降水设计、施工方案.doc

目录1工程概况12工程地质与水文地质条件22.1工程地质条件22.2水文地质条件43设计依据与降水目的53.1设计依据53.2降水目的54降水方案设计64.1基坑抗突涌稳定性验算64.2降水设计思路74.3疏干设计74.4降压设计84.5井群干扰抽水降深预测94.6井点布设115抽水试验方案125.1试验目的及内容125.2抽水试验工作量布置125.3抽水试验设计125.4结果统计与分析136降水运行工况146.1疏干降水运行工况146.2减压降水运行工况147井点构造与设计要求157.1井点构造157.2设计要求157.3质量验收158附图151工程概况12号、13号和14号工作井。基坑详细工程性质见表1-1。：表1-1：基坑工程性质表开挖部位基坑面(m2)开挖深度(m)开挖标高(m)围护形式围护深度（m）12号工作井213.71620.6-16.6地下连续墙3713号工作井176.62520.6-16.6地下连续墙3714号工作井213.71620.6-16.6地下连续墙37注：本工程设计地面标高为绝对标高+4.0m。2工程地质与水文地质条件2.1工程地质条件2.1.1地形、地貌特征地面标高约为3.485.50m之间。2.1.2地基土层特征 拟建场地约30m的深度范围内地基土属第四纪滨海河口、浅海、沼泽、谷及湖泽相沉积物。主要由粘性土及粉性土组成，一般呈水平层理分布。根据地基土特征、成因、年代及物理力学性质的差异，按上海市工程建设规范岩土工程勘察规范相关条款划分为7个主要层次，具体地层特性详见下表：表2-1：地层特性表层号土层名称土 层 简 述层 厚（m）层顶标高(m)重度KN/m3渗透系数(cm/s)KvKh1填土上部含植物根茎、碎石子及贝壳碎屑等杂质，下部以粘性土为主，在施工区域，该土层上部以碎屑、随之、混凝土块等建筑垃圾为主。0.303.604.10-0.401粉质粘土夹粘质粉土含少量氧化铁斑点和铁锰质结核，无摇震反应，土面光滑无光泽，韧性中等，干强度中等。0.302.702.860.2018.83.95e-066.22e-06淤泥质粉质粘土含云母有机质条纹，夹较大薄层粉土或粉砂土质不均，无摇震反应，土面光滑无光泽，韧性中等低等，干强度中等低等。0.5010.900.03-9.4117.69.41e-071.47e-06夹粉质粘土含云母有机质条纹、夹薄层粘性土。土质不均、摇震反应快、土面粗糙、韧性无，干强度无0.604.70-3.59-9.5018.55.60e-058.72e-05淤泥质粘土含云母有机质条纹及贝壳碎屑、夹少量薄层粉砂。土质较均匀、摇震反应无、土面光滑有光泽、韧性高等，干强度高等。4.108.50-12.48-16.2116.91.47e-061.65e-071-1粘土含云母、有机质条纹及泥钙质结核，夹薄层粉砂及少量粉质粘土，土质较均匀，摇震反应无，土面光滑有光泽，韧性给偶啊的，干强度高等。4.5011.90-19.79-25.3217.38.27e-081.32e-071-2粉质粘土夹粉土含云母、有机质条纹及贝壳碎屑，夹薄层粉砂，土质不均匀，摇震反应无，土面光滑无光泽，韧性中等，干强度中等。2.308.90-23.06-29.5818.11.49e-071.95e-072粘质粉土含云母、贝壳碎屑，夹薄层粘性土及少量粉砂，土质不均。摇震反应快，韧性低。干强度低。2.006.00-29.79-34.5518.51.95e-043.46e-04粉质粘土含氧化铁斑点及铁锰质结核，土质均匀，摇震反应无，土面光滑无光泽，韧性中等，干强度中等。2.403.30-24.40-25.8919.71砂质粉土含云母、氧化铁条纹，夹薄层粘性土，粘质粉土及少量粉砂，土质均匀，摇震反应快，土面粗糙，韧性无，干强度无。3.508.70-39.79-45.0518.52粉质粘土夹砂质粉土6.40-48.07粉砂未钻穿未钻穿说明：1、表中“”表示勘察报告未提供相关数据。 2、渗透系数为20下数据。 3、文中勘察资料取自二零零八年六月版。2.2水文地质条件2.2.1潜水对工程设计有直接影响的主要为浅部土层的潜水，其补给来源主要为大气降水与地表径流。潜水水位随季节、气候潮汛等因素有所变化，勘察时测得钻孔中地下水位为0.52.50m，相应绝对标高为2.703.90m。上海市常年地下水位在地表以下0.5m，低地下水位埋深为地表下1.5m。2.2.2承压水拟建场地部分地段第2层中分布有微承压水，第层中分布有承压水，该土层赋存地下水量丰富，根据上海市长期观察资料，微承压水和承压水水头高度一般均低于潜水为，水头埋深一般在地面以下3.011.0m，随季节呈周期性变化，。