地铁深基坑降排水施工技术_杨海庆

发布于:2021-10-04 23:53:09

地铁深基坑降排水施工技术
杨海庆 ( 中铁十四局集团有限公司隧道公司 , 成都 四川 610031)

摘要 : 结合成都地铁 1 号线文武路车站深基坑降 水施工实例 , 介绍受潜水与承压水作用条件下深 基坑降水的设计思路 、 方案优化 、 工艺要点与实施 效果 。 关键词 : 地铁车站 ; 深基坑 ; 降水 ; 施工 中图分类号 : U 216. 41 文献标识码 : B A b s t r a c t : B a s e do nd e e pb a s e m e n tp r e c i p i t a t i o n c o n s t r u c t i o n e x a m p l e s o f C h e n g d us u b w a y r o u t e 1o n We n w uR o a ds t a t i o n .w ei n t r o d u c e di t s d e s i g ni d e a s o f P r e c i p i t a t i o nd e e pb a s e m e n t , o p t i m i z a t i o np o i n t s o nP r o c e s sa n di t se f f e c t sC o n f i n e db yd i v i n ga n d w a t e r D e e pb a s e m e n t 。 K e y w o r d s :s u b w a y S t a t i o n ; d e e p b a s e m e n t ; p r e c i p i t a t i o n ; c o n s t r u c t i o n

表 1 岩土层特征分布情况 土层名称 < 1> 人工填筑土 Q
m l 4

层厚 ( m ) 0. 6— 2 1. 7 4. 5 2. 9 4. 5 4. 0 0. 8 8. 4 2. 0 10. 8

< 2— 1 > 软土 ( Q 4a l ) < 2— 2 > 粘土 ( Q 4a l ) < 2— 3 > 粉质黏土 ( Q 4a l ) < 2— 4 > 粉土 ( Q 4a l ) < 2— 5 > 粉 、细砂 ( Q 4a l ) < 2— 6 > 中 、粗砂 ( Q 4a l ) < 2— 7 > 卵石土 ( Q 4a l ) < 3— 5 > 中粗砂 ( Q 3f g l + a l ) < 3— 7 > 孵石 ( Q 3f g l + a l )

主要不良地质情况 如下 : ( 1) 开挖深度范围内 及 基坑以下土层含水量高 、渗透性强 , 内摩擦角小 , 含水 后具有低强度 、高灵敏度 , 自稳性差 , 基坑开挖时易产 生侧向变形而导致开挖面失 稳 。 ( 2) 粉土及粉 、细 砂 含水量较 高 , 强 度 较低 , 属中 等压 缩性 , 中 —高 灵 敏 度 。基坑开挖 时 , 在地下水 水头作用下 易产生涌 土 、 涌砂 、开挖面不稳现象 , 对施工不利 。 ( 3) 车站施工时 进行大面积的降水 , 易导致周围地面及道路出现地面 沉降 。 而 道 路 两侧 大 部 分为 高 层 建 筑 , 风 险 较 大 。 ( 4) 场 地 22m深度 范围 内分 布的 粉土 及粉 细砂 、中 砂 , 根据现场标准贯入 试验 , 按国家标准进行液化 判 别为液化土层 。

1 工程概况
成都地铁 1 号线文武路 车站位于成 都市人 民中 路二段与三段之间 , 呈南北走向 , 总长 446. 7m 。 车站 结构形式为上下两层 的单柱双层 双跨矩形钢混 框架 结构 。车站所在的人民中路两侧均为临街建筑 , 楼房 密集 , 大部分侵 占道路红线 , 且 以大型建筑 为主 。 车 站中部文武路口 ( 文 武路与人民路交汇处 ) 南北两侧 各 15m 采用盖挖顺作法施工 , 其余均为明 挖法施工 。 明挖法施工部分设计为 “人工挖孔桩 + 钢管 内支撑 ” 作为支撑体系 。 人工 挖孔桩和基 坑内施工时同 步进 行降水 。 挖孔桩除 在车 站两 端盾 构井 端头 采 用 1500m m 直径外 , 其余 桩径全部为 1200m m , 设 计桩长为 21m , 桩中心间距 2. 0m 。 基坑*面呈长方形 , 长 446. 7m ,宽 18. 5m , 中间被东西向江汉路和文武路隔开 ( 考虑成都 市内东西向 交 通 ) , 总面 积 约 7200 m , 挖 深* 均 为 16. 5m 。 所以必须 采取有 效措 施 , 使地 下水位 降低 至 22m 以下 , 才能保证施工安全 。 各岩土层特征见表 1。                        
2

