上海中心降水方案

上海现代建造设计集团申元岩土工程有限公司2022年8月22日2 第二章降水设计要点 四、降水井构造与设计要求 第四章地下水渗流数值摹拟及地面沉降预测 三、由降水引起的地面沉降与控制 第五章基坑降水重大风险应急预案 四、远程监控措施 1第一章工程概况"上海中心大厦"工程位于上海浦东新区陆家嘴中心区Z3-1地块，东至东泰路，南依银城南路，北靠花园石桥路，西临银城中路(地理位置参见图1),即原“陆家嘴高尔夫球场",整个基地面积约30368m2,地上建造面积380000m2,总建造面积约为520000m2。图1-1地理位置本工程由22层塔楼(结构高度565.6m、建造顶高度632.0m)和1幢5层商业裙房(高度35m)组成，整个基坑由1幢1场地下设5层地下室，基础埋深约为25~30m。性功能性建造区，与金茂大厦、环球金融中心成“品”字型分布。"上海中心大厦"二、地下地质条件2.1地形地貌22.2工程地质条件在当前所揭露深度185.0m范围内的属第四纪中更新世Q2至全新世Q4沉积物，主要由粘性土、粉性土、砂土组成，普通具有成层分布特点。根据土的成因、结构及物理力学性质差异可划分为12个主要层次(上海市统编地层第⑧层粘性土层缺失)。其中第⑤、⑦、⑨层根据土的成因、土性特征分为若干亚层和次亚层和透镜体(第⑤1a、⑤1b;第⑦1、⑦2、⑦3层；第⑨1、⑨2-1、⑨2t、⑨2-2、⑨3、⑨3t层)。场地(1)拟建场地第①层杂填土，松散，表层约0.5~1.5m深度范围内夹多量碎砖、碎石等杂物，局部区域为混凝土地坪，下部多以粘性土为主，夹植物根茎、石子等。(2)第②层褐黄~灰黄色粉质黏土，可塑~软塑，层面埋深约2.0m,含氧化铁斑点和铁锰质结核，局部以黏土为主；杂填土较厚区域该层缺失。(3)第③层灰色淤泥质粉质黏土，流塑，层面埋深约3.3m,5.0~7.0m深度范(4)第④层灰色淤泥质黏土，流塑，层面埋深约8.0~10.0m,分布较为稳定，(5)第⑤层根据土性不同可分为2个亚层：第⑤1a层灰色黏土，软塑，层面埋深约16.0~18.0m摆布，在拟建场地内分布稳第⑤1b层灰色粉质黏土，软塑~可塑，层面埋深约20.0m摆布，场地东北角钻探9#、10#,静探C12、C13孔区域该层底部夹多量粉性土。(6)第⑥层暗绿色粉质黏土，可塑~硬塑，含氧化铁斑点和铁锰质结核，该层在拟建场地大部份区域分布稳定，层面起伏平缓(层面埋深普通在24.0m摆布),仅在场地东北侧层面埋深略偏深，厚度较薄。(7)第⑦层据土性不同可分为3个亚层：第⑦1层草黄色砂质粉土夹粉砂，中密~密实，层面埋深约为28.0~30.0m,在拟建场地分布稳定，层面起伏平缓。第⑦2层草黄~灰黄色粉砂，密实，层面埋深约35.0~38.0m,在拟建场地内分第⑦3层灰色粉砂，中密~密实，层面埋深约64.0m,在拟建场地内分布稳定、3(8)第⑨层根据土性不同可分为⑨1、⑨2、⑨3层3个亚层，其中第⑨2、⑨3第⑨1层灰色砂质粉土，中密~密实，层面埋深约为68.0~70.0m摆布，在拟建场地内分布稳定、层面起伏平缓。该层土性不均，粘性土夹层频率及厚度在纵横向变化较大，局部粘性土夹层厚度为1~2cm,甚至达3~5cm。砂及砾砂，砾石粒径0.5~1.5cm,下部84.0-89.0米深度段局部夹粘性土较多，普通夹粘层厚度约2-5cm,局部粘性土夹层厚度达20-30cm,土质不甚均匀。第⑨2t层灰色粉质黏土夹粘质粉土，可塑，夹层状粉砂，土质不均。该层仅在钻(初勘B3#孔该层深度范围97.9~100.8m),层厚及层面埋深变化较大。第⑨2-2层灰色粉砂，密实，层面埋深约为88~90.0m(受第⑨2t层透镜体切割影响，塔楼底板扩展区局部层面埋深达94.0m摆布),夹细砂、砂质粉土及薄层粘性土，土性较佳、土质相对较均匀。第⑨3层灰色细砂，密实，土质均匀，层面埋深约为100.0m摆布，在拟建场地第⑨3t层灰色粉质黏土，可塑，该层仅在钻探17#孔位置呈透镜体分布，深度范(9)第⑩层浅灰~灰色粉质黏土，可塑~硬塑，层面埋深约126.0m摆布，土性(10)第(D层灰色粉砂，密实，层面埋深约135.0~143.0m,夹细砂及层状粘性(11)第(2)层兰灰~灰色粉质黏土，可塑~硬塑，层面埋深约143.0~148.0m,(12)第(3)层灰色细砂，密实，层面埋深约168.0~175.0m,至185.0m未穿，局部夹多量粉质黏土，土质不均。