3设计依据与降水目的3.1设计依据1、GB50007-2002建筑地基基础设计规范2、GB50027-2001供水水文地质勘察规范3、DGJ08-37-2002岩土工程勘察规范4、JGJ120-99建筑基坑支护技术规程5、JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范6、GB50300-2001建筑工程施工质量验收统一标准7、DG/TJ08-236-2006市政地下工程施工质量验收规范8、DBJ08-61-97基坑工程设计规程9、供水水文地质手册10、青草沙水源地原水工程金海支线工程详勘报告。11、相关设计图纸3.2降水目的根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工要求，本方案设计降水的目的为：1、疏干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；3、降低下部承压含水层的承压水水位高度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性；4降水方案设计4.1基坑抗突涌稳定性验算基坑底板抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。即：hs FswH，其中：h 基坑底至承压含水层顶板间距离(m)；s 基坑底至承压含水层顶板间的土的重度(kN/m3)；H 承压水头高度至承压含水层顶板的距离；w 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；Fs 安全系数，一般为1.01.2，本工程取1.10；降压深度H= （FswH hs ）/101.1根据勘察资料，2层、层承压水位埋深为：3m（标高：+1.0m）；基坑底板抗突涌稳定性验算情况如下：1、2层稳定性验算（1）12号工作井稳定性验算：（由勘察报告，选取钻孔C205作为参考孔，其2层层顶板标高为-23.71m） 计算承压水顶托力为：FswH =271.81kPa 计算临界开挖深度：11.95 m（标高：-7.95m） 计算含水层上部土压力为：hs=151.1kPa 计算降压深度：H=13.34m（2）13号工作井稳定性验算：（由勘察报告，选取钻孔202作为参考孔，其2层层顶板标高为-25.76m） 计算承压水顶托力为：FswH =294.36kPa 计算临界开挖深度：12.818 m（标高：-8.818m） 计算含水层上部土压力为：hs=162.23kPa 计算降压深度：H=12.01m（3）14号工作井基坑涌水量计算（由勘察报告，选取钻孔201作为参考孔，其2层层顶板标高为-28.19m）计算承压水顶托力为：FswH =321.09kPa计算临界开挖深度：13.85 m（标高：-9.85m）计算含水层上部土压力为：hs=206.267kPa计算降压深度：H=10.44m基坑承压水降压情况，计算结果如下表：表4-1：基坑底板抗突涌抗稳定降压表(2层)开挖部位开挖面标高(m)开挖面埋深（m）参考钻孔承压水顶托力KPa含水层上部土压力KPa降压深度(m)控制水位埋深 (m)12号工作井+4.0020.6C205271.81151.113.3416.3413号工作井+4.0020.6202294.36162.2312.0115.0114号工作井+4.0020.6201321.09206.6710.4413.442、层稳定性验算由于勘察报告钻孔资料没有对层的揭露，对现有资料进行分析，不需要对层做降压处理。 4.2降水设计思路本工程中需要布置疏干井来疏干浅部含水层土体中的水分，另外需要布置若干2降压井。疏干井在透水性好的地层设置滤水管，因基坑开挖面以下为4m水泥浆加固，故考虑将疏干井深度控制在基坑开挖面附近，部分沉淀管伸入加固区，下部设置2m滤水管。降压井设计时，因基坑面积较小且围护未将含水层隔断，可将部分降压井布置在基坑外，以便于降水井的保护和工程施工；降压井的井位应避开顶管部位。4.3疏干设计采用围护明挖施工时，需及时疏干开挖范围内土层中含水，保证基坑干开挖的顺利进行。因此，开挖前需要布设若干疏干井，对基坑开挖范围内土层疏干。参照上海市标准基坑工程设计规程(DBJ08-61-97)，结合本工程实际情况，本次降水工程疏干井单井有效抽水面积a井取200m2。坑内降水井数量计算公式： n = A / a井式中：n 基坑内降水井数量(口)； A 基坑面积 (m2)；a井 单井有效降水面积 (m2)；本工程疏干井数量布置情况如下表：表4-1：疏干井数量设计开挖部位面积（m2）计算井数（口）实际井数（口）12号工作井213.761.068113号工作井176.251114号工作井213.761.0681具体各井管平面位置、布设尺寸及井结构详见附图1。