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        地鐵車站深基坑降水實(shí)例分析

        2021-10-18 07:37:22孫英健
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年29期

        孫英健

        (北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司,北京100855)

        1 地鐵車站概況

        該車站位于天津市匯川路與悅波路交口西南側(cè),沿匯川路與外環(huán)南路之間綠化帶呈東西向敷設(shè),為地下兩層島式站,主體規(guī)模529m×21.1m(結(jié)構(gòu)外皮)。車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬21.1m,深17.00~18.06m,盾構(gòu)井段寬26.3m,深18.80~19.86m。本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻,墻長(zhǎng)31.82m(不含冠梁高度),墻底位于1黏土層,隔斷第一層承壓水。第二承壓水抗突涌穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求,其中標(biāo)準(zhǔn)段下端3.0m為素混凝土墻段。車站主體分為兩期施工,在34軸~35軸中間設(shè)置分倉墻,采用800@500三重管高壓旋噴樁止水帷幕,深度與地下連續(xù)墻同深。

        2 工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件

        工程開挖主要潛水含水層為雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土和粉土層,含水介質(zhì)顆粒較細(xì),當(dāng)局部地段夾有粉砂薄層時(shí),其富水性、滲透性相應(yīng)增大。工程場(chǎng)地內(nèi)基坑開挖面主要存在2個(gè)承壓含水層。第一層微承壓水以⑨1粉質(zhì)黏土、⑨11黏土為相對(duì)隔水頂板,主要賦存在第Ⅲ陸相層中的⑨2黏質(zhì)粉土中,頂板埋深為25.9~31.5m(高程-27.75~-23.75m),含水層厚度0.4~4.3m,基本呈層狀分布,局部地段尖滅,根據(jù)初勘7CZ-SW02及詳勘7XZ-HCsw02水文資料揭示承壓水頭穩(wěn)定水位埋深3.50~5.50m(高程-0.97~-0.66m)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)已隔斷第一承壓含水層,降水不當(dāng)對(duì)基坑開挖有不利影響。第二層微承壓水以第Ⅳ陸相層的1粉質(zhì)黏土、11黏土為相對(duì)隔水頂板主要賦存在第Ⅳ陸相層中的2黏質(zhì)粉土、24粉砂、12黏質(zhì)粉土及24粉砂中,頂板埋深為34.6~40.5m(高程-37.0~-30.0m),含水層厚度0.4~8.3m,基本呈層狀分布,12黏質(zhì)粉土及14粉砂呈透鏡體及條帶狀分布。根據(jù)初勘7CZ-SW02水文資料揭示承壓水頭穩(wěn)定水位埋深5.35m(高程-2.51m)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)止水帷幕未隔斷第二承壓含水層,該層水對(duì)主體基坑無突涌風(fēng)險(xiǎn)。

        3 基坑降水控制整體思路

        結(jié)合基坑止水帷幕設(shè)計(jì),本工程降水控制思路如下:

        (1)針對(duì)上部潛水含水層的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn),布設(shè)疏干井在基坑開挖前進(jìn)行一定時(shí)間的預(yù)抽水,并盡量增加預(yù)降水時(shí)間,同時(shí)在土方開挖過程中結(jié)合明排措施,降低土層的含水量。

        (2)對(duì)于第一承壓含水層,場(chǎng)區(qū)內(nèi)整體范圍內(nèi)止水帷幕均隔斷了該層承壓水,無需針對(duì)該層單獨(dú)布置降水井,疏干處理即可。

        (3)對(duì)于第二承壓含水層,根據(jù)抗突涌驗(yàn)算,安全系數(shù)0.94~1.08,根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn),基本無突涌風(fēng)險(xiǎn)。

        (4)后期需通過施工試抽水試驗(yàn)進(jìn)行降水效果驗(yàn)證。

        4 基坑降水方案計(jì)算書

        4.1 涌水量計(jì)算

        依據(jù)天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》(DB/T29-229-2014)[1],基坑帷幕截?cái)嘟邓康暮畬拥姆忾]式疏干降水,基坑降水出水量應(yīng)按以下公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

        表1 疏干水量計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算表

        表2 越流水量計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算表

        式中:QW-基坑疏干降水總出水量,m3;Q1-坑內(nèi)疏干層范圍內(nèi)的出水量,m3;Q2-下伏第一承壓含水層和第二承壓含水層向基坑內(nèi)的越流補(bǔ)給量,m3;A-基坑降水面積,m2;μi-i土層給水度;i-基坑最大降水深度范圍內(nèi)所包含的土層數(shù);Δhi-i土層中水位變化(降深)值,m;Δh2-坑內(nèi)降水設(shè)計(jì)的目的水位與承壓水頭的水頭差,m ;坑內(nèi)降水設(shè)計(jì)的目的水位與承壓含水層頂間土層的等效垂直滲透系數(shù)加權(quán)平均值,m/d;m2-坑內(nèi)降水設(shè)計(jì)目的水位與承壓含水層頂間土層的厚度,m;T-降水時(shí)間,d。

