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        人防工程處理的深導(dǎo)墻地下水控制技術(shù)

        2012-08-16 06:28:36劉盈華張春強
        科技視界 2012年36期
        關(guān)鍵詞:井點人防計算公式

        劉盈華 張春強

        (1.中鐵十九局集團有限公司地鐵工程有限公司 中國 北京 100000;2.蘇州軌道交通工程有限公司 江蘇 蘇州 215031)

        0 前言

        蘇州軌道交通4 號線沿人民路南北向穿越蘇州古城區(qū),其中觀前街站需拆除既有人防設(shè)施。 為保證周邊商家經(jīng)營及道路通行要求,對車站圍護結(jié)構(gòu)穿越人防地段采用深導(dǎo)墻支撐既有人防方案。該方案難點是在深導(dǎo)墻施工后破除人防地板時地下水的處理,同時又要保證周邊商家等建筑物不受影響。

        1 深導(dǎo)墻的地下水處理

        1.1 工程概況

        地下水的控制主要采用三種方式進行, 一種是輕型井點降水,第二種是采用疏干井作為緊急臨時降水井(需嚴格控制降水深度)或回灌井,第三種是周邊設(shè)置備用回灌井。

        人防工程處理過程中地下水的控制途徑:

        圖1

        1.2 井點降水施工技術(shù)措施

        1.2.1 地面沉降驗算

        (1)附加沉降計算原理

        ①附加沉降

        采用分層總和法進行沉降計算,計算公式如下:

        其中,S——降水引起的地面總附加沉降量(m);

        Si——第i 計算土層的附加沉降量(m);

        對于第i 層土,其附加沉降計算公式如下:

        其中,ΔPi——第i 計算土層降水引起的附加荷載(kPa);

        Ei——第i 計算土層的壓縮模量(kPa);

        Hi——第i 計算土層的土層厚度(m)

        ②ΔPi值的修正系數(shù)

        對于粘土和粉質(zhì)粘土,其附加荷載的修正系數(shù)計算式如下:

        μ=容水度-持水度=給水度(含水量)=W

        其中,μ——計算土層降水引起的附加荷載修正系數(shù);

        W——計算土層的給水度(含水量)

        因此,對于粘土和粉質(zhì)粘土,修正過后的附加沉降計算公式如下:

        ③附加荷載

        因地下水位下降引起的土層附加荷載,計算式如下:

        其中,ΔP——降水引起的土層附加荷載(kPa)

        v——水的重度(kN/m3)

        Δh——降水前后土層的水頭降落值(m)

        ④彈性模量

        對于粘土、粉質(zhì)粘土和粉土,彈性模量計算式如下:

        其中,e——土層的原始孔隙比;

        α——土的體積壓縮系數(shù)(MPa-1)

        ⑤距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值

        通過潛水完整井水位下降曲線方程,得到距離降水點任意距離處水位降落值的計算公式如下:

        其中,ΔH——距離降水點任意距離處的水位下降值(m);

        H——潛水含水層厚度(m);

        hw——井點降水穩(wěn)定水頭值(從含水層底板算起)(m);

        M——井點降水水位降深值,其計算公式如下:

        L(x)——計算點距離降水點的距離(m)

        r0——仿大井半徑(降水范圍等效半徑)(m)

        對于本工程,降水區(qū)域近似矩形,其計算公式如下:

        a——降水范圍長邊長度(m)

        b——降水范圍短邊長度(m)

        R——單井抽水影響半徑(m)。 其計算公式如下:

        K——滲透系數(shù)(m/d)

        (2)計算模型建立

        以察院場東側(cè)地下連續(xù)墻范圍底板破除時的底板降水為例,并考慮最不利因素,建立典型降水模型,如圖2 所示。

        圖2 典型降水模型圖

        (3)附加沉降計算

        ①距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值的計算

        根據(jù)典型降水模型、地質(zhì)參數(shù)等,各參數(shù)取值如表1 所示。

        將表1 中的參數(shù)代入公式(6),并分別計算L(x)=2.5m、5m、7.5m、10m、15m 時的水位降落值ΔH,計算結(jié)果見表2 所示。

        根據(jù)計算結(jié)果,繪制水位降落曲線如《水位降落曲線圖》所示。

        ②彈性模量計算

        將相關(guān)孔隙比、壓縮系數(shù)代入公式(5),計算出③1 粘土層的彈性模量,詳見表3。

        表1 任意距離處水位降落值計算參數(shù)表

        表2 水位降落值(ΔH)計算結(jié)果匯總表

        圖3 水位降落曲線圖

        表3 彈性模量計算參數(shù)及結(jié)果匯總表

        ③附加荷載計算

        根據(jù)計算式(4),降水原點處土層附加荷載計算參數(shù)及結(jié)果詳見表4。

        表4 附加荷載計算參數(shù)及結(jié)果匯總表

        表5 附加沉降計算參數(shù)及結(jié)果匯總表(L(x)=0m 時)

        ④附加沉降計算

        將表2、3、4 相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(2),計算出各土層附加沉降量,當距離L(x)=0m 時計算參數(shù)及結(jié)果如表5。