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41)潜水本场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水、地表迳流。勘探期间由钻孔中测得的地下水埋深普通为0.75m~3.90m,相对应标高为3.36m~0.40m。上海地区地下水年平均水位埋深为0.5~0.7m,低水位埋深为1.5m。2)承压水拟建场地深部第⑦层属上海地区第一承压含水层，其层顶埋深约为28~30m,其承压水位埋深普通在3~11m,承压水位普通呈周期性变化，随季节、气候、潮汐等性土，第1、第Ⅱ承压含水层(即第⑦层、第⑨层)相互连通，总厚达97m,含水量极其丰富(地层分布参见图1-3)。~2.309N~水Nc~水NcNanlaay.50(-)6221④~+b⑤30.80(-16.0237.20a⑦ff图13地层剖面图5(2)国家标准建造地基基础设计规范(5)上海市标准地基基础设计规范(7)国家标准供水管井技术规范本基坑开挖面积大，深度深，裙楼区域开挖深度25米、局部塔楼区域开挖深度为30米，承压含水层层顶已被挖穿，而本基坑下部第I、第II承层、第⑨层)相互连通，总厚达97m,含水量极其丰富，地质条件复杂。基坑开挖到6撑直径达到120米，在降压井的布置时降压井位的选择将决定塔楼基坑降水的成败。土现象，第⑦层水位控制不好容易形成流砂，影响开挖。淤泥质黏土渗透性差，土质软弱，易发生流变或者浮现弹簧土预降水。土方开挖时尽量少扰动土、少转土并尽快出土。对于第⑦层土，塔楼区域控制水位在开挖面以下1米，防止流砂的产生。压水的补给；垂直方向加深塔楼区域降压井，控制承压水头在开挖面以下1~2米，环境影响方面：利用基坑内未抽水的观测井和基坑外观测7普通根据基坑面积按单井有效抽水面积A(井的经验值为普通为150m²~250m²)来确定，而经验值是根据场地潜水含水层的特性及基坑的平面形状来确定。根据本公加真空的措施，以确保每口井的出水量。A—基坑降水面积(m2);a井—单井有效抽水面积(m2);(3)、管井的数量布置(计算用的基坑面积从CAD平面图上测量计算所得，与基坑n=A/a=11882.3/200≈59.4则拟定60口井n=A/a=23139.74/200≈115.7则拟定116口井所以，本基坑共布置疏干井176口。料。具体形式见剖面图3.1。楼区基坑开挖深度25.0m,地下连续墙深45m,塔楼基坑直径120m,内部采用环梁作基坑底面设计标高以下存有巨厚承压含水层(复合承压含水层组),承压含水层顶面埋深约为地面下28.00m,复合承压含水层厚度大于97.00m。开挖过程中，必须有大于承压水含水层顶板处的承压水顶托力。特殊指出，对于开挖深度达30.00m中坑范围内的减压降水，承压水位控制原则是：当开挖深度大于26.00m时，承压水9序号开挖深度hs(m)安全水头埋深D(m)110.00(初始水位)23456789从上表得出，本工程降压深度比较大，如以初始水头10.00m考虑，基坑开挖深度大于17.00m,均需要考虑降低承压含水层水位。因本工程塔楼区和裙楼区的开挖深度均超过17.00m,承压水降水将是本工程安全的一项重要工作。裙楼区开挖深度达25.00m,要求承压水位埋深控制在23.09m摆布，塔楼区开挖30.00m,承压水位埋深控制在31.00m~32.00m以下。基坑开挖深度hs与安全水头埋深D之间的关系，如图3-2所示。图3-2开挖深度hs与安全水头埋深D之间的关系大于26.0m根据当前初步设计，本工程基坑开挖塔楼区和裙楼区分开施工，塔楼区基坑为直径120m的园形基坑，内部不设置支撑，采用内部环梁作为受力系统，基坑开挖采用顺作法施工；裙楼区采用逆作法施工。塔楼区因内部无支撑，降压井在内部将没有固定位置，所以对于塔楼区降压井设计考虑采用坑外减压降水措施，即减压降水井布置在塔楼基坑外侧，环状布置，坑内布置水位观测井，塔楼区的减压降水井布置在裙楼基坑范围内，距离周边环境相对较因为塔楼区的基坑围护地下墙深度为45m,所以，其坑外减压降水井过滤器埋深考虑为45~59m,井深考虑为60m。