铁机村站降水设计.doc

武汉市轨道交通四号线一期工程铁机村站降水设计湖北中南勘察基础工程有限公司二OO九年十月武汉市轨道交通四号线一期工程铁机村站降水设计工程编号：设 计：编 写：审 核： 审 定： 总工程师：总 经 理：湖北中南勘察基础工程有限公司二OO九年十月 目 录l 文字部分1. 工程概况2. 场地水文地质条件简述3. 设计依据4. 设计思路及方案比选5. 基坑涌水量预测及降水设计6. 降水预测及降水运行动态控制7. 基坑降水对周边环境影响的预测及评价8. 施工要求9. 施工监测及降水维护l 附图部分1. 基坑降水井平面布置图2. 降水井结构示意图3. 基坑降水后水位等值线图4. 基坑降水地面沉降等值线图武汉市轨道交通四号线一期工程铁机村站基坑降水设计1. 工程概况1 . 工程概况铁机村站位于中北路延长线与铁机路交汇路的下方，沿中北路方向布置，为地面两层岛式车站。车站主体起点里程为左CK22+547.796，终点为右CK22+737.596，车站有效站台中心线的里程为CK22+660.196，按六辆编组车站总长度约为196m。车站内设两组岗亭、四个客流出入口及两个紧急疏散出入口。拟建铁机路站现地面标高在25.00m左右，车站顶部埋深在标高21.3m左右，轨顶标高约15.2m，内空净高6.1m，基坑底标高约10.1m，基坑开挖深度约14.4-19m（最深处）。车场拟采用明挖法施工，围护结构拟选用地下连续墙，设计工作由长江设计院和广州地铁设计院承担。铁机村站开挖深度最深处达19m，属深基坑，为确保基坑的施工安全，须对坑内地下水进行处理。2. 说明为进一步查明场地地下水水文地质参数，具体施工时先试打5口井进行单井和群井抽水试验，以进一步优化和指导设计。2. 场地水文、地质条件简述（一）场地水文条件1、地表水地区地表水体不发育，未发现有河、沟、塘等地表水体分布。2、地下水类型及地下水位根据场区原始地形条件及地层水理性质、赋水性能及地下水的埋藏条件等分析判断，在勘探深度范围内拟建场地地下水类型可分为上层滞水主、潜水和孔隙承压水三种类型。上层滞水主要赋存于人工填土层中，接受大气降水及周边湖塘渗透补给，无统一自由水面。水位及水量随大气降水及湖墉储水量的大小而波动，勘察期间测得场地上层滞水初见水位地地面下1.602.80m之间，静止水位在地面下1.302.10m；潜水主要赋存于（7-2b）层粉细中砂，水量一般；孔隙承压水主要赋存于（9）单元层圆砾中，水量丰富，与长江有较密切的水力联系，其水位变化幅度受长江水位涨落影响，据现场抽水试验结果，勘察期间实测承压水位埋深在4.81m4.92m，相当于标高19.7m。（二）地质情况根据场地岩土工程报告，揭露深度范围内，场地地层自上面下主要由5个单元层组成，即（1）层人工填土层（Qml）；（3）层第四系全新统冲积（Q4al）的一般粘性土层；（7）层第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）的老粘性土层；（9）层第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）的圆砾、砾砂层（Qal）；（15）单单层白垩 下第三系（K-E）风化泥岩、砂岩。根据各岩土层力学性质特征列于下表（表2）：场地地层工程地质特征一览表地层编号及岩土名称年代成因层顶埋深（m）层厚（m）颜色状态压缩性地层包含特征（1-1）杂填土Qal0.00.55.7杂松散高主要建筑垃圾、生活垃圾、碎石及粘性土等组成，土质不均，结构松散，大部分场地分布。（1-2）杂填土Qal0.01.00.42.9褐黄褐灰松散高以粘性土为主，含少量碎石及植物根系，场地内部分地段分布。（1-3）淤泥Q412.50.5灰黑流塑高以灰黑色淤泥质土为主，富含有机质，含少量碎石，具臭味，场地内局部分布。（3-1）粉质粘土夹粉土Q4al1.82.53.54.1褐黄可塑中含铁锰氧化物，不均匀夹粉土薄层，粉土含量约2030%，场地内局部分布。（3-3）粉质粘土Q4al0.55.80.76.5褐黄可塑中含铁锰氧化物，不均匀夹粉土薄层，局部粉土含量较高，场地内部分地段分布。