岩土结合地质条件的深基坑设计分析

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  摘要:本工程在复杂的地质条件,且当前的降水技术仅能将地下水降低至中风化泥岩层以上2m左右的情况下,通过采取管井降水+明排+盲沟的技术措施进行降水,高质、高效地完成了某国际广场深基坑工程的施工。
  关键词:岩土;地质条件;基坑
  1 工程概况
  某国际广场位于天津市滨海新区。由五星级国际酒店(37层)、超甲级写字楼(39层)、酒店式公寓(41层)3幢塔楼组成,采用框架-核心筒结构(部分楼层柱采用钢骨混凝土柱),筏板基础,总建筑面积238465.78m2,其中地下53005.83m2,高168m的水晶造型建筑群将成为成都新中心地标性建筑。本工程地质条件情况为:土体主要是人工填土、黏性土、粉土、砂层、卵石层、强风化及中风化泥岩。场地地下水主要为第四系孔隙潜水类型,砂卵石层为主要含水层。场地部分地段受生产生活用水影响存在上层滞水。场地潜水稳定水位在-9.1m~-7.8m左右,地下水有随季节变化的特点,根据本区域地质水文资料,在正常情况下,场地年最高潜水位在-4.0m左右。
  2 降排水设计
  2.1 管井降水+明排+盲沟方案
  基坑裙楼大面积开挖深度为-22.0m,主楼开挖深度为-24.0m,主楼电梯深坑最大开挖深度为-28.0m。由于基岩埋藏深度约-12m~-13m,基岩为弱透水的泥岩,目前的降水技术仅能将地下水降低至基岩顶板以上2m左右,即地下水位降低至地表下11m左右,管井降水施工需结合明排及盲沟措施,来解决地下水对工程施工的影响。
  (1)降水方案:本工程基坑开挖深度和基坑护壁支护桩深度均进入下覆基岩,地下水采用重型井点(管井)降水方案。即在基坑周边布置降水井,降水距间距约13.0m~17.0m(砂层分布区降水井间距取小值),降水井深度20.0m,共布置降水井31口。
  (2)明排水:设置降水井后,基岩顶板上-11.0m以下的地下水无法通过降水井降低至作业面,该深度范围挖基坑开挖采用明排方式解決,当基坑开挖至基岩面时,应在场地周边设置排水沟和积水坑并采用水泵抽排地下水。
  (3)盲沟排水:当设置降水井及明排排水后,裙楼开挖深度范围可顺利施工。但主楼范围的开挖及垫层均属水下作业,无法正常操作,所以须在主楼范围设置盲沟,把地下水有组织排至电梯深基坑部位,集中抽排。
  2.2 降水井结构
  开孔钻头φ580mm;终孔钻头φ560mm;降水井采用内径为300mm的钢筋混凝土井管。设计过滤器为填砾过滤器,填砾规格4mm~10mm的砾石,填砾厚度大于100mm;砾石填至距地面3.00m时,用黏土封孔。井管结构设计如下:20.00m深降水井。
  2.3 抽水设备和排水系统
  (1)抽水设备采用QY型潜水泵,额定流量为30m3/h,扬程不小于30.00m。
  (2)排水系统分为:①明排水系统:基坑开挖后现场十分狭窄,加之基坑坡顶附近有一定变形,明沟容易开裂渗漏,影响基坑的稳定性,因此,降水井至沉淀池之间采用铺设排水钢管形成主排水管,降水井排水管接入主管,排入沉淀池中;基坑顶部四周设置排水沟,排水沟与沉淀池相连,用于地表水的有组织排放;随着土方开挖过程,在开挖四周设置临时排水沟及集水井,并用水泵抽排至沉淀池。沉淀池的设置根据现场市政管网分布情况,设置在坑4个角部位置。沉淀池采用红砖砌筑,内外面1:2水泥砂浆抹面。沉淀池长约4.5m,宽约2.0m,深度1.2mm~1.4m,沿长度方向分隔成3个沉淀池,抽出来的水经三级沉淀后排入城市雨水管中。这是为了保证排水顺畅,不对基坑和周边环境造成不利影响。②盲沟排水系统:分为主楼深基坑降水、排水盲沟、潜水泵等。主楼深基坑降水:在原设计的消防集水坑(电梯深基坑)部位设置小型降水井,深度约2.0m,φ400mm。