超大型基坑管井降水方法分析

超大型基坑管井降水方法分析

1基坑表现概况潍坊滨海经济开发区的金融基础设施是一个大型基础设施，长约46.95米，宽约240米，深4.95米，底板高度-1.05米。基坑北侧临白浪河,最近处相距约50m。地下水属第四系孔隙潜水,水位埋深3.9m(绝对标高0.58m),水位年变幅度约3.00m,主要补给来源为大气降水及海水补给。因该基础为预应力混凝土管桩基础,考虑基坑内管桩运输需要,拟降水至基坑下1.5m左右。2无摇震反应场区分布本基坑地基岩土的构成为第四系全新统Q4海陆交互相沉积成的岩土层,主要为9层:2.1粉砂,新近吹填形成,褐黄色,稍湿-湿,松散,以石英、长石为主,含有少量铁质氧化物及云母碎片,局部夹有粉土薄层。场区普遍分布,层底埋深4.00～9.00m,平均6.36m;2.2粉砂,灰褐色,稍密-中密,饱和,以石英、长石为主,含较多贝壳碎片,分选好,级配差。场区普遍分布,层底埋深10.30～15.20m,平均12.84m;2.3粉质粘土,褐灰色,可塑,无摇震反应,稍有光滑,干强度中等,韧性中等,含有少量云母碎片、贝壳碎片、铁锰结核及铁质氧化物。场区普遍分布,层底埋深12.50～18.50m,平均15.65m;2.4粉砂,黄褐色,饱和,中密-密实,含有少量铁质氧化物、云母碎片、铁锰结核及贝壳碎片,分选好,级配差。场区普遍分布,层底埋深19.50～24.00m,平均20.71m;2.5粉质粘土,黄褐色-褐灰色,可塑,无摇震反应,稍有光滑,干强度中等,韧性中等,含有少量云母碎片、贝壳碎片及铁质氧化物。场区大部分布,层底埋深24.40～32.00m,平均28.92m;2.6粉砂,黄褐色,饱和,密实,含有少量铁质氧化物、云母碎片、铁锰结核及贝壳碎片。场区局部分布,层底埋深30.00～43.50m,平均37.65m;2.7粘土,褐红色,可塑,无摇震反应,稍有光滑,干强度中等,韧性中等,含有少量云母碎片、贝壳碎片及铁质氧化物,夹有粉质粘土薄层。场区局部分布,层底埋深35～51.50m,平均47.15m;2.8粉土,黄褐色,湿,密实,摇震反应中等,无光泽反应,干强度低,韧性低,含有少量铁质氧化物、云母碎片、铁锰结核及贝壳碎片。场区局部分布,层底埋深50～55.80m,平均52.42m;2.9粉质粘土,褐黄色,可塑,无摇震反应,稍有光滑,干强度中等,韧性中等,含有少量云母碎片、贝壳碎片及铁质氧化物。场区局部分布。粉砂渗透系数为5×10-3cm/s,粉土渗透系数为5×10-4cm/s,粉质粘土渗透系数为5×10-5cm/s。基坑基底位于第1层粉砂或第2层粉砂中。3基坑降水方案确定难金融中心基坑为国内少见的超大型基坑,仅底板面积就达68000m2,包含六栋楼和附属的地下车库。场区与白浪河一路之隔,吹填前为大面积的虾池或盐池,部分池底的隔水粘土层分布在基底以下未挖除。由于滨海海陆交互沉积和吹填施工作用,影响深度内岩土层主要为粉砂及粉质粘土,岩土层分布厚度差异较大,部分区域有缺失。由于基底岩土层为富水粉砂层,基坑底板及上部建筑结构又形式多样,应尽量避免在基坑内设置疏干井以防影响底板的防水效果。以上各种因素让确定降水方案极为困难。现场曾采用明沟排水、轻型井点进行试验,基坑开挖到3m左右时,坑底开始流砂涌砂,边坡失稳,坑内积水,无法达到降水要求。附近类似地质条件基坑采取基坑周边设止水帷幕,基坑内设疏干井的方法失败,又在基坑内增加25口管井进行降水(基坑面积为金融中心的1/4左右,含原疏干井基坑内共设置降水井41口),基坑中心位置仍未达到预期效果。有部分小型基坑采取基坑外侧管井降水基本能达到效果,但对于类似金融中心的超大型基坑尚未有先例。金融中心基坑相对隔水层第3层粉质粘土厚度较小,局部有缺失,设置止水帷幕有很大风险。周围环境开阔,无其他已建建筑物及构筑物,适合管井降水施工。但由于基坑面积较大,如采取管井系统降水面积将达75000m2,需要精心设置参数,并辅以其他辅助措施,确保降水效果,并尽量减少基坑内疏干井的设置。