南寧市怡賓橋沉井降水方案

阮世春

(中鐵十八局華南工程公司 天津 300222)

1 工程概況

南寧市怡賓橋工程,跨越南寧市竹排沖河道,兩邊與怡賓路相接,乃中承式提籃混凝土箱拱橋。本橋長72 m,為單跨結(jié)構(gòu),橋梁拱座基礎(chǔ)為沉井結(jié)構(gòu),原設(shè)計沉井周邊采用止水帷幕堵水,要求止水帷幕的滲透系數(shù)不大于5×10-3cm/s,然后挖土下沉施工。

為了能給單位創(chuàng)效增譽(yù),經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)分析研究,把止水帷幕改成打降水井降水。為此,我等現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)行了降水井設(shè)計和施工。

單邊橋臺有2個沉井組成,每個沉井長13 m,寬8 m。沉井底標(biāo)高為55.89m,沉井頂標(biāo)高64.89,因此,沉井高9.0 m范圍內(nèi)土層可分為5個工程地質(zhì)層,其巖性主要為素填土、圓礫、亞砂土、粉砂,現(xiàn)自上而下分層敘述。

1)層素填土,灰黃、黃色,濕,松散,高壓縮性,成份為粘性土、砂土和泥巖棄土,混10～20%碎石或礫石等硬質(zhì)顆粒。厚度為3.0m,層底標(biāo)高為65.24m;

2)層圓礫土,灰、黃色,飽和,松散狀態(tài),分選性中等,磨圓度中等,呈亞園狀。礫徑以0.2～20 mm為主,含量約55%～70℅,少量達(dá)30～40 mm,占 5%～10%;厚度為1.6m,層底標(biāo)高為63.64m;

3)層亞砂土,黃、灰色,濕,軟塑狀態(tài)。厚度為2.3 m,層底標(biāo)高為61.3 m;

4)層粉砂,呈灰黃、黃、灰色,飽和,稍密狀態(tài),質(zhì)較均勻,砂質(zhì)成份以石英質(zhì)為主,混硅質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r碎粒。厚度為1.6 m,層底標(biāo)高為59.74m;

5)層圓礫,灰色,飽和,稍密狀態(tài),局部為中密狀態(tài)。分選性中等,磨圓度中等。礫徑以0.2～20 mm為主,含量約55%～60%,少量達(dá) 30～40mm;厚度為為6.5 m,層底標(biāo)高為53.24m;

2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報告,場地內(nèi)地下水主要有兩種類型:

上層滯水:主要賦存于素填土①中,由大氣降水及地表水補(bǔ)給,無統(tǒng)一水位,水量貧乏,其水位受日常氣候影響,動態(tài)不穩(wěn)定。靜止水位埋深1.5～1.8 m。

孔隙承壓水:主要賦存于②層圓礫土、④層粉砂和⑤層圓礫間無穩(wěn)定隔水層分隔,可近似視為同一含水層,補(bǔ)給來源主要為來自階地后緣地下水的側(cè)向徑流。其水位、水質(zhì)受季節(jié)氣候影響,動態(tài)相對穩(wěn)定。地下水初見水位與圓礫②頂板埋深一致,靜止水位0.4～7.3 m,具承壓性,承壓水頭 2.0～3.2m。

場地內(nèi)主要土層滲透系數(shù)如表1。

表1 場地內(nèi)主要層滲透系數(shù)

3 降水井方案設(shè)計

根據(jù)怡賓橋橋臺處的土質(zhì)、土層、水位具體情況,進(jìn)行降水設(shè)計。本降水方案只設(shè)計單邊橋臺沉井降水井方案。

3.1 地下水控制

本基坑工程地下水控制采用管井降水。管井為完整井,根據(jù)廣西建筑綜合設(shè)計研究院提交的《廣西南寧市怡賓橋巖土工程勘察報告》,地下水靜止水位高程為68.01～66.90m之間,沉井基礎(chǔ)底高程為55.89 m,為保障施工安全,地下水位需在基礎(chǔ)底面以下大于 0.5 m,因此地下水位須降深12.62m,才能滿足基坑施工的需要,根據(jù)勘察報告,本基坑場區(qū)內(nèi)含水層滲透系數(shù)如下:

礫砂:30.00 m/d 強(qiáng)透水層

圓礫:35.00 m/d 強(qiáng)透水層

取最大滲透系數(shù)K=35.00 m/d

本基坑開挖范圍內(nèi)的粘土和粉質(zhì)粘土為隔水層,粉砂土為弱透水層,礫砂層和圓礫層為強(qiáng)透水層。

3.2 管井降水設(shè)計

本工程周邊環(huán)境較為簡單,重點是要保證沉井下沉施工過程中基坑無水,由于本工程地下水降深幅度較大,水位降深漏斗較陡,因此降水對周邊環(huán)境影響較大,但周邊建筑物少,安全影響不大。

本基坑涌水量大,而含水層厚度變化較大,必須對各降水井點的位置及單井出水量精心設(shè)計,以達(dá)到最佳降水效果。

1)管井降水設(shè)計計算

①基坑總涌水量

基坑涌水量采用大井法進(jìn)行估算得5 433.927 m3/d,計算式如下

式中:Q為基坑涌水量(m3/d);k為滲透系數(shù),取k=35m/d;H為潛水含水層厚度,取 H=14 m(平均值);S為基坑水位降深,取S=12.60m;R為降水影響半徑,根據(jù)《規(guī)范》F.0.7取R=557.826m;r0為基坑等效半徑,根據(jù)《規(guī)范》F.0.7取r0=11.165 m。

②單井涌水量q

式中:q為單井出水量;rs為過濾管半徑,取 rs=0.137 m;l為過濾管長度,取l=9.0 m;k為滲透系數(shù),取k=35 m/d;

計算得:q=1 519.719 m3/d (選用50 t/h深井泵,q=1 200m3/d).

③降水井?dāng)?shù)量n

5口井平面布置如下圖

圖1 降水井平面布置圖

④沉井降水電算書(采用理正巖土系列5.5軟件)

[原始條件]:

計算模型: 潛水完整井;基坑遠(yuǎn)離邊界

任意點降深計算公式采用:基坑工程手冊公式

沉降計算方法:建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法,考慮應(yīng)力隨深度衰減的方法,且考慮相互影響半徑

沉降計算相互影響半徑按266.980/m考慮

[計算結(jié)果]:

基坑涌水量計算:

a)按《規(guī)范》附錄 F計算得

根據(jù)《規(guī)范》F.0.7確定降水影響半徑R=557.826 m;

根據(jù)《規(guī)范》F.0.7確定基坑等效半徑r0=11.165m;

基坑涌水量 =5433.927(m3/d)。

b)降水井的數(shù)量計算:

按《規(guī)范》8.3.3計算得:

單井出水量按1 200.000(m3/d)計算,需要降水井的數(shù)量=5。

c)單井過濾器進(jìn)水長度計算

按《規(guī)范》8.3.6驗算得

單井過濾器進(jìn)水長度=0 m。

d)各點降深與地表沉降計算

降深按《基坑工程手冊》計算

按用戶指定的井?dāng)?shù)(5)、井位、各井抽水量,計算得

在指定范圍內(nèi):最小降深=6.555 m;最大降深=14.000 m。

在指定范圍內(nèi):最小沉降=3.3 cm;最大沉降=7.9 cm。

e)建筑物各角點降深與沉降計算

建筑物角點1:降深=6.328 m;沉降=0.994 cm。

建筑物各角點:最小降深=6.328 m;最大降深=6.328m。

建筑物各角點:最小沉降=1.0 cm;最大沉降=1.0 cm。

建筑各角點之間最大傾斜率=千分之0.000。

f)觀察剖面上各點降深與沉降計算

觀察剖面上:最小降深=7.618m;最大降深=14.000m。

觀察剖面上,地表:最小沉降=3.3 cm;最大沉降=7.8 cm。

觀察剖面上,建筑物埋深平面:最小沉降=1.2 cm;最大沉降=5.6 cm。

圖2 降濘等值線/m

根據(jù)計算結(jié)果,地下水最大降深達(dá)到14 m,大于施工需要的降深12.62m,完全滿足施工需要。

⑤單井結(jié)構(gòu)設(shè)計

a)鉆孔直徑φ600mm;

