软土地区深基坑工程中的地下水防治

软土地区深基坑工程中的地下水防治

1．高度10.400m该交通科研楼位于上海民胜路600号，占地面积621.21万米，建筑面积4812.42万（包括地下878m和地下3954m）。建筑高度：102.95m，±0.000m相当于绝对标高4.500m，室外地面-0.600m，地上24层，地下2层。工程基坑面积约为5000m2。采用φ900mm@1100mm钻孔灌注桩（φ850mm@600mm三轴搅拌桩止水）+2道钢筋混凝土内支撑的联合围护形式；基坑开挖深度为10.3m（裙房区域）、11.2m（主楼区域），电梯井区域开挖深度达16.85m。2当前水文条件2.1地下水位及承压水面埋深(a）潜水：拟建场地浅部土层中的地下水属于潜水类型，其水位动态变化受控于大气降水和地面蒸发等，地下水位丰水期较高，枯水期较低，水位埋深一般为0.5m～1.5m；钻探期间，浅层地下初见水位埋深为0.51m～1.43m。设计计算按上海市常年平均地下水位0.5m考虑。(b）承压水：根据地质堪察报告可知，场地内存在着第(7)层承压水层,其顶板位置在29m左右。根据上海地区承压水头长期观测资料和类似工程经验，承压水头埋深一般为3m～11m，呈年周期变化，但近几年水位有下降趋势。经计算承压水对基坑电梯井深坑的开挖产生影响。2.2色粉质黏土本工程地质情况为：第(1)层填土；第(2)层褐黄～灰黄色粉质黏土；第(3)1层灰色淤泥质粉质黏土；第(3)t层灰色砂质粉土；第(4)层灰色淤泥质黏土；第(5)1层灰色粉质黏土；第(6)层暗绿～草黄色粉质黏土；第(7)层砂质粉土。3降水井设计3.1基坑底板稳定通过深井降水来提高土体的抗力，确保本工程基坑开挖安全和周边管线、建筑物不受损坏的关键。降低土体间的含水量，方便挖掘机和人工在坑内施工作业；降低承压含水层的承压水水头，将其控制在安全埋深以内，以防止基坑底部发生突涌，确保施工时基坑底板的稳定性。同时，必须尽量减少由于减压降水引起的地表沉降以及降水对周边建构筑物的不利影响。3.2覆岩隔水层段由于工程最大挖深达16.85m，开挖范围内和坑底均以饱和的黏性土为主，特别是第(3)、(4)层黏性土，该土质为软黏土。如果没有强有力的降水措施，当基坑开挖后，在卸载作用下会发生土体回弹，挖得越深、卸载越多，回弹量越大。而且地下水在水头差产生的动水压力作用下易发生流砂和坑涌，会产生橡皮泥现象。整个场地有1层厚2m左右的砂质粉土(3)t层，该层土如果没有强有力的降水措施，当基坑开挖至该层土时，地下水在水头差产生的动水压力作用下易发生流砂和坑涌，会给基坑施工造成困难。为了提高基坑的安全、可靠性，提高被动土的强度和刚度，减小围护的变形工程采用真空负压复合的深井降水方法。单井影响半径应在8m为宜，即单井影响面积为200m2。根据地质堪察报告可知，场地内存在着承压含水层。根据上海地区承压水头长期观测资料和类似工程经验承压水头埋深一般在3m～11m之间，呈年周期变化，但近几年水位有下降趋势。第(7)层顶板最浅处约为29m左右，计算时取最不利工况的承压水头取3m和承压水层顶板取29m计算，以确保基坑的安全稳定。在基坑底板开挖前，应考虑承压水对底板的影响，以确保基坑底板开挖的安全。因而本基坑降水的关键是如何控制承压水的顶托力对本基坑造成的危害，防止基坑土体突涌的发生，确保周围环境和建筑的安全稳定。3.3真空负压复合降水措施一般根据基坑面积按单井有效抽水面积a(经验值一般为150m2～25Om2)来确定，由于该基坑较大，开挖范围内以黏性土为主中间加有1层砂质粉土，而坑底也是黏性土。为了增加坑底的强度和刚度，减小围护的变形,确保基坑的安全、稳定性，该基坑的降水方法要采用真空负压复合降水的方法。这种降水方法单井影响半径可以确保8m，即200m2/口，采用多级滤水管，疏干井加真空的复合降水措施，每口井内放1只潜水泵抽水，每3口井为1组真空系统抽真空，以确保每口井的出水量。工程共布设23口疏干井。为了正确指导疏干井的降水运行，需要布设1口疏干井专用水位观测井，总计24口。3.4基坑平面布置基坑开挖典型截面承压水层覆土厚度见图1。根据基坑的平面布置形状和承压水稳定验算结果，工程需要布设2口减压井和1口承压水观测井兼备用井（均布设在主楼处），总计3口（图2、图3）。