根据现场实际情况,在酒店、公寓筏板各设置2个降水井,办公楼筏板设置4个降水井。排水盲沟:因基底泥岩透水性较差,所以在筏板垫层底应设置200mm×200mm排水盲沟,坡向深基坑降水井。潜水泵:采用WQS-20-40-7.5型潜水泵,一次性投入使用。排水管:采用DN50钢管,上口标高离筏板面约300mm,在筏板中部焊接φ200mm×2mm钢板止水环,距离管端100mm设置止水阀,混凝土浇筑至止水阀位置,关闭阀门。堵水装置:在浇筑筏板混凝土时先直接填满深基坑降水井,然后利用DN50排水管上的止水阀门,堵住地下水,最后用混凝土直接封闭排水管。
  3 降排水施工
  3.1 井管降水
  为确保降水井的直径符合设计要求,开孔钻头的直径应不小于580mm,终孔钻头的直径应不小于560mm。成井时,应圆整垂直,井管焊接牢固,安装垂直。洗井采用活塞和空压机联合洗井,以确保洗井质量,要达到正常抽水时含砂率小于1/10000之要求,以保证抽水设备正常运行。施工工艺流程:测量井位→钻机就位→钻孔成孔→校核深度,终孔→安装井管→填砾→洗井。
  (1)测量放线:根据现场给定基础轴线测放出各井位,打入木桩,并涂上红油漆作标记。
  (2)成孔(关键过程):钻机就位安装好后,核对井位。为防止破坏场地内地下管线,应人工开挖1.50m深,埋好护壁管(φ700mm),护壁管埋设完毕后开始钻进成孔,然后对钻孔采用泥浆护壁,施工时保持孔内泥浆高度,以防止孔内垮孔,最终检查孔深达到设计深度后终孔。
  (3)吊装井管:用抽筒清孔,吊装井管。要做到井管之间焊接牢固、安装垂直。
  (4)填砾:在井管外填入规格4mm~10mm的砾石滤料,填至距地面3m左右,填入黏土封井。
  (5)洗井(质量控制点):采用空压机、活塞联合洗井,空压机洗清之后再用活塞洗井;然后再用重复以上洗井过程,直至满足设计要求。每井活塞洗井不少于两次,每次提拉活塞不少于2h,空压机洗井不少于2个台班,以确保洗井质量,达到正常出水时含砂率少于1/10000的要求。
  3.2 明排水
  (1)地表有组织排水:在基坑四周用砖砌300mm×400mm排水沟,内侧1:2水泥砂浆抹面,按1%的坡度流向沉淀池,以保证上部地表水不会沿基坑护壁渗入基坑内。
  (2)基坑内明排水:随着基坑开挖的同时,在基坑底部四周开挖临时排水沟与临时集水坑;当开挖至裙楼筏板深度(即-22.0m)时,在基坑四周紧靠基坑外边线安放宽360mm×360mm的成品排水沟,坡度约0.5%坡向集水井,排水沟设在基坑四角,同时每隔30m~50m设置1个,集水井尺寸为宽460mm×800mm×1000mm;再采用潜水泵抽排到基坑上周边的沉淀池,充分沉淀后用于绿化、冲洗车辆等。
  3.3 盲沟排水
  主楼基坑开挖至设计深度后,人工打凿200mm×200mm排水盲沟,盲沟用卵石回填,上铺密目网,覆盖薄膜,避免水泥浆赌塞,并按1%坡度坡向主楼深基坑的降水井,最后用水泵抽排至基坑周边集水井。根据实际情况,在酒店及公寓筏板各设置2个降水井,办公楼筏板设置4个降水井,每个降水井用1台WQS-20-40-7.5型潜水泵抽排水。降水井φ400mm,深度:2.0m,填卵石过滤,厚度大于1500mm,卵石上面用钢丝网滤器,以方便清理滤渣。
  排水管设置:采用DN50钢管,长约4m,先用φ16mm钢筋三脚架点焊牢固,焊接高度约1.5m处,上口标高离筏板面约300mm,然后在筏板中部焊接φ200mm×2mm钢板止水环,距离管端100mm处设置止水阀;当混凝土浇筑至止水阀位置,再关闭阀门,以保证地下水不再上涌。
  参考文献
  [1]张同波,李华杰,姜振燕.邻海复杂地质条件下的止水帷幕及地基处理技术[J].建筑施工,2005,27(11)
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