降水设计、施工方案

目录目录 1 工程概况 1 2 工程地质与水文地质条件 2 2 1 工程地质条件 2 2 2 水文地质条件 4 3 设计依据与降水目的 5 3 1 设计依据 5 3 2 降水目的 5 4 降水方案设计 6 4 1 基坑抗突涌稳定性验算 6 4 2 降水设计思路 7 4 3 疏干设计 7 4 4 降压设计 8 4 5 井群干扰抽水降深预测 9 4 6 井点布设 11 5 抽水试验方案 12 5 1 试验目的及内容 12 5 2 抽水试验工作量布置 12 5 3 抽水试验设计 12 5 4 结果统计与分析 13 6 降水运行工况 14 6 1 疏干降水运行工况 14 6 2 减压降水运行工况 14 7 井点构造与设计要求 15 7 1 井点构造 15 7 2 设计要求 15 7 3 质量验收 15 8 附图 15 1 工程概况工程概况 12 号 13 号和 14 号工作井 基坑详细工程性质见表 1 1 表表1 11 1 基坑工程性质表 基坑工程性质表 开挖部位基坑面 m2 开挖深度 m 开挖标高 m 围护形式 围护深度 m 12号工作井 213 71620 6 16 6 地下连续墙 37 13号工作井 176 62520 6 16 6 地下连续墙 37 14号工作井 213 71620 6 16 6 地下连续墙 37 注 本工程设计地面标高为绝对标高 4 0m 2 工程地质与水文地质条件工程地质与水文地质条件 2 1 工程地质条件工程地质条件 2 1 1 地形 地貌特征 地面标高约为 3 48 5 50m 之间 2 1 2 地基土层特征 拟建场地约 30m 的深度范围内地基土属第四纪滨海 河口 浅海 沼泽 谷及湖泽 相沉积物 主要由粘性土及粉性土组成 一般呈水平层理分布 根据地基土特征 成 因 年代及物理力学性质的差异 按上海市工程建设规范 岩土工程勘察规范 相关 条款划分为 7 个主要层次 具体地层特性详见下表 表表 2 1 地层特性表 地层特性表 渗透系数 cm s 层号 土层 名称 土 层 简 述 层 厚 m 层顶标高 m 重度 KN m3KvKh 1 填土 上部含植物根茎 碎石子 及贝壳碎屑等杂质 下部 以粘性土为主 在施工区 域 该土层上部以碎屑 随之 混凝土块等建筑垃 圾为主 0 30 3 60 4 10 0 40 1 粉质粘 土夹粘 质粉土 含少量氧化铁斑点和铁锰 质结核 无摇震反应 土 面光滑无光泽 韧性中等 干强度中等 0 30 2 70 2 86 0 20 18 83 95e 06 6 22e 06 淤泥质 粉质粘 土 含云母有机质条纹 夹较 大薄层粉土或粉砂土质不 均 无摇震反应 土面光 滑无光泽 韧性中等 低等 干强度中等 低等 0 50 10 90 0 03 9 41 17 69 41e 07 1 47e 06 夹 粉质粘 土 含云母有机质条纹 夹薄 层粘性土 土质不均 摇 震反应快 土面粗糙 韧 性无 干强度无 0 60 4 70 3 59 9 50 18 55 60e 05 8 72e 05 层号 土层 名称 土 层 简 述 层 厚 m 层顶标高 m 重度 KN m3 渗透系数 cm s KvKh 淤泥质 粘土 含云母有机质条纹及贝壳 碎屑 夹少量薄层粉砂 土质较均匀 摇震反应无 土面光滑有光泽 韧性高 等 干强度高等 4 10 8 50 12 48 16 21 16 91 47e 06 1 65e 07 1 1 粘土 含云母 有机质条纹及泥 钙质结核 夹薄层粉砂及 少量粉质粘土 土质较均 匀 摇震反应无 土面光 滑有光泽 韧性给偶啊的 干强度高等 4 50 11 90 19 79 25 32 17 38 27e 08 1 32e 07 1 2 粉质 粘土夹 粉土 含云母 有机质条纹及贝 壳碎屑 夹薄层粉砂 