基坑降水(承压含水层减压降水)施工组织方案及技术保证措施

基坑降水施工组织方案及技术保证措施1基坑降水分析本工程降水分为坑内开挖范围内疏干性降水和深层承压含水层减压降水。针对这两类降水分别进行降水设计和现场施工运行。1.1含水层降水风险分析根据工程场地工程地质条件与水文地质条件分析，可能引发本工程施工风险的主要含水层如下：分布于基坑开挖面底部的④2粉土微承压水含水层是本工程疏干降水的重点和难点，该层渗透性较强（弱透水），易引发流土、管涌等渗透变形，影响基坑施工及安全。主体基坑开挖面地层位于该层，开挖过程中对该层前期应进行疏干处理。开挖至底部时若有降水不足、降水井破坏、基坑围护有渗漏、强降雨等发生时，坑底易发生滞水等情况，妨碍垫层、底板施工进度，可采用轻型井点进行强降水处置措施进行应急处置。深层第⑦2粉土承压含水层对工程施工有影响，易引起坑底隆起、基坑突涌等风险，需在基坑开挖后期对其进行降压处置措施。1.2降水目的和要求1、根据本工程的基坑开挖和基础底板结构施工要求，其降水目的为：（1）疏干基坑开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；（2）降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降；（3）提高开挖过程中土体稳定性，防止土层纵向滑坡；（4）及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。2、具体的降水要求：（1）降低基坑范围内地下水水位至基坑开挖底面以下0.5～1.0m；（2）降低基坑开挖影响范围内承压水水位至安全水位以下。（3）根据基坑突涌可能性计算，进行减压性降水，在满足工程减压要求前提下，尽量减少由于降压降水引起的地表沉降以及降水对周边建筑物的不利影响。1.3基坑突涌的可能性评价在评价其对基坑工程的影响时，宜根据其动态规律，按最不利原则考虑。当前，基坑突涌可能性计算多采用安全系数法：当基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于或等于安全系数下承压水的顶托力，则基坑是稳定的，否则便有突涌的可能。计算公示为：Pcz/Pwy=（H·γs）/（γw·h）≥Fs式中：Pcz—基坑底至承压含水层顶板间土压力（kPa）；Pwy—承压水头高度至承压含水层顶板间的水压力（kPa）；H—基坑底至承压含水层顶板间距离（m）；h—承压水水头高度至承压含水层顶板距离（m）；γs—基坑底至承压含水层顶板间土的平均重度（kN/m3）；γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；Fs—安全系数，取国家标准安全系数1.10；根据勘察资料，拟建场区承压水含水层由晚更新统沉积成因的土层组成，主要为⑦2粉土或粉砂层，因此，对本工程影响较大的主要为⑦2粉土或粉砂层承压含水层，含水层最浅处水位埋深33.0m。按不利原则计算，承压水水头埋深为3.0m，上覆土层重度取平均19.4kN/m3。1、突涌可能性计算：（1）基坑标准段开挖深度按17.15m计算PCZ=（33.0-17.15）×19.4=307.5kpa，Pwy=（33.0-3.0）×10.0=300.0kpa，Fs=PCZ/Pwy=1.02＜1.10突涌；（2）基坑北端头井、南端头井处开挖深度分别按18.95m、19.94m计算南端头PCZ=（33.0-19.94）×19.4=253.4kpa，Pwy=（33.0-3.0）×10.0=300.0kpa，FS=PCZ/Pwy=0.84＜1.10突涌。北端头PCZ=（33.0-18.95）×19.4=272.6kpaPwy=（33.0-3.0）×10.0=300.0kpa，FS=PCZ/Pwy=0.91＜1.10突涌。（3）基坑换乘站开挖深度24.1m计算PCZ=（33.0-24.1）×19.4=172.7kpa，Pwy=（33.0-3.0）×10.0=300.0kpa，FS=PCZ/Pwy=0.57＜1.10突涌。因含水层未被围护结构完全隔断，需要对基坑布设承压井。