基坑降水施工設計書及相關施工圖紙

1-基坑降水施工設計書及相關施工圖紙目錄TOC\h\z\u9.1基坑突涌的可能性評價 -1-9.2基坑突涌可能性計算 -2-9.3基坑安全穩(wěn)定性計算 -3-9.4疏干降水設計 -4-9.5減壓降水設計 -5-9.6數(shù)值模擬分析 -7-9.6.1數(shù)值模型建立 -7-9.6.2數(shù)值模型預測分析 -10-9.7降水井工作量統(tǒng)計 -12-9.8抽水試驗 -12-9.1基坑突涌的可能性評價在評價其對基坑工程的影響時，宜根據(jù)其動態(tài)規(guī)律，按最不利原則考慮?；拥装宓姆€(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。采用安全系數(shù)法:Pcz/Pwy=（H·γs）/（γw·h）≥Fs式中：Pcz—基坑底至承壓含水層頂板間土壓力（Pa）；Pwy—承壓水頭高度至承壓含水層頂板間的水壓力（Pa）；h—基坑底至承壓含水層頂板間距離（m）；γs—基坑底至承壓含水層頂板間土的加權平均重度（KN/m3）；H—承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離（m）；γw—水的重度（KN/m3），取10KN/m3；Fs—安全系數(shù)，取1.10；圖9-1基坑底抗突涌驗算示意圖9.2

基坑突涌可能性計算第⑥4b層礫砂據(jù)勘察資料第⑥4b層礫砂在主體基坑內(nèi)最淺埋深約40.40m，基坑底至承壓含水層頂板間土的加權平均重度取17.4KN/m3，為確保基坑安全，按最不利原則水位取2.80m進行計算，則：1．主體基坑標準段最淺開挖深度約16.89m，Pcz=H·γs=（40.40-16.89）×17.4≈409.1KPa；Pwy=γw·h=（40.40-2.80）×10.0=376.0KPaFs=Pcz/Pwy=409.1/376.0≈1.09＜1.10(突涌)；2．主體基坑端頭井最大開挖深度約19.48m，Pcz=H·γs=（40.40-19.48）×17.4≈364.0KPa；Pwy=γw·h=（40.40-2.80）×10.0=376.0KPaFs=Pcz/Pwy=364.0/376.0≈0.97＜1.10(突涌)；3．綜上計算結果，主體基坑在開挖過程中該層承壓水存在突涌可能性，為確保基坑安全，需對該層承壓水進行減壓降水處理。9.3基坑安全穩(wěn)定性計算9.3.1安全降深計算對于第⑥4b層礫砂1）當標準段開挖至16.89m時，F(xiàn)S=PCZ/Pwy=1.10，PCZ=H·γs=409.1KPa，H2=H1-PCZ/FS/γw=40.40-409.1/1.10/10.0≈3.3m，Sw=H2-H0=3.3-2.8=0.5m。即當標準段開挖至設計深度16.89m時，該層承壓含水層水頭最小降深為0.5m（以承壓水水頭2.8m計算），承壓水水位降至3.3m。2）當端頭井開挖至19.48m時，F(xiàn)S=PCZ/Pwy=1.10，PCZ=H·γs=364.0KPa，H2=H1-PCZ/FS/γw=40.40-364.0/1.10/10.0≈7.4m，Sw=H2-H0=7.4-2.8=4.6m。即當端頭井開挖至設計深度19.48m時，該層承壓含水層水頭最小降深為4.6m（以承壓水水頭2.8m計算），承壓水水位降至7.4m。9.3.2安全開挖臨界深度對于第⑥4b層礫砂FS=PCZ/Pwy=1.10，Pwy=376.0kpa，h=H1-FS×Pwy/γs=40.40-1.10×376.0/17.4≈16.6m。即當主體基坑開挖到16.6m時開始啟動減壓降水井，為確保基坑工程安全，并盡可能減少降水時間，減小對周邊環(huán)境的影響，工程實際施工時宜根據(jù)施工時實際水位進行計算，確定何時啟動減壓降水井。