土 质不均匀 摇震反应无 土面光滑无光泽 韧性中 等 干强度中等 2 30 8 90 23 06 29 58 18 11 49e 07 1 95e 07 2 粘质粉 土 含云母 贝壳碎屑 夹薄 层粘性土及少量粉砂 土 质不均 摇震反应快 韧 性低 干强度低 2 00 6 00 29 79 34 55 18 51 95e 04 3 46e 04 粉质 粘土 含氧化铁斑点及铁锰质结 核 土质均匀 摇震反应 无 土面光滑无光泽 韧 性中等 干强度中等 2 40 3 30 24 40 25 89 19 7 1 砂质粉 土 含云母 氧化铁条纹 夹 薄层粘性土 粘质粉土及 少量粉砂 土质均匀 摇 震反应快 土面粗糙 韧 性无 干强度无 3 50 8 70 39 79 45 05 18 5 2 粉质 粘土夹 砂质粉 土 6 40 48 07 粉砂 未钻穿未钻穿 说明 1 表中 表示勘察报告未提供相关数据 2 渗透系数为 20 下数据 3 文中勘察资料取自二零零八年六月版 2 2 水文地质条件水文地质条件 2 2 1 潜水 对工程设计有直接影响的主要为浅部土层的潜水 其补给来源主要为大气降水与 地表径流 潜水水位随季节 气候潮汛等因素有所变化 勘察时测得钻孔中地下水位 为 0 5 2 50m 相应绝对标高为 2 70 3 90m 上海市常年地下水位在地表以下 0 5m 低地下水位埋深为地表下 1 5m 2 2 2 承压水 拟建场地部分地段第 2 层中分布有微承压水 第 层中分布有承压水 该土层 赋存地下水量丰富 根据上海市长期观察资料 微承压水和承压水水头高度一般均低 于潜水为 水头埋深一般在地面以下 3 0 11 0m 随季节呈周期性变化 3 设计依据设计依据与降水目的与降水目的 3 1 设计依据设计依据 1 GB50007 2002 建筑地基基础设计规范 2 GB50027 2001 供水水文地质勘察规范 3 DGJ08 37 2002 岩土工程勘察规范 4 JGJ120 99 建筑基坑支护技术规程 5 JGJ T111 98 建筑与市政降水工程技术规范 6 GB50300 2001 建筑工程施工质量验收统一标准 7 DG TJ08 236 2006 市政地下工程施工质量验收规范 8 DBJ08 61 97 基坑工程设计规程 9 供水水文地质手册 10 青草沙水源地原水工程 金海支线工程详勘报告 11 相关设计图纸 3 2 降水目的降水目的 根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工要求 本方案设计降水的目的为 1 疏干开挖范围内土体中的地下水 方便挖掘机和工人在坑内施工作业 2 降低坑内土体含水量 提高坑内土体强度 3 降低下部承压含水层的承压水水位高度 减少坑底隆起和围护结构的变形量 防止基坑底部突涌的发生 确保施工时基坑底板的稳定性 4 降水方案设计降水方案设计 4 1 基坑抗突涌稳定性验算基坑抗突涌稳定性验算 基坑底板抗突涌稳定性条件 基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全 系数下承压水的顶托力 即 h s Fs w H 其中 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 w 水的重度 kN m3 取 10kN m3 Fs 安全系数 一般为 1 0 1 2 本工程取 1 10 降压深度 H Fs w H h s 10 1 1 根据勘察资料 2 层 层承压水位埋深为 3m 标高 1 0m 基坑底板抗突涌稳定性验算情况如下 1 2 层稳定性验算 1 12 号工作井稳定性验算 由勘察报告 选取钻孔 C205 作为参考孔 其 2 层层顶板标高为 23 71m 计算承压水顶托力为 