复杂地质条件下的深基坑降水技术

Engineering Design of the Ground复杂地质条件下的深基坑降水技术The Technology of Precipitation of the Deep Base Pit on the Complex Geological Condition唐兴全（泛华建设集团（沪）上海 200092）TANG Xing-quan(Pan-China Group,Shanghai 200092,China)【摘 要】浅层地表水和邻近河流补给、接近坑底的高渗透砂性土层内丰富的微承压水以及坑底下方的承压水，给深 基坑工程施工期间的降水工作带来了不小的困难。苏州太阳广场项目针对此复杂的地质情况，采用上部深井疏干、下 部轻型井点、坑外深井减压的组合降水方式，取得了较好效果，为同类型地质条件下的深基坑降水积累了经验。【Abstract】There are lots of difficulties to therainfall during the deep foundation pit engineering construction period because of superficialsurface water and neighboring rivers supplies, the abundant micro confined water in hypertonicity soil layer and the confined water nearby thebottom of the pit We apply the pattern, which combine the upper sewer drainage with the lower light well point in the Sun plaza of Suzhou. Theintegrated precipitation way have a good effect and accumulate the experience in the same type of the precipitation of the deep base pit .【关键词】商业中心；微承压水；承压水；清水钻进【Key words】the center of business ; the micro confined water; the confined water ;the drilling of water【中图分类号】TU46+3【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2012）06-0139-05根据现场地质勘察探孔揭露，拟建场地属第四纪滨湖冲1工程概况苏州太阳广场位于苏州市石路商业中心，南临石路步行积平原，属中更新世至全新世沉积物，主要由黏性土、粉性土及砂土组成，具水平层理。场地内地表至 13.0m 以浅为杂填 土、黏土及粉质黏土；埋深 13.0m17.0m 之间为-1 层粉土 及-2 层粉砂夹粉土，-2 层为微承压水层；埋深 17.0m32.0m 之间为砂质粉土、黏土、粉质黏土；埋深 32.0m38.0m 之间为地质层粉砂夹粉土，层厚 0m7.00m，场地南部及西 北角局部缺失，本层为承压含水层。基底位于地面下 17m，为2 地质层与-1 地质层交界 处。2. 2 水文地质场区内浅部地下水为潜水和微承压水，潜水赋存于上部 素填土层中，微承压水赋存于1 粉土和2 粉砂夹粉土层中。潜水稳定水位埋深 2.50m 左右，微承压水稳定水头埋深街，西邻邮局办公楼、五洲饭店，北临上塘街，东邻淮阳河。该项目由主楼、裙房及周边外扩地下室组成，为集大型机械式停 车库、商场及酒店、办公于一体的综合性商务楼。占地面积为7 215m2，主楼地上 16 层，高 73.90m，裙房 5 层，高 27.85m，地 下为 3 层。基坑总开挖面积 7 450m2，土方开挖深度 16.60m，塔楼电梯井局部开挖深度 19.60m。2工程地质条件2. 