根據(jù)前述計算，開挖標高超過臨界深度，才需要進行減壓降水。表9-1開挖深度與承壓含水層安全水頭對應關系表層位區(qū)域開挖深度(m)安全承壓水頭埋深(m)降深量(m)第⑥4b層礫砂主體基坑16.62.8臨界狀態(tài)標準段16.893.30.5端頭井19.487.44.6注：1.以地面起算；2.H0—承壓含水層水頭埋深（m）；3.H1—承壓含水層頂板最淺埋深（m）；4.H2—承壓含水層水頭安全埋深（m）；5.H3—基坑安全開挖深度（m）；6.Sw—承壓含水層最小降深（m）；7.h—安全開挖深度（m）。9.4

疏干降水設計在以黏土、淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土為主的疏干降水含水層中，考慮黏性土的滲透系數(shù)較小，水位下降較慢，含水量的有效降低標準較低，重力水的釋放需要較高要求的降排水條件（降水時間以及抽水強度等），主體基坑圍護結構理論上隔斷了基坑內(nèi)外潛水含水層水力聯(lián)系，且坑內(nèi)局部進行加固，加固后的坑內(nèi)土體含水量較小，土體固結強度較高。結合寧波地區(qū)類似工程施工經(jīng)驗，淺部地下水不做單獨的降水處理。必要時在坑內(nèi)適當設置集水溝，可以對淺部地下水有一定的疏導作用，且便于雨季降雨的抽排。根據(jù)以上原則，對于基坑開挖過程中，基坑內(nèi)明水、降雨等外來水源以及施工現(xiàn)場集水明排不在方案設計范圍內(nèi)。9.5減壓降水設計9.5.1減壓降水井布置原則1) 減壓降水井間距、深度、孔徑依據(jù)擬建工程場區(qū)水文地質(zhì)條件、基坑總涌水量、單井降水能力并結合工程經(jīng)驗確定；2) 減壓降水井盡可能布置在不影響基坑開挖施工的位置；3) 減壓降水井的布置應盡可能減小降水對周圍環(huán)境的影響。9.5.2減壓降水分析根據(jù)項目圍護設計資料、地質(zhì)條件特點和周邊環(huán)境特點，對本工程圍護設計深度、承壓含水層位置關系、承壓含水層處理，進行分析如下：圍護設計方面：標準段開挖深度約16.89～17.44m，端頭井開挖深度約18.68～19.48m，主體基坑采用800mm厚地下連續(xù)墻+六道內(nèi)支撐進行圍護，圍護墻深約41.00～44.00m。地質(zhì)條件方面：基坑開挖底面以下工程影響深度范圍內(nèi)主要為第⑥4b層礫砂。第⑥4b層礫砂，在主體基坑內(nèi)全場分布，分布連續(xù)，透水性較好，涌水量較大。平均層厚約3.90m。滲透系數(shù)約3.86×10-3～4.51×10-3cm/s，水位埋深約2.83m。9.5.3減壓降水計算根據(jù)已有的基坑圍護設計資料，基坑內(nèi)進行基坑減壓降水計算，采用井點降低承壓水水頭能滿足基坑開挖要求，保證基坑穩(wěn)定安全，還要盡量使降水方案科學、經(jīng)濟、合理。根據(jù)地質(zhì)資料及工程特點，工程場地范圍內(nèi)承壓含水層水量較大，采用管井降水降低承壓含水層水頭高度，防止基坑突涌，保證基坑穩(wěn)定性。第⑥4b層礫砂根據(jù)地質(zhì)勘察報告，第⑥4b層礫砂在主體基坑內(nèi)全場分布，分布連續(xù)，工程范圍內(nèi)層位起伏不大，含水層厚度取3.9m，根據(jù)地質(zhì)勘察資料結合類似工程經(jīng)驗取滲透系數(shù)3.6m/d，圍護結構未隔斷該層承壓含水層基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，基坑總涌水量按完整井公式計算：式中：Q—基坑總涌水量（m3/d）；k—含水層滲透系數(shù)（m/d）；Sw—基坑水位最小安全降深（m）；M—承壓含水層厚度（m）；R0—抽水影響半徑（m）；r0—基坑等效半徑（m）。