4.4降压设计4.4.1基坑总涌水量理论计算参考公式（1）、12号工作井基坑涌水量计算：由于降水井为承压完整井，参考规范使用“大井法”计算时，应采用承压完整井计算基坑总涌水量。计算公式如下：其中：K承压含水层水平渗透系数；M承压含水层厚度；sw计算降深(sw=13.34)；r0基坑等效半径（r0=8.25m）；R0抽水影响半径；R0的计算公式如下：根据本工程实际情况，12号工作井进行降压设计时，渗透系数取综合值K0.25m/d；含水层厚度根据地质剖面2层取取13m。计算得出2层12号工作井基坑总涌水量Q123.507m3/d， （2）、13号、14号工作井基坑涌水量计算：本工程中13号、14号工作井为非完整井，所以采用下列非完整井基坑涌水量公式，其中，Q基坑出水量（m3/d） K渗透系数（m/d） r0基坑有效半径（m） Sw基坑水位降深（m） M含水层厚度（m） l滤水管长度（m）R降水影响半径（m）根据本工程实际情况，含水层渗透系数K取0.25m/d,2层含水层厚度根据钻孔揭露情况取25m，13号工作井基坑半径为7.5m，14号工作井基坑半径为8.25m。经计算13号工作井基坑涌水量为Q171.496m3/d；14号工作井基坑涌水量为Q163.747m3/d；4.4.2井数计算2层出水量取经验值q=60m3/d，则2层降压井数为：n12=1.1Q/q=2.264口，取3口，其中降压井2口，观测兼备用井1口；n13=1.1Q/q=2.85口，取3口；其中降压井2口，观测兼备用井1口；n14=1.1Q/q=2.73口，取3口。其中降压井2口，观测兼备用井1口；4.5井群干扰抽水降深预测4.5.1公式的选用根据本工程的承压含水层的特性及围护结构，在计算时采用三维渗流公式进行计算，具体如下：式中：Kx、Ky、Kz分别为渗透系统在x、y、z方向上分量，m/d；H承压含水层水位，m；S承压含水层贮水系数；M承压含水层厚度，m；W源汇项，m/d；q侧向补给量，m3/d；4.5.2建立模型预测水位降深 为了能够在理论上检验降水效果，下面用modflow对场区进行数值模拟。图4-1：12号工作井降深等值线图图4-2：13、14号工作井降深等值线图 根据以上预测结果，12号工作井基坑内两口降压井抽水时，水位降深为14m，能够满足基坑降水要求。13号工作井和14号工作井，基坑内两口井抽水时，坑内水位可降12.6m，能够满足该基坑降水要求。4.6井点布设本工程中各工作井的井点布置情况如下所述：12号工作井：共布置疏干井1口，井号为J12-1；布置2层降压井2口，井号为Y12-1、Y12-2；布置观测兼备用井1口，井号为Y12-3；13号工作井：共布置疏干井1口，井号为J13-1；布置2层降压井2口，井号为Y13-1、Y13-2；布置观测兼备用井1口，井号为Y13-3；14号工作井：共布置疏干井1口，井号为J14-1；布置2层降压井2口，井号为Y14-1、Y14-2；布置观测兼备用井1口，井号为Y14-3；5抽水试验方案5.1试验目的及内容为了后期优化方案，获取含水层相关的水力参数，因此，在正式降水方案之前需要进行实地抽水试验，其主要目的及内容为：1、确定在地下连续墙施工完成后承压含水层的地下水位和水力参数；2、确定降压井单井出水量；3、分析坑内和坑外降深；4、检验降水效果，为优化后期方案提供设计依据。5.2抽水试验工作量布置根据抽水试验要求，结合场地情况与周边环境，对本次抽水试验工作量进行如下布置：1、根据工程实际情况，共利用 12号工作井3口降水井进行抽水试验。利用Y12- 1Y12-3做单井抽水试验，其中Y12-1为抽水井，Y12-2、Y12-3为观测孔；利用Y14-1Y14-3 做群井抽水试验，其中Y12-1、Y12-2为抽水孔,Y12-3为观测孔。2、根据抽水试验内容，确定本次抽水试验的试验设备需要如下：抽水设备：深井水泵；2、水位计：2个；3、流量表（三角堰）：2个。5.3抽水试验设计本次抽水试验先进行单井定流量抽水，后进行群井定流量抽水。两次抽水之间让地下水位充分恢复。试验过程中抽水井与观测井同步进行水位观测。抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行，水位观测时间间隔为：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、90、120，以后每隔30min观测一次，至480后每60min观测一次，至1200后每2h观测一次，直至抽水停止。停止后观测恢复水位，时间间隔同抽水试验。