1 地质条件【作者简介】唐兴全（1973 ），男，四川南充人，硕士研究生，从事土木工程研究，（电子信箱）txqtm s 。139、。，图 1 基坑开挖剖面图Construction Design For Project2.60m 左右。潜水补给主要是大气降水及地表迳流，微承压水补给源主要为大气降水、地表水以及上部潜水。除此之外，影 响本基坑开挖的水源还有地面下埋深 32m 的第一承压含水层- 第层粉砂夹粉土层为。在漫长的地质年代中，微承压水、 承压水水头均与地表潜水水头相近，埋深在 2.60m 以浅。拟建 场地内地下水丰富，土体含水率最高达到了 35.6%。2. 3 周边环境本工程基坑东侧紧邻淮阳河，河岸边距基坑边 8m13m不等，河床底深约 4.50m，河水深约 1.80m，最高水位时水深约环境保护等级为一级。3 土方开挖方案本基坑土方分四层开挖（见图 1）：第一层土方开挖深度1.80m，施工第一道钢筋混凝土支撑及栈桥；第二层土方开挖深度 5.80m，施工第二道钢筋混凝土支撑；第三层土方开挖深 度 5.30m，施工第三道钢筋混凝土支撑；第四层土方开挖深度3.80m（塔楼电梯井等挖深 6.80m），施工垫层及基础底板。4 降水方案4. 1 疏干降水方案本工程地下水丰富，地质结构复杂，基坑土方开挖降水采3.00m；南侧紧邻石路步行街，下面有 DN400mm给水管、距坑边 14.90m，另有电信、供电等浅层线缆；西侧紧邻的建筑物有 五洲饭店和邮局，据可查资料显示，五洲饭店为 7 层框架建用深井降水和轻型井点组合降水方式。开挖面下 13m 以浅采用深井进行土体疏干（见图 2）；13m 以下到基底的 4m 深度范 围内土体含水特别丰富，再有坑底第地质层为微透水粉土 层，若采用疏干深井依靠重力降排水方法，无论疏干井的深度 有多深，土体内水分都只能从第地质层表面或上方流入深井内，在小落差的情况下降水效果非常差，无法在短期内达到筑，有一层地下室，基础结构不详；邮局办公楼为 3 层建筑，桩承台基础，桩长 17m；北侧为上塘街，有距坑边 5.50m、埋深约1.99m 的 DN800mm 雨水管，距坑边 8.80m、埋深约为 3.30m的 DN400mm 污水管和距坑边 6 m 11.90m、埋深约 0 m 1.00m 的 DN300mm中压燃气管。2. 4 基坑支护及止水帷幕体系本工程基坑支护方式为钻孔灌注桩围护加钢筋混凝土水疏干土体水分的目的，故采用轻型井点，依靠高密度布管、真空负压强制吸水的方式进行降排水。4. 2 疏干井设置4.2.1 方案设置分析平支撑体系。 围护桩桩径 950mm、 间距 1 150mm、 深度29.80m，基坑自上而下设三道钢筋混凝土支撑。止水体系为三 轴水泥 搅 拌 桩 止 水帷幕，止水三轴搅拌桩 桩 径 850 mm（单桩）、间距 1 200mm深度 25.40m，采用全 断面套打方式搭接止水帷 幕 与 围 护 钻孔桩之间 200mm 间 隙采用 压 密 注 浆 填充。基坑底临边集水坑及坑 内 电 梯 井 等局部超 挖 深 部 位 采用 800 mm600 mm的高压 旋 喷 桩 进 行地基加固。本工程基坑安全等级为一级140图 2 13m 以浅疏干井设置平面图Engineering Design of the Ground1、2 粉土、粉砂层平均孔隙比 e 为 0.869，孔隙率 n由于基底为微透水粉质黏土层，基底上部 3m4.0m 厚度范围内土体含水量丰富，而管井依靠重力无法在短期内将e为：n=0.465，基坑开挖面积为 7350m2，粉土、粉砂层平1+e均厚度为 7.0m，在不考虑附着水、薄膜水情况下，基坑内粉土、粉砂含水层中重力水 的 静 储 量 为 ：Q=7350 7.0 0.465=23924.3m3，若布置井 14 口完整井，井距约 20m，每口井土体疏干，故本基坑底部第三道支撑底面以下至基坑底部疏干排水采用 7 组轻型井点降水。轻型井点降水内容：1）2 含水层层间及层底部水（基坑四周止水帷幕已将本 层土体穿透，切断四周来水水源，无补给）；2）止水帷幕渗漏水；3）大气降水。