻孔之间的间隙 ,自井管底部到地面以下 410 m 均匀围填 ;降压井采用洁净的粗砂围填井管与钻孔之间的间隙 ,自井管底部向上至滤管顶部以上 210410 m 。封孔 :降水井在地表下 410 m 以上采用优质黏土 围填至地表并夯实 。管口密封采用先胶带粘贴 ,再用 黏土密封 ;降压井在粗砂围填面以上采用优质黏土围填至地表并夯实 。降水 、降压井构造见图 2 。4降水运行运行之前准确测定各井口和地面高程 、静止水位 ,在降水井的成井施工阶段要边施工边抽水 ,即完成一 口投入运行一口 ,降水在基坑开挖前 20 d 进行 。降压井在基坑开挖到 7 m 深时开始抽水 ,降低下 部承压水头 ,保证施工时基坑底板的稳定 。在当承压 水头降至设计要求时 ,适当调控降压井的抽水量 ,减少因降水而引起的地面沉降 。5降水效果评价和分析(1) 降潜水抽水量和时间效应自 2003 年 3 月 23 日第一口降水井开始抽水 ,至 此降水井运行时间最少的也已达到 22 d 。整个基坑共降潜水 94513 t , 15 口井单井累计平均降水量为 69141 t 。各井运行第 1 周降水总量为 354 t ,占总降水量的 3714 % ,至基坑 4 月 20 日开挖前抽水 量共计 70516 t , 占总抽水量的 7416 % 。单井日降水图 1 黄兴路站降水 (压) 井井位平面布置 (单位 : mm)(2) 降水 、降压井构造井口 : 井口高出地面以上 0150 m ,采用优质黏土 封闭 ,封闭厚度不小于 4100 m ,保证加真空时不漏气 。井 壁 管 : 井 壁 管 均 采 用 焊 接 钢 管 , 内 直 径 为250 mm 。过滤器 (滤水管) : 采用桥式滤水管 ,滤水管外包 2 层 30 目和 40 目的 尼龙网 ,滤水管的直径与井壁管的直 径相同 。降水井每根井管设 2 段过滤 器 ,分别长 3 m 和 4 m 。3 m 过滤器设 于 层土中 ,4 m 过滤器设于 1a层土 中 ;降压井每根井管设 2 段过滤器 ,长 度 36 m ,分别设于 2 层和 1 层土 中 。沉淀管 :沉淀管主要起到保护过 滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用 。由于 2 层存在 ,降水井管底不能超过 2 层顶板深度 ,为保 证井管滤水管长度 ,取消了降水井原 设计的 1 m 沉淀管 ;降压井沉淀管接 在滤水管底部 , 直径与滤水管相同 ,90图 2 降水 、降压井构造示意铁道标准设计 RAILWAYSTANDARD DESIGN 2004 (5)计降水量仅为 33152 t ,主要是由于该井设于北端头井量历史曲线见图 3 。内加固区域的空隙内 ,该空隙四周自地面至坑底下 3m 均采用水泥搅拌桩加固 ,隔断了地下水补给来源 。 同时 ,根据监测资料显示 ,基坑降水期间由于土体固结收缩 ,地墙内移 ,对周边环境有一定影响 。(2) 土体降水加固效果4 月 20 日正式开挖后 ,基坑内土体易松散成碎块 状 ,脚踩较不易下陷 ,当开挖成陡坡时 ,土体自立能力较强 ,坑内基本无积水 。从上面几方面来看 ,土体经过 降水得到有效加固 ,达到了降水加固土体为开挖创造 条件的目的 。(3) 降压井运行效果在开挖到 7 m 时 ,降压井依次投入运行 ,水头保持 在 1014 m ,在东端头井开挖到底后进行了坑底隆起观测 ,最大隆起量为 3 cm ,证明降压措施到位 ,承压水头已处于安全水位 。单井日最 高 出 水 量 达 到 135 t / d , 一 般 出 水 量 在2040 t / d 。可见承压水补给量和出水量都很大 。 在主体结构底板陆续浇筑后 ,各井依次停止抽取承压水 ,4 d 后停止最后 2 口降压井抽水 ,希望减缓由此对周边环境的影响 。通过 2 d 的观测 ,坑底无隆起 现象 。从整个降压井运行过程和基坑开挖情况看 ,就承压水的安全问题方面得到了较好的处理 ,特别是在 2 层微承压水层顶覆土厚度较薄的情况下 ,没有产生坑 底过分隆起等现象 ,没有发生任何险情 ,确保了基坑安 全 。抽承压水和基坑开挖期间周围地表和建筑物有较 大沉降 ,但无法将两个因素的影响量或影响比例分离 , 难以确认降压井抽水对环境的影响量 。从前期的试验 井运行情况看 ,抽取承压水对地层沉降无特别影响 。图 3 日降水量历史曲线从图 3 中可以看出 ,降水开始 30 d 后各井出水量基本在 1 t / d 以下 ,大部分的水是在前一个月抽出的 , 由此可见降水井前 30 d 内的运行效率较高 ,其后所抽 出的水量逐渐减少 ,降水井工作的时间效应非常明显 。 降水量总计及单口井累计降水量见图 4 、图 5 。整个基坑所有降水井日最高抽水量为 8315 t ,为降水刚开始 第 3 天 ;最低日降水量为 212 t ,在开始降水 50 d 时 。图 4 日降水量总计柱状图 5 单口井累计降水量曲线6结语在 5 月 5 日前后开始 (开始降水 43 d 左右) ,各井累计降水量曲线明显趋于平缓 ,说明此后大部分降水 井抽水量已很少 。降水井在投入使用后有个实际有效期 ,除运行时 间较长后出水量非常小 ,降水井已不发挥大的作用外 , 从现场情况看 ,一般在井管周围土体开挖到第二 、三层土 (深 7 m 左右) 时 ,井管周围土体已难以密封 ,真空泵抽负 压 已 无 法 达 到 - 0106 M Pa , 一 般 仅 为 - 0102M Pa ,此时降水井就基本失效 。J 1 井累计降水量曲线从开始就一直非常平缓 ,累本基坑工程从降水效果看 ,降水 、降压井的设计和运行管理均较为成功 。其中降水井非常明显地反映出 降水的时间效应