（7-1）粉质粘土Q3al+pl0.59.50.68.7褐黄可硬塑中含铁质氧化及少量高岭土，局部粉粒含量较高，场地内部分地段分布。（7-2）粉质粘土Q3al+pl0.013.00.614.5褐黄褐红硬塑低含铁质氧化物及高岭土，大部分场地分布。（7-2a）粉质粘土夹粉土Q3al+pl5.6110.52.7褐黄可硬塑中含铁质氧化物及少量高岭土，层中夹不均匀粉土层，呈透镜体分布于（7-2a）层中。（7-2b）细中砂Q3al+pl4.412.10.95.8灰稍密低矿物成分以石英、长石为主，含云母，夹粉土。呈透镜体分布于（7-2）层中。（7-3）粉质粘土混粉细砂13.915.91.12.8褐黄可塑中密中含铁锰氧化物、高岭土，细中砂含量约10%-20%。场地内部分地段分布。（9-1）粉质粘土混砾卵石Q3al+pl11.716.60.45.5褐黄可塑中含铁锰氧化物、高岭土，砾卵石石含量约10%30%，圆状次圆状，石英质，粒径一般0.38.0cm。场地内局部分布。（9-2）圆砾Q3al+pl10.121.11.723.0灰白密实低矿物成分以石英、长石为主。颗料以圆砾为主，夹卵石、中粗砂及粘粒，卵石含量约20%30%，粒径一般211cm，最大见有大于20cm漂石，圆状次圆状，中粗砂含量约20%左右，场地内局部缺失。（9-2a）粘土Q3al+pl14.724.30.72.6褐黄可塑中含铁锰氧化物、高岭土。呈现透镜体分布于（9-2）层中。（15a-1）强风化砂岩K-E13.337.01.121.5灰黄坚硬低岩石大部分已风化成砂土夹岩屑状，可见岩石层理，局部夹有中国化岩块，岩芯用手可折断，属极软岩，较破碎，岩体基本质量等级为V类，场地内部分地段分布。（15a-2）中风化砂岩K-E22.043.71.828.0灰黄坚硬/岩芯一般较完整，呈长柱状，砂质结构，块状构造，裂隙较发育，RQD60%80%，属极软岩，较完整，岩体基本质量等级为V类，场地内部分地段分布。（15b-1）强风化泥岩K-E13.230.51.521.6灰黄坚硬低岩石太部分风化成土夹岩屑状，可见岩石层理，局部夹有少量中风化岩块，岩芯用手可折断，属极软岩，较破碎，岩体基本质量等级为V类，场地内部分地段分布。（15b-2）中风化泥岩K-E23.641.66.025.9灰黄灰绿坚硬/岩芯一般较完整，呈现长柱状，泥质结构，块状构造，裂隙较发育，RQD60%70%。属极软岩，较完整，岩体基本质量等级为V类，场地内部分地段分布。（15b-3）微风化泥岩K-E38.047.22.412.2灰黄灰绿坚硬/岩芯一般较完整，呈长柱状，泥质结构，块状构造，裂隙不发育，RQB70%80%，属软岩，较完整，岩体基本质量等级为类，少数勘探孔揭露。3. 设 计 依 据3.1 甲方提供的相关设计图纸、资料及招标要求等3.2质量、技术相关规程规范3.2.1 国家标准供水水文地质勘察规范（GB50027-2001）；3.2.2国家标准供水管井技术规范（GB50296-99）；3.2.3行业标准建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）；3.2.4湖北省地方标准深基坑工程技术规定（DB42/159-1998）；3.2.5建筑工程施工质量验收规范（GB50300-2001）。3.3职业健康安全相关法律法规3.3.1建筑工程安全生产管理条例；3.3.2中华人民共和国安全生产法；3.3.3中华人民共和国消防法（主席令第4号）；3.3.4建筑施工安全检查标准(JGJ59-99);3.3.5施工现场临时用电安全技术规范。3.4 环境保护及文明施工相关法律法规3.4.1中华人民共和国环境噪声污染防治法；3.4.2中华人民共和国大气污染防治法；3.4.3中华人民共和国固体废物污染环境防治法；3.4.4建设工程施工现场管理规定。3.5 我公司类似工程的施工经验及相关技术资料4. 设计思路及方案比选4.1 设计思路铁机村站基坑开挖深度最大约19.0m ,基坑底部一部分位于圆砾砂层（地层代号9-2）层中，基坑开挖后，若不采取降水措施，坑底高承压水将会产生突涌。本设计方案在该区域内设置管井进行疏干降水，为基坑开挖提供干作业环境。