        依此類推,各距離處沉降計算結(jié)果分別如表6 所示。

        表6 沉降計算結(jié)果匯總表

        ⑤計算結(jié)果分析

        根據(jù)計算結(jié)果分析,降水引起的地面沉降量較小,由于不均勻沉降可能導(dǎo)致的周邊建筑物傾斜率以及沉降量均在相關(guān)規(guī)范要求的允許值范圍以內(nèi),不會造成環(huán)境破壞。因此,采用輕型井點降水在環(huán)境安全性上是可行的。

        1.2.2 井點降水設(shè)計

        以《典型降水模型圖》所示地下連續(xù)墻施工工況為例進行降水設(shè)計。

        (1)計算參數(shù)

        根據(jù)上文沉降計算相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果得出:

        滲透系數(shù):K=0.04752 m/d

        含水層厚度:H=30 m

        水位降深值:M=6.95 m

        單井抽水影響半徑:R=16.6 m

        降水范圍等效半徑:r0=3.3 m

        計算影響半徑:R0=R+r0=16.6+3.3=19.9 m

        (2)涌水量計算

        (3)單根井點管的允許最大出水量

        井點管濾水管長度:L=1 m,井點管半徑:r0=0.015 m,代入單根井點管的允許最大出水量計算公式:

        (4)井點數(shù)量計算

        (5)井點間距計算

        降水范圍周長為2(a+b)=22 m

        井點間距為2(a+b)/n=0.88 m,為保險起見,施工時按間距0.8 m布置。

        (6)井點管長度計算

        井點管距離底板開槽中心距離為1.4 m,根據(jù)水位降落曲線圖,底板底面以下最小有效井管長度為1.524 m, 施工時取按照底板頂面以上0.3 m,底板底面以下有效井管1.5 m,濾管長度1m,考慮底板厚度,井點管長度為3.6 m。 由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)部部分內(nèi)凈空高度小于3.6 m,為便于施工,可根據(jù)凈空尺寸,井點管可采用分節(jié)拼接井點管。

        (7)立柱樁及放坡開挖時的輕型井點設(shè)計

        參照以上地下連續(xù)墻施工時的井點降水計算,立柱樁(降水井)及放坡開挖施工時的輕型井點可參照地下連續(xù)墻施工時的井點降水布置。

        (8)圖例

        ①地下連續(xù)墻施工時的井點降水圖例

        圖4 地下連續(xù)墻施工時的井點降水布置示意圖

        ②立柱樁施工時的井點降水圖例

        圖5 立柱樁施工時的井點降水布置示意圖

        ③放坡開挖時的井點降水圖例

        圖6 放坡開挖施工時的井點降水布置示意圖

        1.2.3 輕型井點降水施工

        (1)鉆孔

        采用混凝土取芯機在人防結(jié)構(gòu)底板上鉆取φ80 mm 孔洞,進行井點管的安裝。

        鉆孔時旁邊準備一定數(shù)量的應(yīng)急物資,如直徑與鉆孔直徑相當?shù)膱A木、麻袋布、棉絮、榔頭、雙快水泥、塑料軟管等,一旦出現(xiàn)鉆孔后地下水噴涌的情況,可以立即進行封堵。

        (2)井點管安裝

        由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空高度一般不超過3.8 m, 部分位置凈空高度小于井點管長度,為便于施工,可根據(jù)凈空尺寸采用分節(jié)拼接井點管。

        井點管安裝應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)完成,一旦井點管插入到設(shè)計標高位置,立即進行孔洞的封堵,封堵方法詳見圖7。

        圖7 輕型井點孔洞封堵示意圖

        1.2.4 疏干井、回灌井

        在人防結(jié)構(gòu)底板破除前在人防結(jié)構(gòu)范圍以內(nèi)施工一定數(shù)量的疏干井,在人防結(jié)構(gòu)范圍以外(同時位于設(shè)計主體圍護結(jié)構(gòu)外側(cè))施工一定數(shù)量回灌井,以備緊急情況下使用。

        疏干井按照1 口/250 m2左右進行布置。 井點沿車站及區(qū)間的線路縱向布置成兩排,相鄰井點呈梅花形交錯布置。 井管直徑φ300,鉆孔直徑φ600,管井采用3mm 厚鋼板加工而成。 井管底位于主體基坑底面以下5 m。 人防施工時作為臨時水位觀測井及緊急降水時使用,降水深度不超過人防結(jié)構(gòu)底板底以下2 m。

        回灌井沿圍護結(jié)構(gòu)及人防結(jié)構(gòu)外側(cè)布置, 間距15 m。 井管直徑φ250,鉆孔直徑φ600,其成井方式、深度及構(gòu)造同疏干井。回灌井井口采用鋼板覆蓋,作為水位觀測或緊急回灌水時使用。

        2 深導(dǎo)墻降水技術(shù)的實用性

        2.1 保證了道路交通需要和商家正常經(jīng)營的需要;

        2.2 較先處理人防工程節(jié)省了較大工程造價;

        2.3 為快速完成本工程節(jié)約了工期;

        2.4 為類似工程提供類比經(jīng)驗。

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