轻型井点降水共布置 7 组，采用特殊分散联接方式布置 井点，从第三层支撑梁底施工，井点有效深度 4m6.0m，滤水 器长 0.4m0.5m。第四层土方开挖按由南向北的顺序施工（见图 3）：先安装 1 号、2 号 3 号真空泵组降水，4 号真空泵截 断北部来水，由 1 号5 号观测井观测水位降深情况，当水位 达到坑底，拆除 1 号、2 号、3 号真空泵组后，可进行南部土方 开挖及底板施工；接着布置 5 号、6 号真空泵组，4 号、5 号真空 泵组降水，6 号真空泵截断北部来水，由 6 号9 号观测井观 测水位降深情况，当水位达到坑底，拆除 4 号、5 号真空泵组 后，可进行中部土方开挖及底板施工；最后布置 7 号真空泵，6 号、7 号真空泵组对基坑北部余下部位进行降水，待水位降至 要求时，可进行北部土方开挖及底板施工。在帷幕渗漏处可适当增加井点管，若止水帷幕渗漏水量较大，必要时可在渗漏处控制面积为 525m2，降水 60d，平均每口井每天出水量为：28.26m3。但实际上微承压含水层在水头降至含水层隔水顶板以前井中所抽出水为弹性释放的水，其量应由水文地质参数中弹性释水系数 S 计算，当水头降低至含水层顶板以下时，其量应 由水文地质参数中给水度 u 计算。同时考虑基坑边为隔水边 界的半无限空间，给水度给水的滞后效应，以及随着水头的降 低井中过水断面减小、水力梯度变缓，井中出水量会越来越 小，短期内无法做到基底疏干。因此造成基坑底部尚有 3m4m 的水头，而降水管井确很难抽出水的现象。4.2.2 管井设置依据上面的计算分析，本基坑第三道支撑底面以上土体降水采用 14 口管井，共布置三排，其中井距为 20m，排距为21m，井深为 20m。钻井直径为 350mm400mm，井管直径为250mm，降水井的布置让开支撑梁、桩位及土方开挖道路。由 于布井数量较少土方开挖时一定要保护好此降水管井。4. 3 轻型井点设置增加真空泵组。141图 3 第四层土方开挖轻型井点设置平面图图 4 第含水层减压井布置图Construction Design For Project4. 4 降压井设置本基坑大面积开挖深度 16.60m，最大开挖深度 19.60m。 第地质层为粉砂夹粉土承压含水层，垂直距离较近，水头压 力大，当基坑开挖至底板后易产生（顶托越流补给）冒水现象5. 1 深井成井、运行1）深井包括疏干降水井和减压降水井，其工艺流程为：井 点测量定位挖井口挖泥浆循环池钻机就位钻孔清 孔放井管回填井管与孔壁间的粗砂过滤层洗井井管 内下设水泵、安装抽水控制电路试抽（降水井正常工作） 降水。2）深井成孔钻进过程中采用小孔径清水钻进工艺，利用 钻孔形成的自造薄泥浆进行循环而不单独制备泥浆。整个钻 进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进 （始终处于减压钻进），避 免钻具产生一次弯曲，每钻进一根钻杆重复扫孔一次，并清理 孔内泥块后再接新钻杆。此方法的特点是成井孔径较小，在很 大程度上克服了井壁塌孔，其优点在于洗井容易且不因孔壁 泥浆闭孔而阻止土体内地下水向井内渗流速度。其有别于传 统的大孔径泥浆护壁成井工艺因井壁护壁泥皮阻止土体内地 下水向井内的渗流速度，虽然井内可以蓄积水，但因水源补给 缓慢而降水效果不明显。终孔后用大量清水进行清孔，清孔时间一般不少于30min 左右，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量12%后提钻。井管安放完成后，用粗砂进行井壁回填，形成有 效滤水层。3）下井管及滤料回填结束后，立即进行洗井、下泵试抽水。 抽水过程中要加强观测，一是看看是否出的清水，二是避而难以处理。为防止基坑底部产生渗流突涌、减少土方开挖卸荷后隆起，对第地质含水层进行减压降水（见图 4），以降低 水头压力，沿第含水砂层分布区在基坑外侧布置 7 口减压 降水井，井深 40.0m，钻井直径为 350mm400mm，井管直径 为 250mm，水位降低 9.0m。降水量的减少或停止时间应满足 设计抗涌、抗浮要求。