b)井管利用外徑φ273×6mm鋼管,井管結(jié)構(gòu)為:死管+過濾管+沉砂管;

其中:過濾管采用圓孔過濾器(孔隙率為30%)墊筋為φ6.5mm鋼筋,包網(wǎng)采用60～80目尼龍網(wǎng)包二層,過濾管長度≥9.0 m。沉砂管長度2 m。死管長度根據(jù)鉆孔見圓礫深度調(diào)整。

c)投礫

投礫采用5～10mm河礫石。

d)井口封閉

鉆孔上部死管段采用粘土(Ip＞17)封填并分層搗實。

具體降水井施工按《供水管井設(shè)計施工與驗收規(guī)范》執(zhí)行。設(shè)計詳見降水井結(jié)構(gòu)大樣圖:

2)觀測孔布置

為了解場內(nèi)承壓水水位變化情況,在基坑外布置2口水位觀測孔,以便監(jiān)控。觀測孔孔徑 130 mm,管徑 75 mm,孔深約18.00 m,采用白色PVC管制作管壁。具體詳見《降水井結(jié)構(gòu)大樣圖》。

降水井正式運(yùn)行要求各所有降水井均能達(dá)到設(shè)計抽水量,短期內(nèi)(七天內(nèi))降水井抽水含砂量小于1/50 000。長期運(yùn)行抽水含砂量必須小于1/100 000。

4 降水井施工注意事項

降水井設(shè)計及施工實行信息化,在基坑開挖前先施工一口觀測井,對降水設(shè)計各項參數(shù)進(jìn)行驗證。

基坑降水在基坑開挖至底板頂面時,根據(jù)基坑內(nèi)水位情況分期適時啟動,當(dāng)基礎(chǔ)底板施工完畢后關(guān)閉降水井并進(jìn)行封閉。為使基坑降水安全運(yùn)作,施工現(xiàn)場應(yīng)駐有項目負(fù)責(zé)人、技術(shù)員、電工、機(jī)修工等值班人員。在基坑降水維持開始前由項目負(fù)責(zé)人制定好工作制度和工作程序,以便值班人員更好地工作。

在降水維持階段,為保證降水設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),值班人員須著重注意以下幾點:

1)在社會電網(wǎng)停電時,通知立即啟動備用發(fā)電機(jī)組,保證能在20m in內(nèi)使降水設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)作。

2)保護(hù)好基坑降水設(shè)施。

3)在降水維持階段,為及時了解地下水情況,以指導(dǎo)下一步的降水工作。值班人員每臺班測量水位2～3次。

4)值班人員應(yīng)根據(jù)水位觀測情況調(diào)整降水井的開泵數(shù)量,控制地下水位位于基礎(chǔ)底以下1.0m,避免不必要的大幅降水,既節(jié)約施工成本,又減少對周邊環(huán)境的影響。

5 小 結(jié)

怡賓橋0#臺沉井通過實施上述降水方案,順利實施了沉井排水下沉的施工,并取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。通過上述論述,單位工程人員以后在南寧或有相同地質(zhì)情況的地方均可參照上述方法進(jìn)行降水方案設(shè)計與施工。

[1]廣西南寧市勘測院廣西南寧市怡賓橋巖土工程詳細(xì)勘察報告.

[2]建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范(JGJ120-99).

[3]供水管井設(shè)計施工及驗收規(guī)范.

[4]基坑工程手冊.

[5]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.