分層降水在大徑超高層基坑施工中的應(yīng)用

分層降水在大徑超高層基坑施工中的應(yīng)用

0降水、泥石流質(zhì)粘土隨著城市高層建筑的發(fā)展，大型深水井的施工技術(shù)也越來越成熟。對于長寬度很大、降水深度不同的面狀基坑,為確?；又行乃唤瞪钪禎M足設(shè)計要求或為加快降水速度,通常使用坑內(nèi)井點降水。透水性極弱的粘土、淤泥質(zhì)粘土,由于其滲透能力的不足,有效的降水手段常采用輕型井點、電滲井降水等。但對于此類土質(zhì)的大面積深基坑,采用上述方法降水,不僅施工設(shè)施和工藝較為復(fù)雜,而且疏干土體水分需要較長的時間,從而直接影響基坑施工的進度,同時開挖中暴露時間增長也帶來安全隱患。因而對于弱透水粘性土土層較厚,工期較緊的基坑施工,如何快速疏干坑內(nèi)土體對基坑開挖顯得尤其重要。如果降水不成功,不僅給挖土及基礎(chǔ)施工帶來困難,還會使基坑坑底產(chǎn)生“突涌”,土體引起坍塌,基坑開挖根本沒有辦法實施,甚至對周邊環(huán)境的安全產(chǎn)生嚴(yán)重危害。本文通過對越洋國際廣場工程大徑深井疏干降水施工實例,闡述分層降水在施工中的作用。1越洋國際廣場止水帳幕越洋國際廣場工程位于上海市南京西路,靜安公園旁邊。工程北側(cè)緊鄰運行中的地鐵2號線靜安寺地鐵車站,東側(cè)臨近待建的地鐵M7線地鐵車站。本工程是集商、辦、住為一體的大型綜合項目,基地面積約21308m2,建筑面積約20萬m2。主體分為三部分:北側(cè)商場,中部超高層辦公樓以及南側(cè)酒店式公寓樓。其中地上部分商場六層,總高度32.5m;辦公樓43層,總高度188.9m;公寓樓24層,總高度97.2m。在這寸土寸金的黃金地段,又是地下管線密集復(fù)雜的環(huán)境條件,其基坑施工本身和周圍環(huán)境安全顯得尤其重要。為防范井管和附近儲水體穿通而產(chǎn)生周圍沉降現(xiàn)象,首先要求設(shè)置有效的止水帳幕,盡量不在坑外降水。越洋國際廣場的基坑呈的手槍狀多邊形,見圖一。為確保順利施工,由順作法施工Ⅰ區(qū)和逆作法施工Ⅱ區(qū)(現(xiàn)尚未施工)兩部分構(gòu)成?；觾?nèi)凈南北向最長為215.8m,東西向最寬為134.3m,挖深17.85m、電梯井為22.90m(本工程設(shè)計±0.000標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高為+3.760m,自然地坪標(biāo)高為+3.06m);先進行施工的I區(qū)基坑內(nèi)凈面積為11293m2,土方量約18.76萬m3。止水圍護采用地下連續(xù)墻形式,深約30m,厚度為800mm(局部1000mm)。其支護體系采用鋼筋混凝土支撐體系,坑內(nèi)共設(shè)三道鋼筋混凝土支撐,主要采用混凝土對撐和角撐形式。在電梯井挖深部位另設(shè)一道鋼支撐。2疏干降水的目深井降水即用真空聚水,深井潛水泵抽水達到基坑降水和土體排水固結(jié)的目的。在坑內(nèi)側(cè)及坑中施打真空深井進行坑內(nèi)降水,以及在基坑外側(cè)施打減壓井,以增強基坑內(nèi)被動土壓力,減少土體的位移,為挖土創(chuàng)造有利條件。通過疏干降水要求達到以下目的:(1)通過排水固結(jié)基坑內(nèi)和坑底下的土體,提高坑內(nèi)土體強度,從而減少坑底隆起和圍護結(jié)構(gòu)的變形量。但土體具有一定的蠕變特性,因此要求降水的過程中加強地連墻的測斜等。(2)疏干坑內(nèi)地下水,有利基坑在分層、分段開挖過程中邊坡穩(wěn)定,同時方便挖掘機和工人在坑內(nèi)挖土及基礎(chǔ)施工作業(yè)。(3)坑內(nèi)降水的同時,要求坑外原有的地下水位基本維持不變。嚴(yán)格監(jiān)測、控制地連墻外地下水位的下降,確保周圍環(huán)境的安全。