4.2 方案确定针对下部含水层中的承压水，可采取完整井降水技术抽排地下水以降低地下水压力水头。根据我公司类似地层进行的深井完整井抽水试验结果可知，采用深井完整井，单井抽排水量大，单井的降深能力较大，水位降深预计能达到设计要求。结合我公司在武汉地区、长江沿岸地区超深基坑工程的施工降水经验，本次降水设计拟采用完整井降水技术进行降水。5. 基坑涌水量预测及降水设计5.1 基坑涌水量预测5.1.1 基坑抗突涌分析本降水区域开挖面长约140.0m，宽约20.0m，形状为矩形，最大开挖深度约19m，本次设计时忽略坑底各土层的粘聚力及其抗剪强度对抗渗透有利的影响，将其作为安全储备。基坑现地面标高为25m，最深处底标高为4m，本次设计降水目标水位取坑底下1m。5.1.2 基坑涌水量计算完整井降水基坑出水量计算可根据地下水类型、补给条件，降水井的完整性以及基坑面积、形状、降水深度、布井方式等因素，综合选择计算公式来进行计算。本基坑挖深达19m(最深处)，属深基坑。本次降水设计采用疏干降水思路进行降水设计，承压水初始水头取19.5m，设计目标动水位标高取7m，水位降取12m，基坑出水量计算采用坑内布井的方式进行计算。基坑出水量按“大井”法承压完整井公式计算：式中：基坑降水出水量（）；导水系数，按降水经验，取k=5.26m/d；基坑中心水位降，按上述抗突涌验算，取S=12m；降水期间影响半径，取R=257m；大井园概化半径，取=18m。计算结果：Q=33605.1.3 降水井数量计算及布置根据水文地质勘察结果，取干扰井群单井出水量q=240，则需降水井数量为：N=Q/q14（口）综合考虑各种不利因素对基坑降水的影响，在基坑内、外设置三口观测井，兼作备用降水井。故设计降水井数量取14(口)，观测井3（口），降水井布置时应避开各种构筑物，在正式施工前应对井位进行核对，井位可在一定范围内调整，降水井具体布置见降水井平面布置图。5.2 降水井结构设计5.2.1 降水井井身结构系依据降水地段地质岩性构成、水文地质条件、钻孔工艺、施工要求及有关规范规定设计。管井深度与过滤管安装深度以开采含水层（段）的埋深、厚度、渗透性、富水性及其出水能力等因素来综合确定，经场地岩土工程和水文地质专门勘察表明：埋藏基坑坑底下面的下部承压含水层，以下部砂层为主要取水层，井底不宜揭穿该层。其孔径和井管管径则按反滤层厚度，排水含砂量要求及安泵深度，泵型决定，综合考虑上述因素，降水井结构设计如下：5.2.2 钻 孔降水井钻探孔径500mm，孔深2128.0m。5.2.3 井 管降水井井管全部采用钢卷管，壁厚大于3mm，管径250mm,其中实管长18m，滤管长6-10m，上部井管管顶高于地面0.3m。5.2.4 填砾与管外封闭自孔底至孔深16.0m的承压含水层深度段环填石英圆砾，以形成良好的人工反滤层，在孔口至孔深16m段环填高度粘土球。降水井结构详见附图2。5.3 水位观测井设计本次基坑降水设计3口观测井，兼作备用降水井，其结构设计同降水井一致。6. 降水预测及降水动态控制6.1 降水水位预测基坑降水期间，坑内外任意点处的水位降可视为群井在该点水位降叠加，并以此预测降水水位。水位降预测采用公式为：式中：基坑内、外任意距离处水位降（m）；渗透系数，（m/d）；含水层概化厚度（m）基坑排水量， ；降水期间影响半径，（m）；任意点距抽水井的距离（m）。根据天汉降水软件计算，其结果详见水位降幅等值线图，满足设计水位降12.00m要求（场地局部最深处可取用部分观测井）。6.2 降水动态控制根据公式，的计算结果来确定是否启动降水井以及启动降水井的数量，在土方开挖过程中，根据基坑开挖深度和开挖期间长江水位及场地地下水渗流情况，对降水井运行情况进行动态控制，需开启的降水井编号及降水井数量由设计代表会同现场技术负责人计算确定，以确保降水经济运行且有助于保护周边环境。7. 基坑降水对周边环境影响的预测及评价从理论讲，基坑降水时，抽降水引起地面沉降影响范围就是抽水水位下降漏斗的范围，并具有离基坑愈近水位降愈大，影响地面沉降愈大的特点。