Fs w H 271 81kPa 计算临界开挖深度 11 95 m 标高 7 95m 计算含水层上部土压力为 h s 151 1kPa 计算降压深度 H 13 34m 2 13 号工作井稳定性验算 由勘察报告 选取钻孔 202 作为参考孔 其 2 层层顶板标高为 25 76m 计算承压水顶托力为 Fs w H 294 36kPa 计算临界开挖深度 12 818 m 标高 8 818m 计算含水层上部土压力为 h s 162 23kPa 计算降压深度 H 12 01m 3 14 号工作井基坑涌水量计算 由勘察报告 选取钻孔 201 作为参考孔 其 2 层层顶板标高为 28 19m 计算承压水顶托力为 Fs w H 321 09kPa 计算临界开挖深度 13 85 m 标高 9 85m 计算含水层上部土压力为 h s 206 267kPa 计算降压深度 H 10 44m 基坑承压水降压情况 计算结果如下表 表表 4 14 1 基坑底板抗突涌抗稳定降压表 基坑底板抗突涌抗稳定降压表 2 层 开挖部位 开挖面标高 m 开挖面埋 深 m 参考钻孔 承压水顶 托力 KPa 含水层上部 土压力 KPa 降压深 度 m 控制水位 埋深 m 12 号工作井 4 00 20 6C205271 81151 113 3416 34 13 号工作井 4 00 20 6202294 36162 2312 0115 01 14 号工作井 4 00 20 6201321 09206 6710 4413 44 2 层稳定性验算 由于勘察报告钻孔资料没有对 层的揭露 对现有资料进行分析 不需要对 层 做降压处理 4 2 降水设计思路降水设计思路 本工程中需要布置疏干井来疏干浅部含水层土体中的水分 另外需要布置若干 2 降压井 疏干井在透水性好的地层设置滤水管 因基坑开挖面以下为 4m 水泥浆加固 故考虑将疏干井深度控制在基坑开挖面附近 部分沉淀管伸入加固区 下部设置 2m 滤水管 降压井设计时 因基坑面积较小且围护未将含水层隔断 可将部分降压井布 置在基坑外 以便于降水井的保护和工程施工 降压井的井位应避开顶管部位 4 3 疏干设计疏干设计 采用围护明挖施工时 需及时疏干开挖范围内土层中含水 保证基坑干开挖的顺 利进行 因此 开挖前需要布设若干疏干井 对基坑开挖范围内土层疏干 参照上海市标准 基坑工程设计规程 DBJ08 61 97 结合本工程实际情况 本 次降水工程疏干井单井有效抽水面积 a井取 200m2 坑内降水井数量计算公式 n A a井 式中 n 基坑内降水井数量 口 A 基坑面积 m2 a井 单井有效降水面积 m2 本工程疏干井数量布置情况如下表 表表 4 1 疏干井数量设计 疏干井数量设计 开挖部位面积 m2 计算井数 口 实际井数 口 12 号工作井213 761 0681 13 号工作井176 2511 14 号工作井213 761 0681 具体各井管平面位置 布设尺寸及井结构详见附图 1 4 4 降压设计降压设计 4 4 1 基坑总涌水量理论计算参考公式 1 12 号工作井基坑涌水量计算 由于降水井为承压完整井 参考规范使用 大井法 计算时 应采用承压完整井计 算基坑总涌水量 计算公式如下 1lg 73 2 0 r R KMs Q w 其中 K 承压含水层水平渗透系数 M 承压含水层厚度 sw 计算降深 sw 13 34 r0 基坑等效半径 r0 8 25m R0 抽水影响半径 R0 的计算公式如下 0 10 w RsK 根据本工程实际情况 12 号工作井进行降压设计时 渗透系数取综合值 K 0 25m d 含水层厚度根据地质剖面 2 层取取 13m 计算得出 2 层 12 号工作井基坑总涌水量 Q 123 507m3 d 2 13 号 14 号工作井基坑涌水量计算 