裙楼区因采用逆作法施工，井管有固定的位置，所以裙楼区采用坑内减压降水措施，综合考虑本基坑周边环境保护要求，裙楼区布置减压降水井，井深不超过地下连续墙，井深考虑40m,这样坑内降水对坑外沉降影响不大，有利于保护环境。根据本工程的抽水试验求得水文参数，通过VisualMODFLOW软件摹拟计算：在塔楼区域布设塔楼区布置19口降压井，井深60m,过滤器设置在45~59m。在裙楼区域利用塔楼区基坑降水所设置的19口减压井中的6口和布设的19口的42m深的降压井，降低承压水水头高度。同时考虑到周边环境保护要求，在裙楼基坑外布设7口观测备用井来增强水位观测，必要时采取回灌措施，减小周边的沉降。料。具体形式见剖面图3.3。图3.3降压井剖面图挖的进度等情况即时调整降压井的运行数量。详见降水井平面布置图1黏土或者水泥浆封闭，其深度不小于2.00m。(3)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分区名称井号井深降压井3降压井47第四章地下水渗流数值摹拟及地面沉降预测1渗流计算基本理论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：(2)定解条件——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)。对整个渗流区实行离散后，采用向后差分法将上述数学模型实行离散，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。1、本工程基坑降水数值摹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性土区，上部粘性土层概化为第一层。因为实际地层较多，建立模型的时候根据各地层的渗透系数等水文地质参数实行适当简化，如图5。模型简化以后的含水层三维模型从上到下挨次为：弱透水层和第⑦2层含水层。图5含水层三维摹拟图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，三维立体结构模型能够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，参保持不变。行、350列规则网格，其中活动网格共225,000个，在基坑附近采用1m×1m的剖分格式，并向边界区域发散状分布。基坑网格剖分见图6:图6基坑网格剖分局部图图7井模型示意图图7。经过数值摹拟计算，在塔楼区基坑外侧布置19口减压降水井，能够将坑图8塔楼区降水后的承压水位埋深等值线分布预测图深为15.0m摆布。如图9。进一步细化，提出每一个工况下开启减压抽水井的数量和井号，并计算出该工况下承压水位的安全深度，以指导降水运行。群井试验后，提交《上海中心基坑降压井群井试验报告及运行方案》。减压降水运行过程中总包方应每天将基坑的监测资料抄送降水项了解、分析降水对周围环境的影响水准，有效控制降水运行。基础底板施工完成后，包括养护阶段和地下室及上部结构施工阶段，应由设计单位提供基础及上部结构的抗浮力，在确保承压水水头压力不大于抗浮力的情况下，逐步减少减压井的开启数量，直至住手降水运行。根据设计要求住手降水时，应由总包单位出具“住手降水通知书”后，方可终止降水运行。1、理论公式采用Visualmodflow有限差分法由渗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；4)根据沉降方程计算沉降量。2、计算结果预估塔楼区基坑开挖所需承压水降水时间为180天，根据抽水试验阶段建立的沉降模型实行计算，塔楼区承压水降水运行后基坑周边环境沉降预测等值线如图9-5所示，紧邻基坑外侧的地面沉降值为14~26mm。图10塔楼区降水180天后地面沉降预测分布图(单位：mm)一定减小。当裙楼区基坑开始减压降水后，利用塔楼区的6口减压井和裙楼区域的比较大，对基坑外沉降影响比较大，紧邻基坑外侧的地面沉降值达到10mm。图11裙楼区降水180天(累计360天)后地面沉降预测分布图(单位：mm)③基坑开挖过程中，遇围护结构渗水等情况，应即时组织第五章基坑降水重大