3土層地下水特性本場地地貌類型屬濱海平原,場地地勢較平坦,地下水豐富,地面標(biāo)高一般為-0.7m(相對標(biāo)高),根據(jù)上海市巖土工程勘察設(shè)計研究院提供的詳勘報告,場地的工程地質(zhì)條件及土層分布情況如表1,根據(jù)土層水文地質(zhì)特性,本場地開挖范圍內(nèi)的地下水類為潛水,潛水主要賦存于(2)、(3)、(4)及(5)1-1、1-2層土中,含水量高,土體強度低。滲透系數(shù)范圍在10-6～10-8cm/sec,透水性極弱,其補給來源主要為大氣降水,排泄方式主要為蒸發(fā),潛水與地表水體也有較強的水力聯(lián)系?？碧狡陂g實測場地淺部地下水見水位埋深為0.90m～1.50m(上海市年平均地下水位離地表面約0.50m～0.70m)。從資料中可知,出現(xiàn)流砂、管涌、突涌的可能性小,但由于土層含水大,滲透性弱,基坑面積大,降水施工期短,給降水施工帶來一定的困難。開挖批次,分層疏干挖運土體的方法。4降水方案及井管布置由于基坑開挖面積大,土體含水豐富,地下水位高,周邊環(huán)境復(fù)雜,采用坑內(nèi)深井降水方案原則上在達到降水目的的情況下,盡量減少抽水量,減少降水對周圍管線與建筑物的影響,同時也節(jié)約降水費用。粘性土、粉質(zhì)粘土常采用輕型井點降水、電滲井降水等方法,但對于大面積基坑進行快速降水施工,效果也不是很理想。根據(jù)本工程場地地下水位較高,含水豐富,賦水層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等資料和基坑開挖及基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工的情況分析,擬采用結(jié)合土方具體降水方案,按基坑分層開挖的要求,緊跟實施分層降水。即在每層開挖前能及時做到圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)基坑土體的地下水位降低至該層開挖面以下0.5m～1.0m。降水井?dāng)M用孔徑為500鉆孔,一徑到底,按開挖層分段布置濾水管。用2S-185真空泵和QDX3-50-1.1潛水泵抽水。井管直徑250(內(nèi)徑),長度3m～5m一節(jié),均采用焊接鋼管。由于本工程基坑開挖深度較深,為避免井管暴露過長,確保井管的安全,井管采用法蘭盤聯(lián)接,根據(jù)開挖深度及時卸除曝露在外面的井管。為確保真空抽水的有效運行,露出外面的濾水管及時卸除后,采用粘土在井管外圍埋填實,以確保真空度。4.1基坑及地面調(diào)查研究大家熟知,粘性土的滲透能力與周圍環(huán)境因素密切相關(guān)。為使設(shè)計方案趨于完善,在土工試驗的基礎(chǔ)上現(xiàn)場必須進行單井及群井模擬抽水試驗,以求透水系數(shù)K值。根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值,設(shè)汁所需的滲透系數(shù)K=1.10m/d場地區(qū)域在深度近30m的粘性土含水層中,巖土性質(zhì)較為均勻,厚度雖有變化,但從較大范圍看仍屬均一,基坑邊部向外延伸5倍影響半徑,仍未出現(xiàn)明顯的阻隔和地表水等邊界條件改變,故假定是無限邊界條件;由于地下水位自然坡度平緩,假定為水平潛水完整井?？觾?nèi)降水井按梅花狀布置,結(jié)構(gòu)一致,可視為各井流量相等。因而基坑的涌水量可按近似把基坑內(nèi)的井群當(dāng)成一個以基坑為“中心”的大井對待,大井法(穩(wěn)定流)公式確定:式中:K———滲透系數(shù);H———含水層水位標(biāo)高;S———疏干要求最大降深值;Ⅰ區(qū)共分5次開挖,各次挖土的基坑涌水量計算詳見表2:4.2井底疏干井?dāng)?shù)量確定井管數(shù)量,先要確定單根井管的出水量。