本工程中 13 号 14 号工作井为非完整井 所以采用下列非完整井基坑涌水量公 式 2 01lg 1lg 73 2 00 r M l lM r R KMs Q w 其中 Q 基坑出水量 m3 d K 渗透系数 m d r0 基坑有效半径 m Sw 基坑水位降深 m M 含水层厚度 m l 滤水管长度 m R 降水影响半径 m KSR w 10 根据本工程实际情况 含水层渗透系数 K 取 0 25m d 2 层含水层厚度根据钻孔 揭露情况取 25m 13 号工作井基坑半径为 7 5m 14 号工作井基坑半径为 8 25m 经计算 13 号工作井基坑涌水量为 Q 171 496m3 d 14 号工作井基坑涌水量为 Q 163 747m3 d 4 4 2 井数计算 2 层出水量取经验值 q 60m3 d 则 2 层降压井数为 n12 1 1Q q 2 264 口 取 3 口 其中降压井 2 口 观测兼备用井 1 口 n13 1 1Q q 2 85 口 取 3 口 其中降压井 2 口 观测兼备用井 1 口 n14 1 1Q q 2 73 口 取 3 口 其中降压井 2 口 观测兼备用井 1 口 4 5 井群干扰抽水降深预测井群干扰抽水降深预测 4 5 1 公式的选用 根据本工程的承压含水层的特性及围护结构 在计算时采用三维渗流公式进行计 算 具体如下 00 cos cos cos t HHHSH KxKyKzWx y zD xxyyzzMt HHH Kxn xKyn yKzn zqx y zD xyz HHx y z x y z x y zD Hx y z tx y zD 式中 Kx Ky Kz 分别为渗透系统在 x y z 方向上分量 m d H 承压含水层水位 m S 承压含水层贮水系数 M 承压含水层厚度 m W 源汇项 m d q 侧向补给量 m3 d 4 5 2 建立模型预测水位降深 为了能够在理论上检验降水效果 下面用 modflow 对场区进行数值模拟 图 4 1 12 号工作井降深等值线图 图 4 2 13 14 号工作井降深等值线图 根据以上预测结果 12 号工作井基坑内两口降压井抽水时 水位降深为 14m 能够满足基坑降水要求 13 号工作井和 14 号工作井 基坑内两口井抽水时 坑内水 位可降 12 6m 能够满足该基坑降水要求 4 6 井点布设井点布设 本工程中各工作井的井点布置情况如下所述 12 号工作井 共布置疏干井 1 口 井号为 J12 1 布置 2 层降压井 2 口 井号为 Y12 1 Y12 2 布置观测兼备用井 1 口 井号为 Y12 3 13 号工作井 共布置疏干井 1 口 井号为 J13 1 布置 2 层降压井 2 口 井号为 Y13 1 Y13 2 布置观测兼备用井 1 口 井号为 Y13 3 14 号工作井 共布置疏干井 1 口 井号为 J14 1 布置 2 层降压井 2 口 井号为 Y14 1 Y14 2 布置观测兼备用井 1 口 井号为 Y14 3 5 抽水试验方案抽水试验方案 5 1 试验目的及内容试验目的及内容 为了后期优化方案 获取含水层相关的水力参数 因此 在正式降水方案之前需 要进行实地抽水试验 其主要目的及内容为 1 确定在地下连续墙施工完成后承压含水层的地下水位和水力参数 2 确定降压井单井出水量 3 分析坑内和坑外降深 4 检验降水效果 为优化后期方案提供设计依据 5 2 抽水试验工作量布置抽水试验工作量布置 根据抽水试验要求 结合场地情况与周边环境 对本次抽水试验工作量进行如下 布置 1 根据工程实际情况 共利用 12 号工作井 3 口降水井进行抽水试验 利用 Y12 1 Y12 3 做单井抽水试验 其中 Y12 1 为抽水井 Y12 2 Y12 3 为观测孔 利 用 Y14 1 Y14 3 