2 降水方案设计
2. 1 降水方法的拟定
在充分研究地质资料 、认真分析其他工程降水试 验失败原因的基础上 , 结合现场施工条件 , 并将电渗 、 喷射 、轻型和管井等几种降水方式的效益分析合理性 进行对比 , 同时考虑到降水方式对挖孔桩和基坑开挖 的影响程度 , 决定采用大口径管井工法进行降水 。 因 为一是大口径管井工法适用范围广 , 不仅适用于渗透 性强的各类砂性土 , 而 且也适用于淤泥质粘性土 ; 二 是适用降深范围大 , 一般为 8— 50m 。 基本思路是将承压水降至开挖面以下 , 同时疏干

收稿日期 : 2007— 02— 21

作者简介 : 杨海庆 ( 1971— ) , 男 , 山东临邑人 , 工程师 。

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杨海庆 : 地铁深基坑降排水施工技术 潜水含水层 。 降水需达到的目的 和要求 : ( 1) 疏 干基 坑开挖范围内土层中 的地下水及 确保在基坑开 挖时 地下水位控制在开挖面以下 2— 3m , 满足基坑无水开 挖施工的要求 。 ( 2) 通过降水提高整个土壤层的土体 强度 , 以提高 土体水*抗力 , 减少基坑位移 和周围地 基沉降 , 便于机械施工 。 ( 3) 降低承压水头高度 , 确保 基坑稳定开挖和结构施作 。 保证文武路和 江汉路东西 向的正常通 车和施工工期 不受影响 , 同时尽可能为主体结构施工完成后附属风 道和出入口基坑开挖创造便利条件 , 布井时过风道和 出入口处以及两端头盾构井处降水井距加密加深 。

3 降水方案设计计算
3. 1 基坑水力计算
由于此段基坑极大部分处于卵石土层 , 地下水丰 富 , 水位较高 , 特别是上更新统 ( Q 砂卵石具有较强 3 ) 的渗透性 。其水文地质模型如图 1 所示 , 其降水主要 受潜水与承压水作用 , 经分析其潜水影响不大 , 故降 水施工主要以承压水为含水层 , 而水量受大气降水及 地表水补给为主 。

2. 2  井点布置形式
此工程基坑*面为长方形 , 南北长 446. 7m, 东西 宽 18. 5m, 可采用两侧 *行布 置 ; 根据降 水层主 要为 基坑底部的承压含水层且降水较大的特点 , 宜采用基 坑外部降水 。 优点是对以后各工序的施工影响小 , 结 构完成后不用考虑封井问题 。 实际管井布置时 , 为了

图 1 水文地质模型

3. 1. 1 基坑总涌水量 Q 总 L K ( 2HS ) S 1. 366K ( 2HS ) S Q + 总 = R B l g R-L g 2 R= 2S H K= 774. 9m 式中 : Q m /d ) ; K —渗 透系 数 , 总 —基 坑涌 水量 ( 取 K= 20m/d ; S — 设计水位降 深 ( m) , 水位埋深 *均 按 4. 0m 考虑 , 降水深 22. 0m , S= 22 4= 18m ; H —潜 水含 水 层 厚度 ( m) , H取* 均 值 24; R — 影响 半 径 ( m ) ; L —基 坑 长 度 ( m) , L=446. 7; B —基 坑 宽 度 ( m ) , B=18. 5。 经计算 Q 13897. 5m /d 总 = 3. 1. 2 单井涌水量 Q 单 Q 120πr l K 单 =
1 /3 3 3

井点数量根据 基坑总涌水 量与单井涌 水量进 行 试算确定 。根 据基坑总涌 水量与单井 涌水量确定 初 步布井数 n 为: n= ( Q 1= 32 总 /Q 单 )+ 3. 1. 4 降水井布置 ( 1) 布井原则 本场地采 用封闭式管 井降水形 式布井 。 所有 井 位均沿开挖基坑外缘的围护桩外 1. 5m 左右布置 。 见 图 2井点布置*面 图 。 施 工时应先确定 地下管线 及 建筑物基础的位置 , 对降水井井位作适当调整 。 ( 2) 井距计算 经计算 , 井距 = 2L /n = 27. 9m ≈28m> 18. 5m ( 3) 井管渗透速度及井深确定 最大允 许渗透速 度 : V 60K =162m/d ; 最小 C = 滤水井管长 : C=q /2πr V 3m ; 井点深 度确定 : A= C = 地下水位 + 降深值 ( 滤水管长度 )+ 沉砂管长度 + 1= 25m。
1 /3