        4.2 疏干井?dāng)?shù)量計(jì)算

        單井涌水量的確定主要依據(jù)管井的出水能力和所選取的水泵型號(hào)。基坑疏干降水?dāng)M選用QDX3-25-0.75型,流量為3.0m3/h,考慮場(chǎng)地淺層水多為粉質(zhì)粘土滲透性較差,無法滿足每臺(tái)泵均能保證3.0m3/h的出水能力,根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn),單井出水量平均取為12m3/d,疏干井提前20天啟動(dòng)疏干排水,則需要疏干井?dāng)?shù)量為56口,單口井控制降水面積a=A/n=11767/56=210.13m2,小于天津市《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》(DB/T29-229-2014)要求的單口井控制降水面積250~400m2[1]。但根據(jù)地質(zhì)條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),針對(duì)狹長(zhǎng)型基坑,長(zhǎng)寬比大,基坑內(nèi)實(shí)際布設(shè)60口疏干井,其中端頭井各布設(shè)疏干井4口(深度為26m),標(biāo)準(zhǔn)段布設(shè)疏干井52口(深度為24m),按井間距14~16m布設(shè)。

        此外,基坑外設(shè)置承壓水備用減壓井10口(兼觀測(cè)承壓水水頭)及觀察井30口。在基坑開挖過程中,承壓水備用減壓井觀測(cè)承壓水水位是否滿足抗突涌要求,輔助觀測(cè)止水帷幕的封閉效果;原則上承壓水備用減壓井不開啟,如開挖過程中承壓水水位標(biāo)高高于安全水位標(biāo)高,則啟動(dòng)備用觀測(cè)井輔助降壓。觀測(cè)井觀測(cè)基坑外水位變化情況,根據(jù)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,校驗(yàn)坑內(nèi)降水對(duì)坑外水位影響以及坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況,間接對(duì)止水帷幕滲漏起監(jiān)測(cè)作用。

        5 降水效果分析

        降水效果監(jiān)測(cè)分為兩區(qū)域、兩步進(jìn)行:第一步水泵放置深度在-12m位置;第二步放置井底,在抽水運(yùn)行期間,同步觀測(cè)坑內(nèi)觀測(cè)井與坑外觀測(cè)井的水位變化情況。試驗(yàn)時(shí)間為運(yùn)行約11天,觀測(cè)頻率為每2小時(shí)觀測(cè)一次,待水位穩(wěn)定后觀測(cè)頻率為每4小時(shí)觀測(cè)一次,見圖1。

        圖1 群井試驗(yàn)區(qū)域示意圖

        5.1 數(shù)據(jù)分析

        5.1.1 第一部位基坑群井降水?dāng)?shù)據(jù)分析

        第一部位降水井運(yùn)行約6天時(shí)間,動(dòng)水位下降較快,之后動(dòng)水位小幅緩慢下降,見圖2。J20終止水位-21.2m、J58終止水位-21m。停抽后約2天時(shí)間,水位緩慢上升至-13m左右,滿足開挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4~6t/h,后期出水量逐漸減小,出水量在0.8~1.5t/h。

        圖2 第一部位群井試驗(yàn)坑內(nèi)觀測(cè)井水位曲線圖

        5.1.2 第二部位基坑群井降水?dāng)?shù)據(jù)分析

        第二部位降水井運(yùn)行約6天時(shí)間,動(dòng)水位下降較快,之后動(dòng)水位小幅緩慢下降,見圖3。J24終止水位-21.3m、J36終止水位-21.5m。停抽后約2天時(shí)間,水位緩慢上升至-13m左右,滿足開挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4~6t/h,后期出水量逐漸減小,出水量在0.9~1.7t/h。

        圖3 第二部位群井試驗(yàn)坑內(nèi)觀測(cè)井水位曲線圖

        另外通過潛水觀測(cè)井水位變化和承壓水觀測(cè)井水位變化分析得出:在試驗(yàn)運(yùn)行期間,坑外潛水觀測(cè)井水位基本穩(wěn)定,水位波動(dòng)在2-10cm之間,水位波動(dòng)在正常范圍內(nèi),無異常變化,坑外承壓觀測(cè)井水位變化幅度0.03~0.22m,變化幅度較小。

        5.2 降水效果分析

        (1)試驗(yàn)中開啟單口降水井,單井水位下降能影響至周邊降水井,停抽后,水位均能短時(shí)間內(nèi)回升,說明成井質(zhì)量良好。

        (2)坑內(nèi)所有降水井開啟后,井內(nèi)水位均可以降至基底以下1m,降水井降水能力滿足設(shè)計(jì)要求。

        (3)坑外觀測(cè)井水位變化幅度平穩(wěn),水位下降滿足規(guī)范要求且未出現(xiàn)持續(xù)下降或下降趨勢(shì)繼續(xù)延續(xù)的情況,表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯滲漏。

        通過坑外觀察井水位變化情況分析,數(shù)據(jù)證明圍護(hù)結(jié)構(gòu)無明顯滲漏情況,證明基坑降水對(duì)周邊環(huán)境的影響較小,同時(shí)坑內(nèi)水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證明基坑現(xiàn)有降水井設(shè)置方案及選用抽水設(shè)備能滿足基坑降水的需要,該降水方案是可行的。

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