抽水时同时进行水量观测，观测时间间隔为30min，采用流量表读数，精度应读到0.1m3。若发现水量过小而水位降低缓慢，可考虑改用流量较大的水泵，流量观测次数与地下水位观测同步。在整个抽水试验的过程中，抽水井的出水量应保持常量，若前后两次、观测的流量变化超过5%时，应及时调整。根据实际出水量及降水效果，为施工阶段井的优化方案提供依据。根据基坑降水设计方案布井平面位置，拟采取如下试验方式：表5-1：抽水试验过程一览表试验阶段试验方式抽水井号观测井号试验目的试验周期第一阶段单井试验Y12-1Y12-2、Y12-3单位涌水量、求水力参数3d抽观结合第二阶段群井试验Y12-1、Y12-2Y12-3检验降水效果3d抽观结合5.4结果统计与分析抽水试验结束后，需要对抽水过程中所采集的数据进行统计与分析，分析得出结果，将该结果应用于后续降水方案的优化设计中。试验结果统计与分析主要内容有：1、计算单井出水量：通过对各观测井抽水时稳定水量资料的统计与分析，综合计算单井出水量，为后期方案设计降压井位置和结构及抽水运行时配备设备提供参考依据。2、比较基坑内和基坑外的水位降深，分析有地下连续墙存在对抽水的影响。3、计算承压含水层水力参数(1)绘制各观测井st、LgsLgt以及sLgt曲线，直观反映两者联系；(2)选取适当的求参方法进行求参计算，求出承压含水层水力参数。4、利用相关软件及试验所得水力参数，模拟在地墙影响下承压水三维流坑内外不同距离的降深，根据模拟结果确定合理的降水运行工况。5、分析对周边环境的影响 (1)结合试验结果与挖土工况，为后期制定最优抽水方案，减小因抽承压水对环境可能带来的负面影响提供依据；(2)根据试验结果与初步评价结果，反馈信息，加强抽水试验阶段的沉降位移监测，尽可能掌握抽水初期引起沉降变化的规律，为下一步措施的制定提供参考数据。6降水运行工况6.1疏干降水运行工况浅层疏干井提前提前2周进行降水，一般应施工一口，投入运行一口。疏干井据要求加载真空负压降水，在抽水工期充足的条件下降水后应满足基坑分层开挖需求。6.2减压降水运行工况层承压水根据基坑开挖工况，具体根据抽水试验结果及挖土工况，按下表进行抽水安排。开挖深度以下的不同开挖深度控制水位埋深表如下：表6-1：A基坑降压抽水运行工况表基坑名称开挖分层开挖工况开挖标高(m)开挖深度(m)减压(m)水位控制(m)12号工作井第四层第三道环梁-5.9-9.59.913.502.37635.376第五层第四道环梁-9.5-13.113.517.12.3767.915.37610.91第六层收底板-13.1 -16.617.120.67.9113.3410.9116.3413号工作井第四层第三道环梁-5.9-9.59.913.501.04834.048第五层第四道环梁-9.5-13.113.517.11.0486.5794.0489.579第六层收底板-13.1 -16.617.120.612.0115.0114号工作井第五层第四道环梁-9.5-13.113.517.105.16338.163第六层收底板-13.1 -16.617.120.65.16310.448.16313.44注：1、根据开挖部位及分层水位控制需求，分部开启降压井，做到按需降压；2、降压工作原则上应经设计验算并发出停抽指令后方可停止，一般在底板施工完毕强度到达后(约一周)可考虑停止；若考虑在结构回筑期间仍需降压，可适当减小安全系数。7井点构造与设计要求7.1井点构造1、井壁管：井壁管均采用焊接钢管，坑内降水井井壁管直径均为273mm。2、过滤器（滤水管）：滤水管的直径与井壁管的直径应相同；所有滤水管外均包一层30目40目的尼龙网，尼龙网搭接部分约为20%50%；尼龙网包好用铁丝捆绑牢实；3、沉淀管：滤水管底部搭接1.00m2.00沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。7.2设计要求1、井口高度：井口应高于地表以上0.200.50m，以防止地表污水渗入井内；2、围填滤料：疏干井及降压井滤料从沉淀管底填至顶部过滤器以上2.003.00m；3、粘土封孔：在滤料围填面以上采用粘土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作，降压井根据需求埋填粘土球。详细滤料及粘土埋填情况见附图。7.3质量验收1、井身偏差：井身应圆正，上口保持水平，井的顶角及方位角不能突变，井身顶角倾斜度不能超过1度，井管与井深的尺寸偏差不得超过全长的正负千分之二；2、出水含砂量：抽水稳定后，出水含砂量不得超过2万分之一(体积比)；3、井内水位：抽水稳定后，井内的水位应处于安全水位以下。8附图