基坑降水井结构与地下室支护结构、地层之间的关系如图 5 所示。5现场实施142Engineering Design of the Ground免过量降水。4）疏干井管内设功率为 3kW、扬程 40m 的潜水泵，出水 管为 De40 尼龙管；减压井管内设功率为 5kW、扬程 60m 的潜 水泵，出水管为 De32 尼龙管。5）土方开挖过程中做好井管保护，防止挖机损坏和挖斗 塌泥堵井。6）本工程疏干降水井的使命只负责降排第三道支撑面以上地下水，于第四层土方开挖时拔除，不存在后期井管与基础2） 井点管采用高压冲水枪冲孔，水压控制在 0.4MPa0.8MPa，冲孔至第层土时，应适当增加水压并延长冲孔时 间。冲击孔的成孔直应达到 300mm350mm，保证孔壁与井 点管之间有一定间隙，以便于填充砂石。井点管进入层500mm 以上，冲孔深度应比滤管设计安装深度深 500mm 以上，以防止冲击套管提升拔出时部分土塌落，并使滤管底部存有足够的砂石。3）井孔冲击成型后，在井点管与孔壁之间填灌粗砂滤层，底板的止水、封堵处理；减压降水设置在坑外，消除了井管对地下结构的影响，也不存在后期封井。5. 2 轻型井点施工、降水1）土方开挖至第三道支撑底，疏干井使命结束，下部降水井点管应放置在井孔的中间，粗砂滤层的最小厚度应在60mm100mm 之间，以提高透水性，并防止土粒渗入滤管堵塞滤管的网眼。填砂厚度要均匀，速度要快，填砂中途不得中 断，以防孔壁塌土。砂层滤的填充高度至少要超过井点滤管顶 以上 1mm2.0m，一般除井口面下 0 . 50m 左右用黏土回填 密封以外的全断面均应用粗砂回填，以保证土层水流上下工作由轻型井点接替。轻型井点施工流程为：井点测量定位冲孔管路配备放井点管回填井点管与孔壁间的粗砂过 滤层管路、设备联接、安装抽水控制电路洗井试抽（泵 组降水）降水。畅通。（下转第 146 页）143Construction Design For Project为直线段，中间接一弯段，弯段半径 20m，转角 36.6 ，长12.76m；其后仍为直线段，长 18.24m，隧洞内径采用 1.5m，衬 砌厚 0.3m。为保证衬砌与岩石密切结合，在衬砌顶部（120范 围内）进行回填灌浆，为增加岩石整体性，对隧洞进行固结灌 浆。新建右输水隧洞位于大坝右坝肩，隧洞全长 92m，进口底计、施工及管理探索出了路子，积累了经验。主体工程中左右输水隧洞加固、大坝混凝土防渗墙、帷幕灌浆、大坝上游预制 混凝土护坡、溢洪道边墙、底板等均已完工。建议管理单位应 严格管理，加强监测和检查，尤其是加强对大坝渗流的观测， 利用安全监测的成果资料，进一步分析防渗加固效果，确保工 程发挥最大效益。【参考文献】【1】张李荪，周放平，陶柏强.万安水电站库区赣州市旧城区防护工程 设计J.中国农村水利水电，2006（12）：110-111.板高程 46.0m，出口底板高程 45.8m，新建西隧洞前段 10.88m，为直线段，中间接一弯段，转弯半径 20m，转角 59.4，长20.74m；其后为直线段，长 60.38m，隧洞内径采用 1.5m，衬砌【2】张李荪，徐俊.峡江水库移民信息系统设计与实现J.人民长江，2010（21）：92-95.厚 0.3m。为保证衬砌与岩石密切结合，在衬砌顶部（120范围内）进行回填灌浆，为增加岩石整体性，对隧洞进行固结灌浆。【3】张李荪.水东防护区库岸失稳分析与防护措施J.江西水利科技，2001(S2):49-51.5 结论幸福水库是一座以灌溉为主、兼有防洪、养殖等综合效益的中型水库。工程项目从设计到施工整个工程建设过程，参建 各方能够紧密协作，加强沟通，共同努力，及时解决工程中遇【4】张李荪.工程图纸扫描输入及矢量化在水利工程设计中的应用J.江西水利科技，1997（3）：155-157.到的实际问题，确保工程的顺利开展，并为下一步工程的设【收稿日期】2012-01-12（上接第143）对于工程成本而言，若单一采取深井疏干降水的话，按每4）井点管安装完成后用压缩空气进行洗井，要求洗井到水清砂尽为止，确保洗井质