抽降地下水引起地面沉降原因是：由于降低承压水水位使上覆盖层浮托力降低，产生自重排水固结压密引起地面沉降；在上部弱透水层中，因地下水水位下降或被疏干，也产生土体自重排水固结压密而引起地面沉降；另外，承压水水位降低后，土体产生的附加有效应力，扣除含水层中水压降低引起的减压后而对其下卧层固结压密引起沉降。根据武汉地区基坑降水引起基坑周边地面沉降的监测数据表明，在距基坑周边10倍于水位下降值范围处，其沉降量仅为最大沉降量的45%，而相当于30倍水位下降值范围处，其沉降量仅为最大沉降量的12%左右，根据地面沉降等值线图，其最大沉降约25mm，其不均匀沉降率1，因此对于基坑开挖附近的桩基础建筑物，降水所产生的沉降对其影响较小；但对于浅基础的建（构）筑物来说，降水会对其产生不同程度的影响，但只要降水井的出水含沙量控制好，抽排水量的顺序组织合理，亦不致危害这些建（构）筑物的安全使用。为安全起见，在降水运行前，应在地面和建（构）筑物布置沉降观测点，在降水运行期间加强沉降监测，及时反馈沉降信息，采取预防应急措施，以确保建（构）筑物的安全。7.1 地面沉降计算预测值本工程降水属于减压降水，承压水位下降引起的地面沉降可由以下数学公式计算预测。式中：水位下降引起的地面沉降（mm）；经验系数（与水压力的减压回弹和压缩模量取值有关），取0.20.5。水位下降引起的各计算分层有效应力增量（kPa）;受降水影响地层的分层厚度（cm）;计算分层数；各分层的压缩模量（kPa）。经天汉软件对地面沉降模拟计算，其地面沉降预测值详见地面沉降等值线图；8. 施工要求8.1 降水井施工要求8.1.1 按供水管井技术规范（GB5029699）规定及设计要求进行施工；8.1.2 钻 探8.1.2.1 钻机安装平稳，确保钻孔圆正、垂直、孔斜不得超过1.5。8.1.2.2 为提高钻探进尺和成孔质量，钻探采用清水冲击钻探成孔工艺，并应符合下列要求：a) 保证孔壁的稳定；b) 减少对含水层渗透性和水质的影响；c) 提高钻进效率，减少孔底沉渣厚度。8.1.3 井（孔）管安装8.1.3.1 井（孔）管安装前，应做好下列准备工作：a) 根据井（孔）管的结构设计，进行配管；b) 检查井（孔）管质量，并应符合设计要求；c) 下管前，测量孔深，使井（孔）管安装符合设计要求。8.1.3.2 为减少井（孔）管安装时间，应先在附近地面将每节井（孔）过滤器包扎好，然后用吊车吊装，在孔口再次焊接入孔。8.1.3.3 为确保井（孔）管在入孔后位于钻孔中心，使井（孔）管与孔壁间的环形间距厚度均匀，在过滤器与花管部分，每间隔5m，在上部无孔管部分每间隔10m设置扶中器。8.1.4 填砾与管外封闭8.1.4.1 井（孔）管安装并符合设计要求后，及时进行填砾，填砾前应做好下列准备工作：a) 向井管内送入清水，使孔内泥浆稀释；b) 砾料粒径规格符合设计要求，砾料应纯净，不含泥土和杂物；c) 备足砾料和粘土，使之能一次填筑完成。d) 备好填料运输工具，尽可能缩短填筑时间。8.1.4.2 填砾时，砾料应沿井（孔）管四周均匀连续填入，随填随测。当发现填入量及深度与计算有较大出入时，应及时找出原因并排除。8.1.4.3 砾料填筑到设计深度后，再填入粘土球至孔口。8.2 洗井与试验性抽水要求8.2.1 当井（孔）管安装与填筑砾料、粘土完成后，应及时进行洗井。洗井的目的是清除井内泥浆，破坏井壁附着的泥皮，钻探渗入含水层中的泥浆和细小颗粒，使过滤器周围形成一个良好的透水人工过滤层，以增加井的出水量和透水性。8.2.2 洗井可视孔内泥浆稠度，含水层特性与成井时间，先可采用化学方法洗井，后可采用机械方法（如活塞、空压机等）洗井，最后可采用水泵抽水洗井，洗井至水清砂净，出水量满足设计要求为止，洗井时应同步进行降水井与水位观测井的水位观测。8.2.3 洗井结束后，应测量管内沉淀物厚度，当沉淀物过多时，应采用小抽筒或泵吸法捞取。8.2.4 洗井结束后，进行单井试验性抽水，以初步确定出水量及动水位深度，为施工降水的运行提供监控依据。8.3 排水含砂量要求降水运行期间，抽排水的含砂量应符JGJ/T111-98规范中的有关规定并满足小于1/100000。9. 施工监测与降水维护9.1 监测内容9.1.1 竖井基坑支护结构位移和沉降监测，由监测单位负责进行。9.1.2 邻近建(构)筑物的沉降与变形监测