4物流方案4.1管井结构该基坑底平面尺寸约为68000m2,管井布置在距地面2m的边坡二层平台上(东侧无平台,布置在边坡坡顶外1.0m处),管井井径600mm,井管采用内径300mm的无砂混凝土滤水管,滤料采用瓜子石,含水层部位滤管采用纱网包扎,接头处用管用塑料布包扎(管井结构见图1)。因相对隔水层第3层粉质粘土层底埋深平均12.84m(标高-8.93m),井管长度取管底至相对隔水层,二层平台上管井取12m,东侧坡顶外管井取14m。4.2含水层厚度的确定渗透系数:k=5×10-3cm/s=4.32m/d(粉砂层)降水深度:S=0.58-(-1.05)+1.5=3.13m含水层厚度:H=0.58-(-8.93)=9.51m拟定管井系统布置的基坑面积:A=75000m2基坑等效半径:降水井影响半径(基坑侧壁安全等级为三级):因白浪河边至基坑中心距离b约为150m,b>0.5R,管井底部至相对隔水层,基坑总涌水量按基坑远离边界时均质含水层潜水完整井基坑涌水量公式计算:4.3降水管井间距过滤器半径:rs=0.15m过滤器进水部分长度:l=0.70m(潜水泵进水口距管底1.00m,预计底部泥沙淤积管30cm)管量:管井降水系统总长度为1340m,井点管间距为:考虑基坑转角及预留道路口因素,现场确定管井间距不超过25m,最终布置降水管井共56个。如图2所示。4.5基坑降水水位基坑等效半径与与降水井影响半径之和:基坑中心点水位降深:比降水设计时预定的降深数值3.13m略低,实际降水水位至基坑底1.23m。考虑到1.23m的降深也可以基本满足基坑内的运输要求,并且,施工期间的实际地下水位比勘察报告给定的稳定水位略低,综合考虑实际情况、降水效果要求及成本等各方面因素,维持了以上初步方案的拟定参数。5管井降水对地基承载力的影响管井施工完成开始闭合降水,前期效果显现缓慢,很多人因此认为降水方案不合理。经过技术人员多次验算确定方案本身没有问题,排除在基坑内大量增加疏干井的建议,并对现场影响降水效果因素进行细致分析:5.1本基坑面积大,开挖时间长,基坑暴露时间长。前期的降雨等地表径流汇入基坑,使粉砂饱水。5.2水流冲刷带来的粘性颗粒在基坑底形成一层泥皮阻碍地表水下渗。5.3该区域在吹填前为盐池、虾池等,池底有密实的粘土挡水层,部分较深的位置未被挖除,也影响了基坑地表水的下渗。5.4部分区域在基底下有透镜体状分布的贝壳层,含水量异常丰富,贝壳层与粉砂层交接处粘性颗粒含量稍高,贝壳层内富含的地下水外渗困难。根据分析,决定管井降水正常进行,并对井内水位进行严格检查,确保管底无淤积,潜水泵工作正常,确保管井降水系统充分运转。同时对基坑内的地表明水汇集后集中抽排,局部基底下含水量异常的区域,沿区域中线挖明沟连通贝壳层促进地下水外渗,汇集后集中抽排。地表明水排除后,管井降水的效果迅速显现,一周后,基坑中心挖探坑观察地下水位已降至基坑底1.5m左右,在后续的基坑开挖及边坡支护、管桩施工中,基底降水效果良好,地下水位在基底1.5m以下,边坡坡脚无渗流,基坑内未设疏干井。6城市沿海地区管井降水系统6.1潍坊滨海经济开发区金融中心基坑降水工程是国内少见的超大型基坑降水工程,降水基坑面积68000m2。本工程采用管井降水方法,基坑内不设疏干井,解决了超大型基坑降水的难题,整个降水工程处于有效控制中,降水效果良好,社会经济效益显著,为类似工程提供了成功的经验。6.2沿海地区地层多为砂类土,地下水丰富,适合管井降水工艺。6.3沿海地区多为海陆交互相岩土层或人工吹填土层,分层明显,但层厚变化较大,相对隔水层经常局部有缺失,设置截水帷幕应慎重。6.4沿海地区岩土层变化较大,应根据实际地质情况选择合理的降水计算模型,并依据地层的具体情况选择有针对性的计算参数。6.5沿海地区地下水丰富,管井降水设计中应尽量减少基坑内疏干井的设置,避免给基础底板的防水造成隐患。6.6因沿海地区多淤泥,沉积或吹填过程中易形成阻水层,管井设计时应充分考虑阻水层上部滞水的处理,确保能顺利渗入管井,或采取辅助措施破坏阻水层助滞水下渗,或对阻水层上部滞水单独处理集中明排。不能简单的因为基坑表层水自渗缓慢否定管井降水效果。6.7管井施工应严格要求,管径、深度、洗井、滤料等均应符合规范要求,井管宜