本工程降壓具體計算如下：考慮到基坑開挖安全，水頭降深Sw=4.6m，抽水影響半徑取190m，主體基坑等效半徑取45m，均質(zhì)含水層承壓水完整井基坑涌水量公式計算：Q根據(jù)地質(zhì)勘察資料，該層承壓水單井涌水量在80～120m3/d，群井抽水時，實際涌水量偏小，取40m3/d，按式n=1.1×Q÷q，計算需要的降壓井數(shù)量：N=1.1×Q÷q=1.1×246÷40≈7口結合基坑形狀，在主體基坑外布置7口降壓井（J1～J7）及3口觀測兼?zhèn)溆镁↗G1～JG3）。結合第⑥4b層礫砂承壓含水層的埋深及層厚，設計降壓井井深為48.0m，濾管段為42.0～47.0m，濾料段為41.0～48.0m，35.0～41.0m用止水粘土球止水。具體平面位置見附圖1，井結構詳見附圖2。9.6數(shù)值模擬分析9.6.1數(shù)值模型建立1、數(shù)值模型原理與抽水試驗相結合，在試驗位置布設的觀測井能夠了解到抽水井抽水過程中，場地內(nèi)含水層水頭變化情況，并根據(jù)抽水試驗取得的資料，利用數(shù)值模擬的方法反演出場地其他區(qū)域水位變化規(guī)律。在不考慮水密度變化的條件下，地下水三維連續(xù)滲流方程可用下面的偏微分方程來表示：其中：Kxx、Kyy和Kzz為滲透系數(shù)在x、y、z方向上的分量；：水頭；W：單位體積流量，用以代表流進匯或來自源的水量；SS：孔隙介質(zhì)的貯水率；：時間。以上公式加上相應的初始條件和邊界條件，便構成了一個描述地下水流動體系的數(shù)學模型，但該式的解析解一般很難求得。因此，采用有限差分數(shù)值法來求得上式的近似解。首先將一個三維的含水層系統(tǒng)劃分為一個三維的網(wǎng)格系統(tǒng)，整個含水層被剖分為若干層，每一層又剖分為若干行和若干列，這樣含水層就被剖分為許多小長方體，每個長方體稱為計算單元，每個計算單元的位置用該計算單元所在的行號（i）、列號（j）、層號（k）來表示，并用下標標記，則有：每個剖分出來的小長方體的中心位置稱為節(jié)點，本模型采用單元中心法進行計算。地下水運動模型不但在空間上進行離散，同時也在時間上進行離散，采用向后差分，得出模型求解差分公式如下：采用地下水三維水流模型進行基坑降水數(shù)值模擬，能夠更加的貼近工程實際水流狀態(tài)，可用于基坑降水的水位預測和降水方案的可行性分析。計算含水層的沉降量的沉降模型的方程為:△b*=-△h×△t×Sfe×A△b=-△h×△t×Sfv×AS=b1+b2+...+bn△h--水頭變化量；△t—時間變化量；△b*、△b--土層彈性壓縮量、土層壓縮量；A—相應土層厚度；Sfe--彈性壓縮系數(shù)；Sfv—壓縮系數(shù)；S—累計總沉降量。方程中Δb表示厚度為A的含水層在Δt時間內(nèi)的壓縮量。對于任何模型,若給定的前期固結水頭大于初始水頭,則指定前期固結水頭為初始水頭值，構成了求解地下水流和地面沉降之間的耦合模型。沉降模擬預測時，忽略土層的前期固結影響和試驗期間減壓降水的固結影響。根據(jù)場區(qū)的實際特點，計算區(qū)上下邊界是弱含水層邊界，四周邊界取為定水頭邊界。為減小邊界的不確定性給計算結果帶來的影響，計算范圍盡可能外延至合理范圍。在建立擬合期初始流場時采用觀測水位，以線性插值的方式來求出同一層面上各單元中心點的初始水位值，弱透水層的水位也以插值的方法求得，然后以ASC=2\*ROMANII文件形式將模擬初始時刻水位值賦給模型。2、模型剖分與建模根據(jù)場區(qū)的實際水文地質(zhì)結構條件及幾何形狀進行三維剖分。由于承壓含水層滲透性大，通過試算，確定以基坑中心點為基點，方向各延伸1200m作為本次模擬計算區(qū)域，共計2400m×2400m。