單根井管的最大出水量一般可按經(jīng)驗公式計算:q=65πdl3K=105m3/d(井管直徑d=0.25m,濾水管有效長度l=2m),則井管最少數(shù)量為:考慮到本工程實際預(yù)降水時間要求較短,及底板上第(4)層淤泥質(zhì)粘土層由于滲透系數(shù)很小,難以進行疏干降水的困難等因素,因而適當(dāng)增加疏干井?dāng)?shù)量,本基坑共布置47口疏干井。井點按梅花狀布置,編號為J1～J47,單井有效抽水面積A=11293/47=240m2左右(井的經(jīng)驗值為一般為150m2～250m2)。井身結(jié)構(gòu)詳見圖2。另外,由于土體滲透能力弱,抽水需間斷進行,故本工程不專門布設(shè)疏干觀測井,在抽水運行過程中,利用局部暫停抽水的疏干井兼作疏干觀測井使用。4.3坑外降壓井封井由于(7)2-1、(7)2-2為粉砂、細砂層,滲透能力增大,局部有承壓水頭,雖然離坑底有一定的距離。但為了保證施工安全,除了加強對坑底監(jiān)測外,坑外設(shè)計降壓井以利泄水。根據(jù)基坑涌水量,設(shè)計井?dāng)?shù)12口,沿連續(xù)墻外圍以等間距布井,另設(shè)3眼觀測孔。降壓井深度穿過(7)2-2層進入粘土層。降壓井封井施工見圖3。結(jié)合現(xiàn)場的實際情況,基坑內(nèi)擬按500～1500m2左右預(yù)布置一定數(shù)量的泄水井,泄水井保留數(shù)及井位根據(jù)現(xiàn)場實際開挖情況進行定位調(diào)整。泄水井在底板達到一定強度后,在井管內(nèi)填入混凝土將其封閉。5基礎(chǔ)降水規(guī)劃與監(jiān)測施工時需及時疏干開挖范圍內(nèi)土層的地下水,降低圍護范圍內(nèi)基坑中的地下水位,保證基坑的干開挖施工的順利進行。5.1坑內(nèi)疏干井,暗管埋埋成井機械設(shè)備在支撐施工前3天進場,做好機械設(shè)備的安裝準(zhǔn)備工作,根據(jù)第一道支撐施工進度,在局部支撐養(yǎng)護后,先完成疏干井,開挖之前要求確保3周以上的加真空預(yù)降水時間,以保證降水固結(jié)效果。在疏干井的成井施工階段應(yīng)邊施工邊抽水,即完成一口投入降水運行一口,降水應(yīng)在基坑開挖前一周左右完成。力爭在基坑開挖前,及時降低圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)基坑中的地下水位,做到能及時降低圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)基坑中的地下水位至每一層開挖面以下0.5m～1.0m。根據(jù)土層承水頭監(jiān)測數(shù)據(jù)(水頭隨時間和季節(jié)有變化)和基坑開挖深度的變化,隨時調(diào)節(jié)基坑總排水量,即水位降深值,控制抽水強度,做到該不抽時就不抽,該少抽時絕不多抽,以減少降水引起的地面沉降?？觾?nèi)疏干井抽水時,潛水泵的抽水間隔時間自短至長,每次抽水井內(nèi)水抽干后,應(yīng)立即停泵,對于出水量較大的井每天開泵的抽水的次數(shù)相應(yīng)要增多。在土方開挖過程中應(yīng)始終保持降水,確保水位降至開挖面0.5m以下。隨著基坑開挖深度的不斷加深,及時卸除曝露在外的過長井管。為確保真空的有效運行,露出外面的濾水管及時卸除后,采用粘土在井管外圍埋,以確保真空度(真空抽水時管路系統(tǒng)內(nèi)的真空度不宜大于0.06MPa)?？觾?nèi)開挖到設(shè)計標(biāo)高時,在基坑內(nèi)采用明溝、盲溝、集水井相結(jié)合的排水系統(tǒng)?？觾?nèi)的地表水通過排水溝匯集到集水井,由高壓水泵抽到圍墻內(nèi)側(cè)周邊的排水溝,經(jīng)二級沉淀池沉淀后排入市政污水管道。為配合開挖施工進度,應(yīng)確保成井施工和一切安裝試抽水工作按基坑開挖的總進度要求進行施工,直至基坑順利開挖結(jié)構(gòu)底板完成后降水結(jié)束。當(dāng)本基坑挖至設(shè)計標(biāo)高后,將疏干井管直接割除,并用粘土或混凝土回填。