4降水井的施工4.1井准备和施工施工准备→侧线放井→安装钻机→钻机成孔→终孔后冲孔换浆→下井管→填滤料→止水封孔洗井→下泵试抽4.2管井及管井管网(a）管井为φ273mm的钢管，壁厚≥4mm；滤管采用桥式过滤器，孔隙率≥15%；沉淀管高度1m（疏干井沉淀管高低0.5m），底口用厚4mm钢板焊接；滤管外侧采用40目单层铁丝网进行包裹，采用16#扎丝分档捆扎紧，以防止下井管过程中发生滤网“脱裤”现象。(b）清孔换浆是成井的重要环节，保证成井质量，通过泥浆向外带渣，达到清孔的目的。(c）需根据土层的特点选择滤料，滤料需满足渗透性能好，又能过滤泥砂的要求。(d）进行封孔时，须采用优质黏性土进行围填至地表，并进行夯实，避免止水封孔不严，在土方开挖过程中地下水顺着井壁上串至基坑内，形成基坑内涌水通道。(e）坑内所有降压深井的孔位根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设计的支撑相碰，并最终固定在支撑附近，并且要在井口搭设平台（平台尺寸为1200mm×1500mm×1000mm，见图4），在支撑上设置防护栏保护措施。5采用深孔降水5.1协同排水系统降水效果在开始降水运行之前，测定静止水位，安排好抽水设备、电缆及排水管道作生产性抽水试验运行，验证降水效果，检验排水系统是否通畅，抽出来的水应排入场外市政管网中，以免抽出的水就地回渗，影响降水效果。同时验证电路系统是否正常，对电箱和电缆线等设备进行检查，确保降水持续进行。5.2降水井管的密封和井管分离基坑内的降水井成井后立即下泵抽水，待抽水2d～3d后安装真空泵，待真空复合降20d左右才能进行开挖基坑。第1道滤水管暴露出来后要立即采用密封带进行密封，确保真空不受影响，余下的降水任务由下一道滤水管承担，直至基坑坑底以下1.00m。降水管井抽水时，真空泵和井内潜水泵同时开启，真空泵保持全天候不停的运转。没有靠近支撑的降水管井的井管暴露部分随开挖进度分层分割并回收，对于降水井管的保护，应在井管口设置醒目标志，做好标识工作，与挖机施工人员做好井管保护工作。土方开挖后，真空泵不能停止运转，作到勤抽勤停，根据土层的含水量和单井出水量来确定何时停止真空泵运转。5.3减压和降水运行5.3.1．群井试验及资料收集抽水试验减压井参数如表1所示。第1组单井抽水试验：Y1作为抽水井，抽汲(7)层中的地下水。抽水试验过程中，观测其他各井的地下水位变化。观测承压水头降到8.5m。第2组单井抽水试验：Y2作为抽水井，抽汲(7)层中的地下水。抽水试验过程中，观测其余各井的地下水位变化。第3组混合抽水试验：Y1、Y2作为抽水井，抽汲(7)层中的地下水，观测其余各井的地下水位变化。通过单井试验取得的含水层水文地质参数和群井试验取得的井流和水位观测数据，通过数值模拟的方法进行反演分析，获得整个场地以及周围相邻区域的承压水头变化规律。为检验围护体系的封闭及承压水补给情况，可进行抽水恢复试验。本工程的各观测井在停抽后18h后，基本恢复到初始水位的80%，说明该区域承压含水层渗透系数大，补给条件好，补给速度较快。5.3.2深度安全性分析静止水头为地下3m左右时，基坑开挖深度在14m范围内可以不要降承压水(具体是否开启要根据当时承压水观测井的水位实际高度数据计算后来定)。5.3.3盘固注浆管安装采用高压注浆法，将带有托盘注浆管下到托盘位于井过滤器顶部以上5m左右然后开始注浆，直到达到注浆压力时，将安装在托盘上部的反丝扣接头卸开，提出注浆管（将托盘留在孔内）待浆液固结后孔内抽水，观测封孔效果，然后割去井管，并对大底板进行封孔处理。降水结束后，在±0.000m平台上进行封井，封井结束后通过检验达到效果后再割除井管，然后进行底板和楼板的补洞工作（图5）。6做好降水工作(a）在基坑施工前，应做好勘查工作，必须搞清拟建场地及附近各含水层的特征及含水层间与地表水体间的水力联系，并做好降水设计。(b）在基坑围护施工过程中，要确保止水帷幕施工质量，同时要做好各项数据的监测工作，密切关注数据变化情况，发现异常立即采取抢险措施。(c）抽水系统和真空系统安置完毕后，应进行试抽，根据试抽情况，认真分析水文情况，制定详细的抽水方案。试抽达到要求后方可转入正常抽水，除遇特殊情况，一般应连续工作。(d）对坑内承压水进行