式中 : r — 过滤器半径 , 取 r = 0. 15m ; l — 过滤器有 效长度 , 取 l = 3. 0m ; K — 渗透系数 , K= 20m/d ; 经计算 Q 460. 25m /d 单 = 3. 1. 3 管井数量 n
3

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山东交通科技                                     2007 年第 2 期

图 2 井点布置*面图

( 4) 井管结构 井管为砼管 , 外径 360m m , 内径 300m m , 上部 15m 为实管 , 中部 7m 为条孔缠丝管 , 下部 3m为沉砂管 。

降量为主 , 所以可采用以下简易方法估算降水所造成 的沉降值 : S= ■P · ■H/E 12 ■P= 0. 5■H γ w /2 根据地勘资料 , E 19— 24M P a , 降水深度 ■H 12 = = 10m 。 则 ■P= 0. 5■H γ 2= 25k P a w/ S= ■P · ■H/E 0. 01— 0. 013m 12 = 即沉降量约 1— 1. 3c m , 该方 案已考 虑施 工周围 有邻*建筑物 , 故选用小排量深井水泵 ( 功率 2. 2k W, 扬程大于 30m , 流量 20m /h ) , 不会对周边建筑产生影 响 。设计参数见表 2所示 。
3

3. 2  基坑周围沉降控制及设计参数
由于井点埋设完成开始抽水时 , 井内水位开始下 降 , 周围含水层的水不断流向滤管 , 经过一段时间 , 在 井点周围形成漏斗状的弯曲 水面 , 即所谓的 “降 水漏 斗 ” 。 这个漏斗状水面需几天至 几周才能稳 定 , 漏斗 范围内地下水位下降以后 , 必然造成地面固结沉降 。 降水期间 , 降水面至原地下水位面之间的土层因 排水固结 , 会在所增加的自重应力条件下产生较大沉 降 。 因此通常降水引 起的地面沉 降即以这一部 分沉

表 2 车站降水设计参数 位置 车站主体 井径 ( m m ) 500 管径 ( m m ) 360 /30 井管类型 无砂水泥管
3

基坑深度 ( m ) 17

挖孔桩深度 ( m ) 21

井深 ( m ) 25

井间距 ( m ) 28

滤料 ( m m ) 3— 7

井数 ( 眼) 32

 注 : ①管径为 : 外径 / 壁厚 ; ②管井内安装 15m /h 潜水泵 。

4 管井施工技术要点
( 1) 成孔后 , 替浆是控制单井涌水量 的关键 。 替 浆后泥浆比 重控制在 1. 03— 1. 05。 防止泥浆过 浓影 响出水 , 也须防止泥浆过稀造成塌孔事故 。 ( 2) 在下管前探测孔深 , 当与井管长度不符时 , 要 重新成孔 。 成孔后立即安装井管 , 防止暴露时间过长 出现塌孔 , 管节 逐节深入 , 使接 头对正 。 下管时 轻提 慢放 , 并使井管居中 ; 当上部孔壁缩径或孔底淤塞 , 应 向孔内注水 , 缓慢放入 , 禁止上下提拉和强行冲击 。 ( 3) 管井下放完成后 , 及时向孔内投 入滤料 。 滤

料为 4— 6m m 干净 砂砾 , 滤 料要一次 连续完 成 , 要 避 免填料速度过快或不均 造成滤管偏移 及滤料在孔 内 架桥现象 。洗井后滤料下沉及时补充滤料 , 要求实际 填料量不小于 95%理论计算量 。 滤料从井底填到 井 口下 1. 5m左右 , 上部采用不含砂石的黏土封口 。 ( 4) 洗井采用活 塞 — 水泵相结 合的方法 , 间隔 反 复进行 , 直到满足洗井前 后两次涌 水量差值 <10%, 水中含砂 量 <1 /20000 的 要求 。 出 现井 内涌 砂现 象 时 , 立即报废此井 。每井洗井完毕 , 及时作抽水试验 。 ( 下转第 40 页 )

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张  涛 , 安建国 : 大碎石沥青混合料抗车辙能力的应用研究 有很好的推广价值 。 经过三年的通车运行 特别是*几 年的连续 高温 天 气 考 验 , 采 用 上 面 层 4c m S M A -16, 下 面 层 10c m L S A M铺筑的路面没有出现车辙现 象 , 效果十分 明显 。
参考文献 : [ 1]  王富玉 , 刘元烈 , 任立锋 . 大粒径沥青混合料的路用性 能研究 [ J ]. 公路 , 2003, ( 2) . [ 2]  刘中林 . 大碎石沥青混合料 L A S M骨架密实型综合设 计法 [ J ]. 公路 , 2003, ( 3) .