5.2地墻下水位下降原因在降水的過程中,除規(guī)定的坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測用以指導(dǎo)降水的施工作業(yè)外,還應(yīng)考慮降水引起土體的固結(jié)密實,粘性土體具有明顯的蠕變特性,因此要求降水的過程中加強地連墻的測斜等。必要時可以采取回灌法等措施,以控制地墻外地下水位的下降。通過承壓水抽取來保證底板下土體不產(chǎn)生管涌和結(jié)構(gòu)施工安全。承壓水抽取對周圍環(huán)境的影響要加強監(jiān)測、確保安全。基坑周邊約基坑深度1.5倍的距離范圍內(nèi)的管線、建筑物、地鐵地下墻等設(shè)施都是重點保護對象。尤其是地鐵地下連續(xù)墻為一級保護對象,應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測?？煽康拇胧┦潜ＷC另近地鐵不受影響、正常使用的必要條件。信息化施工是深基坑施工的必要手段,為確保周邊道路、地下管道、房屋等重要設(shè)施的保護,按要求在支撐重要位置設(shè)觀察點進行全天候監(jiān)察,每天根據(jù)各觀察點數(shù)據(jù)及時分析、整理,以此來指導(dǎo)基坑開挖,井點降水控制,砼支撐應(yīng)力控制等信息化施工。即及時根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)進行修正,以達到設(shè)計要求。5.3深基坑開挖施工技術(shù)處理方案編制針對本工程所處的復(fù)雜地理環(huán)境,實行信息化管理,執(zhí)行“信息化”施工,以保證道路、管線、周邊建筑物等周邊環(huán)境不受其影響。預(yù)先準(zhǔn)備或落實好搶險必備材料、設(shè)備,例如:鋼材、水泥、木材、草包、各類設(shè)備等;根據(jù)深基坑開挖施工安全評估,針對各個階段有可能出現(xiàn)險情,預(yù)先編制各項有針對性的技術(shù)處理方案。在挖運過程中,須密切監(jiān)視觀測點情況,發(fā)現(xiàn)異象暫停施工,立即通知有關(guān)人員,提出處理意見。工程監(jiān)測(包括儀器觀測和肉眼觀察)結(jié)果是確定是否實施應(yīng)急預(yù)案的依據(jù)。一旦發(fā)生危急情況,立即啟動應(yīng)急預(yù)案;作業(yè)面管理人員負責(zé)組織救助、報告;總承包項目部當(dāng)班人負責(zé)聯(lián)絡(luò)、協(xié)調(diào)、指揮、救助;涉及重大安全事件,各參建單位及政府相關(guān)部門負責(zé)人必須緊急到達現(xiàn)場聯(lián)合研究、處理。6基坑降水設(shè)計通過精心設(shè)計、精心施工,疏干降水正式運行41天后,于2005年5月22日順利挖至22.9m深,安全封底。由同濟大學(xué)監(jiān)測結(jié)果表明:水位降深值最大時達6.8m(依批次挖土計),滿足設(shè)計要求的降水深度;基坑最大排水量為1300m3/d:出水含砂量為0.0000082Kg/m3;坑外上部潛水和上層承壓含水層的天然水位無大變化,波動幅值0.3m以內(nèi),基本未受降水影響;綜合地面沉降量最大值為15mm(因降水引起的沉降值甚微),坑四周建(構(gòu))筑物安然無恙。不難看出,我們在基坑開挖中采用地連墻截滲和基坑內(nèi)深井疏干降水這一施工方案是可行的、有效地搶回了工程進度,保障了整個工程的順利進行。7場地群井控制設(shè)計要求()通過本基坑降水施工取得的良好效果,可知對于弱透水性土體基坑降水施工,采用同開挖深度結(jié)合的分層降水是快速降水的有效手段。(2)弱透水性含水層的水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場正式抽水試驗方法取得。特別是大面積深基坑,無論含水層是否均質(zhì),其參數(shù)隨機變異性大。不同的測試方法會得到不同的數(shù)值,有時差異可能相當(dāng)大,且相互間無確定的