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    南京長江漫灘地區(qū)深基坑施工地下水風(fēng)險管理

    2022-02-28 07:42:16
    技術(shù)與市場 2022年2期
    關(guān)鍵詞:井點洗井承壓水

    薛 松

    (上海隧道工程有限公司,上海 200032)

    0 引言

    隨著城市地下空間開發(fā)的快速發(fā)展,深基坑工程不僅數(shù)量和規(guī)??焖偬嵘?,而且工程水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜,環(huán)境保護要求日益提高,承壓水已成為基坑工程險情高發(fā)領(lǐng)域。南京長江漫灘地區(qū)因其復(fù)雜的巖土構(gòu)造,具有含水層厚度大、地下水位高、土層透水量大的特點,在長江漫灘地區(qū)進行深基坑施工,地下承壓水極易產(chǎn)生基坑突涌破壞、降水引發(fā)過量沉降、圍護結(jié)構(gòu)開裂、孔洞引起的流砂等危害。

    1 工程概況

    某隧道位于南京長江漫灘地區(qū),距離長江約2 km,隧道采用明挖順做法施工,全長490 m,其中暗埋段長140 m,兩側(cè)敞開段分別長170 m和180 m,基坑最大開挖深度約14.7 m,隧道平面布置如圖1所示?;佑缮钪翜\圍護形式分別采用鉆孔灌注樁、SMW工法樁圍護、水泥土重力式擋墻。

    圖1 某隧道平面布置圖

    根據(jù)勘察,揭示本工程地質(zhì)由上到下依次為填土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉土、細粉砂、粉砂等(見圖2),地下水有淺層潛水和下部微承壓水兩類,地質(zhì)斷面與圍護結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示??辈炱陂g,測得承壓水水位埋深為3.20~4.10 m,標高4.42~4.55 m。基坑開挖過程中需要對淺層潛水進行疏干、下部承壓水進行降壓。由于承壓水補給來源為上部孔隙水下滲和長江水的側(cè)向滲流,水量大。

    圖2 某隧道典型地質(zhì)剖面圖

    2 地下水風(fēng)險分析及針對性措施

    2.1 地下水風(fēng)險分析

    根據(jù)工程場地工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件分析,本工程地下水風(fēng)險主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

    1)軟弱土:如圖2所示,②-2層粉質(zhì)黏土為軟塑,局部流塑狀態(tài);②-3層粉質(zhì)黏土夾粉土為軟塑,局部流塑狀態(tài),夾粉土薄層土質(zhì)不均勻,軟弱土層具有高含水率、低滲透率的特點,不利于土層疏干。同時軟弱土層力學(xué)強度低、開挖面土層穩(wěn)定性較差,不便于挖掘機和工人在坑內(nèi)施工作業(yè),土方開挖及支撐形成效率相對不高,對控制基坑變形不利。

    2)承壓水:如圖2所示,②-4層粉土層為微承壓含水層,存在承壓性。承壓水主要補給來源為長江水的側(cè)向滲流,水量大?;娱_挖過程中如不及時減壓降水或降壓能力不足,基坑會存在突涌的風(fēng)險[1]。

    2.2 應(yīng)對措施

    2.2.1 高含水率、低滲透率軟弱土的疏干措施

    本工程針對軟弱土滲透率底、疏干難度大的特點,從以下3個方面入手,來達到疏干效果。

    1)增大疏干井濾管與土體總接觸面積:通過增加井點數(shù)量和延長單井濾管長度增大與土體總接觸面積。本工程基坑內(nèi)的降水井的單井有效抽水面積a井取200 m2。同時考慮到基坑較窄且存在不均勻夾粉土薄層土質(zhì)的因素,在理論計算井點數(shù)量上增加10%。

    本工程3 m以下軟弱土層盡可能布置濾管,因微承壓含水層層頂埋深較淺,為防止疏干井和下部微承壓含水層連通,疏干井深度距離微承壓含水層層頂考慮3 m,故疏干井最深控制在14 m,扣除沉淀段,單井濾管長度為10 m,濾管占有率超70%。

    2)提升疏干效率:采用真空泵抽氣、潛水泵抽水的方法降低潛水位,預(yù)抽水期間真空管路的真空度大于-0.06 MPa,降水期間潛水泵和真空泵同時開啟。濾料柱頂面以上用黏性土填實,保證預(yù)降水期間真空負壓的有效性。