( 上接第 33 页 ) 通过观察本井及钻成井的水位降深及本井的水量 , 了 解降水效果 。 ( 5) 降水尽 量用 市电 , 并 配备柴 油发 电机 , 保 证 24h 不间断抽水 。 工地配备备用水泵 , 以便 及时更换 有故障的设备 。 到桩孔底部 , 基本没有影响到桩孔开挖 。 ( 2) 地下水位 及基坑开挖情况 。 工程施工期 间 , 虽遇数次大雨 , 但检测 水位变幅较小 , 均控制在基底 以下 , 未对施工及基坑造成任何影响 。

6 结语
降水施工在深基坑明挖施工中占据主导地位 , 它 控制着施工进度 与基础工程的 安全 。 合理的设计和 一流的成井质量 是降水成功的 关键 。 通过大井法计 算承压水作用下基坑涌水量是可行的 , 能准确地确定 井深 、井数和井距布置 。 合理的设计思路和布井模式 又是降水成本控制的重要环节 。

5 降水效果
( 1) 地下水位及桩孔开挖情况 。 自 2007年 1月 6 日挖孔桩实施开挖及至 4 月 6 日 440 根灌注桩完成 , 桩孔内基本没有遇到地下水 。有少数桩遇水后 2— 3d 降不下去 , 马 上检查临*降水井水位和 抽水泵 , 将抽 水泵位置降低或更换稍大功率水泵 , 地下水位很快降

( 上接第 36 页 ) 时也是不现实的 。 通过工程实践证明 , 经过合理的施 工配比 、精心 组织施工 , 低塑性指数土作为 石灰稳定 材料 , 也完全可以达到设计要求 。
参考文献 : [ 1]  孙大权 . 公路工程施工方法与实例 [ M] . 北京 : 人民交 通出版社 , 2003. [ 2]  王玉 , 任锦雄 . 公路工 程质量通 病防治 指南 [ M] . 北 京: 人民交通出版社 , 2002. [ 3]  J T GB 01— 2003, 公路工程技术标准 [ S ]. [ 4]  J T J034— 2000, 公路路面基层施工技术规范 [ S ].

( 上接第 37 页 ) 的两组起吊滑车组栓牢钢管拱肋上的两个吊点 , 在钢 管拱肋两管脚各用一台 10t 倒链带牢拱 肋 , 边起吊边 松倒链 , 进行拱肋的竖向转体 , 至拱肋转体 90 后 , 即 可放开倒链 。 完成了拱肋转体和上船工作 。
0

向偏差至设计误差后 , 在临时塔架顶进行焊接 , 即完成 中跨拱肋安装 。 中跨上下游拱肋可采用同一浮运起吊 船 , 按先上游侧后下游侧的顺序完成安装 。

4 结语
钢管拱桥拱肋 采用浮运架 设施工技术 具有以 下 优点 : ( 1) 浮运起吊船的 拼组可与墩台施工和拱肋 焊 接同步施工 , 缩短了工期 ; ( 2) 在栈桥上*卧静态进行 钢管拱肋施焊 , 保证了焊接质量和轴线精度 ; ( 3) 一次 拼组浮运起吊船可重复使用 ; ( 4) 钢管拱肋架设施 工 基本不影响河道通航 ; ( 5) 造 价省 。 怀 远涡河三桥 主 跨两片 93. 98m钢管拱肋采用 该技术施工 , 克服了 吊 高达 35m , 河道通航要 求高和工 期紧等困 难 , 顺利 完 成了施工任务 。

3. 2  浮运起吊船浮运拱肋进入桥位
在浮运起吊船四角设 4 台电动锚机 , 并连接水中 的 4 组 300k g 的大抓力锚 , 形成浮运起吊船前后 “八 ” 字缆状态 , 通过前后电动锚机的操控将已起吊钢管拱 肋的浮运起吊船移至中跨位置并进入桥位 。

3. 3  提升钢管拱肋至高程进行安装
浮运起吊船将钢管拱肋浮运至吊装位置后 , 起动 2 台起吊滑车组的电动卷扬机将拱肋徐徐提升 , 提升至设 计高程后 , 先将 6 墩侧拱肋插入 6 墩顶预留孔中 , 然后 在已搭设的临时塔架顶与 2 段进行对接 , 调整纵向 、横
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