剖分時在基坑附近對網(wǎng)格加密，平面上剖分為194×82個網(wǎng)格單元（見圖9-2），剖面上根據(jù)地層分層剖分為12層。圖9-2模型網(wǎng)格剖分圖圖9-3核心局部平面圖對以上建立的概念模型，利用抽水試驗實際取得的數(shù)據(jù)和建立的三維滲流沉降數(shù)值模型進行驗證，驗證后得到的三維滲流沉降數(shù)值模型和實際水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件較一致，從而得到能夠用于本工程的三維滲流沉降數(shù)值模型，并用于本工程的實際減壓降水滲流與沉降模擬預測中。

9.6.2數(shù)值模型預測分析在主體基坑開挖至16.60m時，根據(jù)突涌可能性計算需要開啟減壓井。基坑開挖到最大設計深度19.48m時，承壓水含水層水頭最小降深為4.6m（以承壓水水頭2.8m計算），承壓水水位降至7.4m。在現(xiàn)有的基坑圍護設計條件下，對基坑減壓降水的可行性進行數(shù)值模擬預測分析。根據(jù)設計要求，圍護結構部分隔斷承壓含水層，模擬預測本工程減壓降水及其影響情況。在主體基坑外同時開啟7口減壓井進行減壓降水，單井涌水量取40m3/d，預測承壓含水層頂部水位降深等值線圖。圖9-4抽水5天坑內(nèi)水位降深等值線圖在持續(xù)減壓抽水5天后水位達到穩(wěn)定狀態(tài)，基坑內(nèi)降深在0.6～3.0m左右，坑外50m范圍內(nèi)最大水位降深在0.4～3.5m左右，在50～100m范圍內(nèi)水位降深0.1～0.4m左右。抽水影響范圍約200m。圖9-5抽水30天坑內(nèi)水位降深等值線圖在持續(xù)減壓抽水30天后水位達到穩(wěn)定狀態(tài)，基坑內(nèi)降深在1.5～5.0m左右，坑外50m范圍內(nèi)最大水位降深在1.2～4.0m左右，在50～100m范圍內(nèi)水位降深0.9～1.0m左右。減壓期間對周邊沉降影響如下：圖9-6抽水30天后地表沉降等值線圖在持續(xù)減壓抽水30天后此區(qū)域基坑減壓強度降逐漸減小，基坑外中心區(qū)域50m影響范圍內(nèi)減壓降水引起的地表沉降約在4.5～8.0mm，在50～100m影響范圍內(nèi)減壓降水引起的地表沉降約在3.5～5.5mm，基坑減壓降水對坑外環(huán)境有影響，但承壓水引起的沉降總體上較平緩，影響程度在監(jiān)測報警范圍內(nèi)。根據(jù)基坑穩(wěn)定性分析計算結果，基坑安全水位為3.3～7.4m。通過數(shù)值模擬分析，該減壓性降水設計可將端頭井主體基坑內(nèi)承壓水水位降至4.3～7.8m；滿足基坑減壓性降水要求，上述布置的減壓降水方案是可行的。9.7降水井工作量統(tǒng)計減壓降水井平面布置和剖面布置按照設計要求進行，具體井位可根據(jù)現(xiàn)場實際進行適當?shù)恼{(diào)整，具體井位詳見基坑降水平面布置圖（附圖1），井結構詳見附圖2。表9-2降水井布置數(shù)量統(tǒng)計表基坑區(qū)域井深（m）數(shù)量（口）類型井編號備注天宮莊園站主體基坑外48.07減壓降水井J1～J748.03觀測兼?zhèn)溆镁甁G1～JG39.8抽水試驗9.8.1試驗目的在成井施工完成若干口試驗井后，可以在現(xiàn)場進行抽水試驗，抽水試驗的目的主要有：1、檢驗成井質(zhì)量，掌握圍護施工完畢后試驗井單井水量。2、掌握試驗井水位恢復速率；3、通過抽水試驗獲得的相關數(shù)據(jù)，優(yōu)化降水設計或運行方案。9.8.2試驗井布置根據(jù)勘察資料及工程特點，基坑圍護結構未隔斷基坑內(nèi)外承壓水水力聯(lián)系。根據(jù)基坑涌水量和實際單井出水量計算，結合工程特點及現(xiàn)場施工環(huán)境，采用2口減壓降水井作為試驗井，編號：J2、J6，方便試