    3)增加疏干時間:合理施工籌劃,正式開挖前至少預(yù)留20 d以上預(yù)抽水時間。

    2.2.2 減壓降水施工及運行管理措施

    本工程承壓水層厚,補給水量大,降壓井質(zhì)量及降壓能力是管理重點[2]。

    1)檢測井管材質(zhì)、壁厚,并進行耐壓試驗。降壓井既要靠承受反復(fù)洗井的荷載,設(shè)在基坑內(nèi)時又要確保開挖階段井壁完好,必須采用鋼制井壁。鋼管壁厚小于6 mm,易被挖掘機械損傷,焊接時經(jīng)常會融穿,造成漏水。

    2)過濾系統(tǒng)。選用合理配比的濾料,濾料的質(zhì)量直接關(guān)系到出水量的大小?;靥顬V料上部采用黏土球隔斷承壓水層。濾水管采用橋式過濾器,外包30~40目的尼龍網(wǎng)。濾水管底部設(shè)置長度為1.00 m的沉淀管,防止井內(nèi)沉砂堵塞而影響進水,沉淀管底口用鐵板封死。

    3)抽水試驗。抽水試驗分前期驗證、中期驗證、最終驗證。前期驗證為單井試驗,主要目的是驗證單井施工質(zhì)量,確定單井出水量;在降水井?dāng)?shù)量施工約一半時,進行中期驗證,確定含水層的初始水位,確定各區(qū)域減壓降水控制水位及相應(yīng)降深,并與降水方案比對,驗證降水設(shè)計的合理性,以確定是否需要優(yōu)化井點構(gòu)造,增減井點數(shù)量;在井點全部施工完成后,進行最終驗證檢驗降水效果,得出是否能夠滿足設(shè)計最大降深的要求[3]。

    4)降水運行中應(yīng)保證一路工業(yè)用電停電后,另一路電源能及時使用(見圖3),保證停電短時間內(nèi)能將確保降壓井的電源得到及時更換,確保在基坑開挖過程中降水不得長時間中斷,否則造成的后果無法估量,影響基坑的安全。

    ①—常用電源;②—備用電源;③—抽水設(shè)備。

    3 施工中出現(xiàn)的問題及其原因

    本工程在蓋板區(qū)至底板準備澆筑時發(fā)現(xiàn)坑底涌水,增大單井水泵功率和增開降壓井仍無法控制,后經(jīng)回水反壓和補井措施后,事故得到控制,如圖4所示。

    圖4 涌水點及補井平面布置

    降水井無法滿足現(xiàn)場降壓要求是事故的直接原因,經(jīng)分析可能的原因如下。

    1)降水井成孔作業(yè)的鉆頭φ 500 mm。其一,造成土體與過濾系統(tǒng)的接觸面不足,出水能力不高;其二,過濾管與土體之間回填濾料厚度偏低,降水井運行后,濾料泥沙淤積而使降壓井失效的可能性增大[4]。

    2)井點回填濾料質(zhì)量不穩(wěn)定,配比偏細,濾料容易泥沙淤積而使降壓井出水效果降低。

    3)現(xiàn)場所有井點僅采用了空壓機洗井,未進行過活塞洗井,導(dǎo)致回填濾料及井點護壁未完全洗凈,試驗期間能滿足需求,但長期運行后,降水效果逐步減弱。

    4)雖進行了降水驗證,但未選擇工程最不利位置,從而未能及時發(fā)現(xiàn)蓋板段降壓能力不足的問題。

    4 結(jié)語

    本文結(jié)合南京長江漫灘地區(qū)某隧道施工案例,探討了該地區(qū)地下水風(fēng)險控制要點和應(yīng)對措施,并結(jié)合施工過程中遇到的風(fēng)險,形成了以下幾點經(jīng)驗,為后續(xù)類似工程提供參考。

    1)多數(shù)施工單位在降水控制時,對降水井?dāng)?shù)量、井深有較高重視,而忽視了成井直徑、回填濾料質(zhì)量、洗井等關(guān)鍵項目,造成了成井質(zhì)量缺陷,致使群井降水逐步失效。

    2)降水井成孔直徑不應(yīng)小于650 mm;濾料應(yīng)檢測配比后使用。

    3)建議采用活塞和空壓機聯(lián)合洗井的方式,即活塞洗井完成后,采用空壓機洗井,以確保成井質(zhì)量。

    4)降水驗證應(yīng)選擇工程最不利位置或多處不利位置,從而最準確地驗證能夠滿足設(shè)計最大降深的要求。

    5)降壓井施工時應(yīng)設(shè)置應(yīng)急備用井,應(yīng)急備用井井?dāng)?shù)不少于設(shè)計計算井?dāng)?shù)的20%,在風(fēng)險發(fā)生時,能及時選擇啟用備用井控制險情。

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