同一區(qū)域深基坑降水方案比選分析

簡(jiǎn)靖桃

1 工程概況

沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線沈陽(yáng)北站位于鐵路沈陽(yáng)北站前廣場(chǎng),全長(zhǎng)155.6 m,基坑深24 m,為地下3層車站,其中118.5 m為明挖基坑,37.1 m為“PBA”工法暗挖基坑,根據(jù)施工安排,首先施工明挖段,在明挖段結(jié)構(gòu)施工完成后再開挖暗挖段的基坑。基坑底位于砂卵石層,地下水初始水位在地面以下9.0 m,地下含水砂層埋深約40 m。基坑采用φ 1 000@1 200鉆孔灌注樁圍護(hù),采取坑外井點(diǎn)降水。2008年10月開始施工基坑圍護(hù)樁,2009年1月開挖明挖段基坑,3月施工車站結(jié)構(gòu),暗挖段基坑計(jì)劃在2010年2月進(jìn)行開挖,本次主要研究明挖段的基坑降水。工程所處地貌為高漫灘及古河道,基坑穿越雜填土層、砂層、中粗砂層、礫砂層、砂卵石層,砂層中富含地下潛水,滲透系數(shù)為150 m/d,基坑涌水量大。采取切實(shí)可行、安全有效的降水方案是本工程基坑施工的關(guān)鍵。

2 降水設(shè)計(jì)

2.1 基坑涌水量計(jì)算

計(jì)算基坑總排水量:

其中,k為潛水滲透系數(shù),取 150 m/d;a為基坑長(zhǎng)度,取155.6 m;b為基坑寬度,取27 m;r為引用半徑,r=0.29(a+b)=52.95 m;H為潛水含水層厚度,為含水層底板埋深-水位埋深9 m,取31.0 m;s為最大水位降深,為基坑底埋深+1 m-水位埋深9 m,取16.0 m;R為降水影響半徑,2 182.11 m。

2.2 設(shè)計(jì)原則

1)30 d內(nèi)水位降到基坑底。2)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持水位在基坑底位置。3)有應(yīng)對(duì)個(gè)別水泵損壞的應(yīng)急措施。4)降水井沿基坑外側(cè)四周布置。降水井施工、運(yùn)行不得影響路面交通,減少對(duì)施工和周邊環(huán)境的影響。5)降水施工運(yùn)行必須考慮對(duì)地表沉降、對(duì)地下管線及周邊建筑物的影響。

2.3 方案確定

采用井點(diǎn)降水有兩種方案,方案一是大間距深井配備大抽水量水泵,方案二是小間距淺井配備小抽水量水泵,各有優(yōu)缺點(diǎn)。

兩種方案性能、經(jīng)濟(jì)比較分別見(jiàn)表1,表2。

表1 降水方案性能比較

表2 降水方案經(jīng)濟(jì)比較

方案一井的間距大,數(shù)量少,方便布置、施工和運(yùn)行管理,經(jīng)濟(jì),所以采用方案一。

井的數(shù)量是按照基坑前期涌水量計(jì)算的,在水位降到設(shè)計(jì)深度后涌水量會(huì)有比較大的變化,在維持水位時(shí)擬關(guān)閉125 m3/h泵,只運(yùn)行80 m3/h泵即可。

2.4 設(shè)計(jì)參數(shù)

1)井深35 m。2)井距 15 m。3)井徑0.80 m,無(wú)砂濾水管管徑0.426 m,鋼筋籠濾水管管徑0.4 m。4)水泵80 m3/h和125 m3/h間隔配置。5)行車道路上采用鋼筋籠竹片井管,場(chǎng)地內(nèi)采用無(wú)砂井管。

2.5 施工要求

井點(diǎn)采用反循環(huán)法鉆進(jìn)成孔,其孔徑為800 mm。成孔深度要大于設(shè)計(jì)井深,預(yù)留一定的沉淀量。下放井管前需要對(duì)成孔泥漿進(jìn)行置換,降低泥漿的稠度,防止稠漿封閉孔壁和管壁影響滲水效果。對(duì)井管底用木板封堵,在管壁外側(cè)包裹密目濾網(wǎng)并用鐵絲固定。井管分節(jié)下放,井管之間連接緊密、固接,并保持井管整體垂直,方便下一步水泵的安裝。在井管四周填充粒徑3 mm～15 mm的碎石濾料層,濾料要沿井管四周均勻投放,孔口3.0 m范圍用黏土封填并夯實(shí)。

濾料回填完成后要立即洗井,即抽去井內(nèi)泥漿,直至抽出的井水清凈無(wú)砂為止。井口根據(jù)所處的環(huán)境施作井蓋,滿足行車或安全防護(hù)的需要。排水管和電纜布線在施工降水井時(shí)一并考慮,同時(shí)施工,水泵要在抽水之前安裝完成,降水井結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

3 降水效果

沈陽(yáng)北站自2009年1月開始基坑降水,25口井全部開啟,前12天水位下降達(dá)到0.66 m/d,隨著水位的降低,影響范圍的擴(kuò)大,水位下降速度越來(lái)越慢。2009年3月水位降到基坑底,保持水位在基坑底以下1.0 m,一直持續(xù)到10月結(jié)構(gòu)封頂。降水井出水情況良好,運(yùn)行平穩(wěn),順利完成基坑降水任務(wù)。

4 比較分析

沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線張士站基坑長(zhǎng)180.5 m,寬18.5 m,深17.0 m。采用明挖法施工,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ 1 000@1 200鉆孔灌注樁和鋼管支撐圍護(hù),采取坑外井點(diǎn)降水。張士站地質(zhì)情況與沈陽(yáng)北站類似,都處于高富水砂層,主要的不同之處在于張士站基坑底板位置有一層4.0 m厚的黏土隔水層,受其影響,黏土層上方潛水難以被完全疏干,形成層間滯水。如果降水井的間距較大,則無(wú)法降低兩井之間滯水水頭,滯水將會(huì)流入基坑,造成基坑涌水,達(dá)不到降水的效果。所以張士站降水選擇了方案二,通過(guò)增加井的數(shù)量縮短井間距,降低滯水的厚度,達(dá)到疏干層間滯水的目的。沈陽(yáng)北站由于沒(méi)有黏土層的影響,透水砂層深度遠(yuǎn)大于基坑深度,為選擇較為經(jīng)濟(jì)的大井距降水方案提供了地質(zhì)條件。

5 結(jié)語(yǔ)

沈陽(yáng)地鐵張士站和沈陽(yáng)北站均位于沈陽(yáng)市區(qū),相距13.0 km,地層條件基本相同,但張士站基坑底部存在一道黏土隔水層,沈陽(yáng)北站適用的降水方案在張士站就不適用。

通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線張士站和二號(hào)線沈陽(yáng)北站深基坑降水的分析總結(jié),在高富水的砂層中采取坑外井點(diǎn)降水方案是可行的,井距和泵型的選擇應(yīng)根據(jù)地質(zhì)的土層情況來(lái)決定,在沒(méi)有黏土隔水層的影響下,選用大間距的深井方案更為經(jīng)濟(jì),在周邊環(huán)境復(fù)雜、施工降水井不方便的地段適用性更強(qiáng)。當(dāng)然,降水時(shí)間長(zhǎng)短也是降水方案比選的重要因素。

[1] GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(2003版)[S].

[2] JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 遼寧地質(zhì)工程勘察施工集團(tuán)公司.沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線工程降水專題研究報(bào)告[R].