做群井抽水试验 其中 Y12 1 Y12 2 为抽水孔 Y12 3 为观测孔 2 根据抽水试验内容 确定本次抽水试验的试验设备需要如下 抽水设备 深井水泵 2 水位计 2 个 3 流量表 三角堰 2 个 5 3 抽水试验设计抽水试验设计 本次抽水试验先进行单井定流量抽水 后进行群井定流量抽水 两次抽水之间让 地下水位充分恢复 试验过程中抽水井与观测井同步进行水位观测 抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行 水位观测时间间隔为 1 2 3 4 6 8 10 15 20 25 30 40 50 60 90 120 以后每隔 30min 观测一次 至 480 后每 60min 观测一次 至 1200 后每 2h 观测一次 直至抽水停止 停止后观测恢复水位 时间间隔同抽水试验 抽水时同时进行水量观测 观测时间间隔为 30min 采用流量表读数 精度应读 到 0 1m3 若发现水量过小而水位降低缓慢 可考虑改用流量较大的水泵 流量观测 次数与地下水位观测同步 在整个抽水试验的过程中 抽水井的出水量应保持常量 若前后两次 观测的流量变化超过 5 时 应及时调整 根据实际出水量及降水效果 为施工阶段井的优化方案提供依据 根据基坑降水设计方案布井平面位置 拟采取如下试验方式 表表 5 15 1 抽水试验过程一览表 抽水试验过程一览表 试验阶段试验方式抽水井号观测井号试验目的试验周期 第一阶段单井试验 Y12 1 Y12 2 Y12 3 单位涌水量 求水力参数3d 抽观结合 第二阶段群井试验 Y12 1 Y12 2 Y12 3 检验降水效果3d 抽观结合 5 4 结果统计与分析结果统计与分析 抽水试验结束后 需要对抽水过程中所采集的数据进行统计与分析 分析得出结 果 将该结果应用于后续降水方案的优化设计中 试验结果统计与分析主要内容有 1 计算单井出水量 通过对各观测井抽水时稳定水量资料的统计与分析 综合计 算单井出水量 为后期方案设计降压井位置和结构及抽水运行时配备设备提供参考依 据 2 比较基坑内和基坑外的水位降深 分析有地下连续墙存在对抽水的影响 3 计算承压含水层水力参数 1 绘制各观测井 s t Lgs Lgt 以及 s Lgt 曲线 直观反映两者联系 2 选取适当的求参方法进行求参计算 求出承压含水层水力参数 4 利用相关软件及试验所得水力参数 模拟在地墙影响下承压水三维流坑内外不 同距离的降深 根据模拟结果确定合理的降水运行工况 5 分析对周边环境的影响 1 结合试验结果与挖土工况 为后期制定最优抽水方案 减小因抽承压水对环境 可能带来的负面影响提供依据 2 根据试验结果与初步评价结果 反馈信息 加强抽水试验阶段的沉降位移监测 尽可能掌握抽水初期引起沉降变化的规律 为下一步措施的制定提供参考数据 6 降水降水运行工况运行工况 6 1 疏干降水运行工况疏干降水运行工况 浅层疏干井提前提前 2 周进行降水 一般应施工一口 投入运行一口 疏干井据 要求加载真空负压降水 在抽水工期充足的条件下降水后应满足基坑分层开挖需求 6 2 减压降水运行工况减压降水运行工况 层承压水根据基坑开挖工况 具体根据抽水试验结果及挖土工况 按下表进行 抽水安排 开挖深度以下的不同开挖深度控制水位埋深表如下 表 6 1 A 基坑降压抽水运行工况表 基坑名称开挖分层开挖工况 开挖标高 m 开挖深度 m 减压 m 水位控制 m 第四层 第三道 环梁 5 9 9 59 9 13 50 2 3763 5 376 第五层 第四道环 梁 9 5 13 1 13 5 17 12 376 7 915 376 10 91 12 号工作 井 第六层收底板 13 1 16 6 17 1 20 67 91 13 3410 91 16 34 第四层