本工程基坑安全开挖深度：H安全=h-Pwy/γs=33-300.0×1.10÷19.4=16.0m；2、安全水位及水位最小安全降深计算如下：（1）对于基坑标准段安全水位埋深：Hw=33-PCZ/（1.10γw）=5.0m；安全水位标高：Hw标=2.7-Hw=-2.3m；最小安全降深：hw=Hw-3.0=2.0m。（2）对于南端头井：安全水位埋深：Hw=33-PCZ/（1.10γw）=9.9m；安全水位标高：Hw标=2.7-Hw=-7.2m；最小安全降深：hw=Hw-3.0=6.9m。（3）对于北端头井：安全水位埋深：Hw=33-PCZ/（1.10γw）=8.2m；安全水位标高：Hw标=2.7-Hw=-5.5m；最小安全降深：hw=Hw-3.0=5.2m（4）对于换乘站：安全水位埋深：Hw=33-PCZ/（1.10γw）=17.3m；安全水位标高：Hw标=2.7-Hw=-14.6m；最小安全降深：hw=Hw-3.0=14.3m综合上述，对于第⑦2层会产生突涌，在开挖到临界深度后需启动降压措施，及时降低承压水水头。2基坑疏干降水设计2.1疏干井的布置原则疏干井的布置，原则上按苏州地区单井有效降水面积的经验值结合拟建工程场区土层特征、基坑平面形状、尺寸确定，满足基坑开挖及施工要求，确保基坑施工安全、顺利进行。由于场区内微承压水含水层（④2粉砂或粉土层微承压水）处于基坑开挖深度范围内，且围护结构已割断其基坑内外的水力联系，因此，仅需对其进行疏干处理即可。疏干性降水的前提是基坑围护结构隔断基坑内外的水力联系，在此条件下，根据地区降水施工经验，单井有效降水面积为150m2～250m2，根据本工程开挖深度区域特点，结合基坑总涌水量计算，在开挖深度范围内，取约200m2/口，且相邻两口井之间距离在12～20m之间，一般可满足疏干性降水要求。根据以上原则，为达到更好的降水效果，拟采用真空深井井点法。2.2疏干井的布置为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。按照上述原则，采用下式计算确定：n＝A/a式中：n——井数（口）；A——基坑面积（m2）；a——单井有效降水面积（m2）。按上式计算，开挖区域的布井数量如下（见附图1）：本工程主体基坑被中隔墙分为6个区域，从左至右编号为1区～6区，详见平面布置图。第1区开挖面积为1253m2，疏干井数量n＝1253/200≈6口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井7口，编号S1～S7。端头井井深24m，一般井深22m，各井深度及滤水管位置详见附图1、2。第2区开挖面积为1104m2，疏干井数量n＝1104/200≈6口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井6口，编号S8～S13，设计井深22m。第3区开挖面积为1142m2，疏干井数量n＝1142/200≈6口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井6口，编号S14～S19，本区域为换乘区段，设计井深28m。第4区开挖面积为2440m2，疏干井数量n＝2440/200≈12口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井12口，编号S20～S31，设计井深22m。第5区开挖面积为4032m2，疏干井数量n＝4032/200≈20口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井20口，编号S32～S51，设计井深22m。第6区开挖面积为363m2，疏干井数量n＝363/200≈2口。根据以上计算并结合基坑形状及土层特点，本区域布置疏干井2口，编号S52～S53，设计井深24m。2.3主体基坑总涌水量计算根据工程实际情况，基坑围护结构隔断基坑内外潜水的水力联系，基坑开挖深度范围内总涌水量可按下式计算：计算式：MAVW××=×=μμ式中：W—应抽出的水体积（m3）V—含水层体积（m3），V=基坑面积A×疏干含水层厚度M；A—基坑面积（m2）；M—疏干含水层厚度（m）；—含水层给水度（粉土给水度经验值为0.08～0.15，粘性土给水度经验值为0.01～0.05）。