砂質(zhì)地層地鐵車站深基坑降水施工技術(shù)

劉祥勇

在地下水位較高的地區(qū)開(kāi)挖深基坑,由于含水層被切斷,在壓差作用下,地下水必然會(huì)不斷地滲流入基坑,如不進(jìn)行基坑降排水工作,將會(huì)造成基坑浸水,使現(xiàn)場(chǎng)施工條件變差,地基承載力下降,在動(dòng)水壓力作用下還可能引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象,因此,為確保基坑施工安全,必須采取有效的降水和排水措施。

1 工程概況

上海地鐵M8號(hào)線某車站為地下2層,標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度為15.5 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻,墻深26.5 m～28.5 m,連續(xù)墻趾深入地層第⑥層暗～綠草～黃灰綠色粉質(zhì)黏土。

1.1 地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告提供的本場(chǎng)地地層分布情況大致如表1所示。

表1 車站分層地質(zhì)情況

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)上述地層情況,本場(chǎng)地深基坑內(nèi)需降地下水為潛水型。

由地表至約30.00 m深的范圍內(nèi)由第②1層、②3-1層、②3-2層的粘質(zhì)粉土與砂質(zhì)粉土及第⑤1層飽和的粉質(zhì)黏土與第⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土組成,其中第②層粉性土的砂性較重,透水性較強(qiáng),含水量也較大。第⑤1層與第⑥層粉質(zhì)黏土為透水性很弱的土層。地下水位深度一般為0.50～0.70,相應(yīng)的絕對(duì)標(biāo)高為+3.50 m～+3.30 m左右。

2 對(duì)應(yīng)措施及目標(biāo)

1)通過(guò)降水及時(shí)疏干開(kāi)挖范圍內(nèi)土層的地下水,使其得以壓縮固結(jié),以提高土層的水平抗力,防止開(kāi)挖面的土體隆起,減少對(duì)基坑周圍環(huán)境的影響。2)通過(guò)降水及時(shí)降低基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)土層中的地下水,滿足基坑無(wú)水開(kāi)挖施工要求。

3 降水設(shè)計(jì)

車站基本形狀為長(zhǎng)條形,長(zhǎng)寬比大于5?？紤]基坑施工實(shí)際情況為分段施工,以C區(qū)(翻交段長(zhǎng)約80 m,寬21 m～27 m)為例進(jìn)行井點(diǎn)計(jì)算,井點(diǎn)采用深井點(diǎn)輔以真空泵,井點(diǎn)布置為雙排,距圍護(hù)墻3 m～3.5 m,開(kāi)挖深度為15.5 m,水位降深要求為開(kāi)挖面下2 m。

1)井點(diǎn)埋深：井點(diǎn)管埋深由降水深度及含水層所在位置決定。

取H1=15.5 m,h=2 m,L=10 m,i=1/10,l=0.5 m。

H≥H1+h+iL+l=15.5+2+1+0.5=19 m,取H=20 m。

2)井點(diǎn)計(jì)算：該井點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為無(wú)壓非完整井,井點(diǎn)系統(tǒng)總涌水量：

不滿足降深要求,應(yīng)增加井點(diǎn)管數(shù)量。經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算,需增加井點(diǎn)管至10根。

滿足降深要求。根據(jù)上海地區(qū)地鐵深基坑內(nèi)類似砂性地質(zhì)深井降水經(jīng)驗(yàn),單口井有效抽水面積約為150 m2～200 m2,本設(shè)計(jì)中單井抽水面積經(jīng)測(cè)算約為190 m2。另圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻,開(kāi)挖段周圍墻體封閉,且墻趾深入透水性較弱的地層第⑥層粉質(zhì)黏土,基坑內(nèi)除雨水外基本無(wú)外補(bǔ)給水源。實(shí)際結(jié)果證明：C區(qū)布置10口深井完全滿足施工需要。

4 施工工藝

4.1 降水井的構(gòu)造與設(shè)計(jì)要求

1)井口：井口應(yīng)高于地面以上0.50 m,以防止地表污水滲入井內(nèi),一般采用優(yōu)質(zhì)黏土或水泥漿封閉,其深度不小于3.00 m;2)井壁管：井壁管均采用焊接鋼管,降水井的井壁管內(nèi)徑大于250 mm; 3)過(guò)濾器(濾水管)：采用橋式濾水管或鉆孔管(兩種形式都可以用),濾水管的設(shè)計(jì)深度與長(zhǎng)度見(jiàn)圖1;4)沉淀管：沉淀管主要起到過(guò)濾器不致因井內(nèi)沉砂堵塞而影響進(jìn)水的作用,沉淀管接在濾水管底部,直徑與濾水管相同,長(zhǎng)度為1.00 m左右,沉淀管底口用鐵板封死;5)填礫料：各井從井底向上至地表以下5.00 m均圍填中粗砂;6)填黏性土封孔：在瓜子片或礫砂的圍填面以上采用優(yōu)質(zhì)黏土圍填至地表并夯實(shí),并做好井口管外的封閉工作。

4.2 成孔(井)施工工藝與技術(shù)要求

成孔施工機(jī)械設(shè)備選用QJ150-1型工程鉆機(jī)及其配套設(shè)備(也可能改用干取土機(jī)成孔)。采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁的成孔工藝及下井壁管、濾水管,圍填砂礫、黏性土等成井工藝。其工藝流程如下：1)測(cè)放井位：根據(jù)井位平面布置示意圖測(cè)放井位,當(dāng)布設(shè)的井點(diǎn)受地面障礙物或施工條件影響時(shí),現(xiàn)場(chǎng)可作適當(dāng)調(diào)整,主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的井盡量靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的鋼支撐邊;2)埋設(shè)護(hù)口管：護(hù)口管底口應(yīng)插入原狀土層中,管外采用黏性土和草辮子填實(shí)封嚴(yán),防止施工時(shí)管外返漿,護(hù)口管上部應(yīng)高出地面0.10 m～ 0.30 m;3)鉆進(jìn)成孔：降水井開(kāi)孔孔徑為500 mm～550 mm,均一徑到底。成孔施工采用孔內(nèi)自然造漿,鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿密度控制在1.10～1.15,當(dāng)提升鉆具或停工時(shí),為防止孔壁坍塌,需在孔內(nèi)壓滿泥漿;4)清孔換漿：鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.5 m,進(jìn)行沖孔清除孔內(nèi)雜物,同時(shí)將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)至1.10,孔底沉淤小于30 cm,返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止;5)下井管：下管時(shí)在濾水管上下兩端各設(shè)一套直徑小于孔徑5 cm的扶正器(找正器),以保證濾水管能居中,井管焊接要牢固、垂直,下到設(shè)計(jì)深度后,井口固定居中;6)井口封閉：在中粗砂的圍填面上采用優(yōu)質(zhì)黏性土圍填至地表,圍填時(shí)應(yīng)控制下入速度及數(shù)量,沿著井管周圍少放慢下的圍填,然后在井口管外做好封閉工作;7)安裝與試抽：成井施工結(jié)束后,在降水井內(nèi)下入潛水泵,地面接上真空泵,鋪設(shè)管道、電纜等。當(dāng)安裝完畢,開(kāi)始真空泵加潛水泵的試抽水。

[1] 余志成.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[2] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[3] 張永波,孫永忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社,2000.

[4] 俞建霖,龔曉南.基坑工程地下水回灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001(5)：70-74.

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