根据此计算式对1区基坑进行总疏干水量计算如下：基坑平均开挖深度取17.2m，初始潜水位埋深取1.0m。基坑的开挖面积1253m2。疏干范围内各土层厚度○13层平均厚度2.4m，③1平均厚度3.1m，③2平均厚度4.3m，④1平均厚度6.1m，④2平均厚度0.8m。由此计算基坑需疏干的总水量为：W1=0.03×1253×3.1=116.5m3。WA2=0.03×1253×4.3=161.6m3WA3=0.04×1253×6.1=305.7m3WA4=0.12×1253×0.8=120.3m3WA总=W1+WA2+WA3+WA4=704.1m3。2.4预降水天数计算由于该基坑围护结构隔断潜水含水层基坑内外地下水水力联系，抽水量随抽水时间延续每日逐渐减少，根据场区含水层岩性、厚度并结合类似工程经验，预估抽水工期。1、日抽水量计算根据长期的降水经验，结合本次降水井井结构、地层情况，对于本工程基坑初始降水时最大单井涌水量约为6.0～10.0m3/d，抽水量随抽水天数增加逐渐减小，平均日单井涌水量约5.0m3/d。则主体结构基坑单日总出水量分别为：ＱA=5.0×7=35.0m3/d；2、抽水天数计算抽水天数T=基坑总储水量W÷单日出水量Q，则各基坑抽水天数分别计算如下：TA=WA/ＱA=704.1/35.0≈20d；3、从以上估算结果可知：仅考虑基坑内原有地下水疏干时，疏干性降水井全部抽水约20天后就能将基坑内的潜水疏干，满足基坑的干挖土施工的要求，在开挖期间继续降水，进一步提高土层的疏干效果。同理，其它区域基坑开挖范围内疏干性降水井全部抽水约20天后就能将基坑内的潜水疏干，满足基坑的干挖土施工的要求，在开挖期间继续降水，进一步提高土层的疏干效果。2.5降水井深度和数量统计依据上面的井数计算，在本工程基坑内共布置疏干井53口，详见下表5.2-1。表5.2-1疏干井布置数量统计表基坑类型井深（m）数量（口）井编号主体基坑疏干井24.04S1～S2，S52～S53疏干井22.043S3～S13、S20～S51疏干井28.06S14～S193减压井降水设计3.1承压水减压井的布置原则（1）减压井间距、深度、孔径依据拟建工程场区水文地质条件、基坑总涌水量、单井降水能力并结合工程经验确定；（2）减压井尽可能布置在不影响基坑开挖施工的位置；（3）减压井的布置应尽可能减小降水对周围环境的影响。3.2减压井布置方案根据勘察报告，工程场地范围内承压含水层水量较大，在保证基坑安全的同时，还要尽量使降水方案科学、经济、合理。本工程主体围护结构设计资料，采用800mm-1000mm地下连续墙围护，围护结构插入深度为32-51m，换乘段已隔断第⑦2层承压含水层基坑内外的水力联系。主体基坑未隔断⑦2层承压含水层根据地质资料及工程特点，采用井点降水降低承压含水层水头高度，防止基坑突涌，保证基坑稳定性。考虑到降压性降水对周边环境的影响，承压水降压井宜布置在基坑内侧。1、第1区域减压降水地下连续墙未隔断基坑内外该承压含水层水力联系，基坑总涌水量按均质含水层承压水完整井涌水量公式计算：000lg73.2rrRMskQw式中：Q—基坑总涌水量3(/)md；k—含水层渗透系数(/)md；WS—基坑水位最小安全降深()m；M—承压含水层厚度()m；0R—抽水影响半径()m；0r—基坑等效半径()m。根据勘察报告，⑦2粉土层承压含水层厚度约为10m。据勘察成果，取平均渗透系数k2.0/md。为保证端头井基坑安全，最小安全降深取Sw=6.9m。抽水影响半径取0R=200.0m，基坑等效半径0r()/4ab23m。对于一期基坑，dmQ/3842323200lg9.6100.273.23勘察资料提供的渗透系数及该区域工程经验，该承压含水层单井涌水量在q=200.0~500.0m3/d，故本次计算取单井涌水量q=300.0m3/d。按式n=1.1×Q÷q，计算一期基坑需要的降压井数量：n=1.1×Q÷q=1.1×384÷300.0≈2口。根据以上计算，基坑内布