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摘 要 在全面分析了府君庙河渠道倒虹吸的工程地质及水文地质条件后,结合工程环境,对该基坑的降水方案提出了合理的设计与施工措施,并取得非常理想的降水效果。
关键词 基坑;截渗墙;井点降水;涌水量;降水监测
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0115-01
1工程简介
1)工程概况。府君庙河渠道倒虹吸为南水北调中线一期总干渠陶岔渠首~沙河南叶县段工程的1座河渠交叉建筑物。建筑物为4孔2联的钢筋混凝土箱涵,单孔净空尺寸6.9m×6.9m。进口段长64m,管身段长204m,出口段长83m;进口高程127.251m,管身段底高程115.37m,出口高程127.061m。原地面高程127.5m,管身段最大挖深12m。
2)工程地质。该建筑物基坑开挖范围内的地层由老至新有上第三系(N)和第四系(Q)。上第三系为粘土岩、泥灰岩、砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩,呈互层状分布,顶板高程115.3~123.3m,钻孔揭露最大厚度35m。第四系由上更新统冲积层(alQ3)、全新统下部冲积层(alQ41)和全新统下部冲积层(alQ42)组成。上更新统分布于Ⅰ级阶地后缘,厚8.0~10.0m,上部为粉质粘土,下部为砂砾石。全新统下部冲积层分布于Ⅰ级阶地前缘,厚5.4~13.5m,上部为粉质壤土,下部为砂砾石。全新统上部冲积层分布于河床、漫滩,主要为砂砾石,厚8.6~11.5m。
3)工程水文。工程区地下水分为第四系孔隙水和下第三系孔隙、裂隙水。第四系孔隙水主要赋存于全新统砂砾石层中,水量丰富。上第三系孔隙、裂隙水主要赋存于上第三系砂砾岩和砂岩中。第四系全新统砂砾石具强透水性;上第三系砂岩、砂砾岩具中等透水性。
2降水方案设计
1)设计原则。①快速有效的使地下水降至设计标高,保证基坑降水满足施工要求。②有效的控制降水,在满足水量和基坑降水要求前提下,布设合理的降水井点,达到经济合理,并减少由于降水而引起的地面沉陷。③充分考虑该地段水文地质条件计算基坑降水量,同时考虑基坑特点及环境条件,必须保证基坑开挖和后序施工不受影响。
2)降水方案选择。根据本场区水文地质,工程地质条件,进出口段埋深范围内的地下水主要为上层滞水,采取明排,可确保干地施工。管身段开挖较深,位于地下潜水位以下,含水层主要为砂卵石,渗透系数较大,且由于基坑开挖与含水层结构之间的关系,最终施工方案为:截渗墙+管井降水+截流+疏导,可以在较短的抽排周期内最大程度地达到疏干效果。
3)截渗墙施工。倒虹吸开挖降水首先沿基坑边线外侧6~8m和马道中心做两道截渗墙。截渗墙采用长臂反铲开挖同时铺设塑料薄膜、回填粘土成墙,墙厚40cm。马道以上墙底高程至少比马道低1m,马道以下墙深按相对不透水层顶高程控制。
4)基坑涌水量及降水井数量理论计算。①基坑涌水量。建筑物开挖底标高为115.4m,目前地下水位埋深为123.7m左右,基坑水位降深值取6.0m。根据地质资料,含水层主要为砂砾石,渗透系数取43.6m/d。
计算模型:管身段长度取204m,宽度根据含水层高度取73m计算,潜层地下水埋深H按6m取。
按《建筑基坑支护技术规程》(JTJ120-99)中潜水完整井基坑涌水
量计算公式计算基坑涌水量4018.50m3/d。
②单井出水量及降水井数量计算。根据管井出水量经验公式
q=120π·rs·l·3和降水井數量公式进行计算可知,单井出
水量199.03m3/d,则需22眼降水井。
③降水井深度。HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6
式中:HW1-基坑开挖深度12m;HW2-降水水位距基坑底的深度(被包含,取0m);HW3-ir0;i为降水漏斗曲线水力坡度,i=1/10;r0-降水井排距73m;HW4-过滤器工作长度,取1.0m;HW5-沉砂管长度(被包含,取0m);HW6-降水期间地下水变幅(被包含,取0m)。
则,HW=12+0+1/10×73+1+0+0≈20m。
5)降水井布置。根据计算,考虑本场地含水层分布情况,沿倒虹吸一级马道内侧平行布置2排降水井,井间距为18.5m左右,共布设22眼降水井,井管采用无砂混凝土管,井管内径300mm,降水井地面以下0-2m为实管,2m以下段为滤水管;井深20m。
6)水位降低验算。倒虹吸基底标高为115.4m,含水层底板为117m左右。因为基坑开挖底板低于含水层底板,所以无论采取任何降水方案,降水验算模型都不能满足降水要求。
本地段降水验算,主要是通过对降水井的平面均匀布置,首先确定单井过滤器工作长度,分析如何以最小的单井过滤器工作长度而获得基坑的最大出水量,从而减少后期基坑出水所采取的处理措施。
群井抽水总出水量Q=n·q=22×199.1=4378.65m3/d>4018.50m3/d;满足要求。
3降水施工
场地平整→测放井点→钻机对位→成孔→下设井管→充填滤料→洗井→水泵安装→抽水
1)降水井施工技术保证措施。①根据轴线测放井位,误差小于1m。②采用冲击钻成孔,直径600mm。采用粘土或泥浆护壁,直至达到设计孔深,倾斜度小于1%。③成孔后冲孔换浆,之后安装水泥井管,做好井管之间的连接。④井管安装完毕后,在管井与孔壁之间填入砾料。砾料填至地面以下2m左右,采用粘土充填密实。⑤成井后用大量泵进行洗井,达到水清砂净。⑥安装合适的水泵进行抽水、排水。⑦设备用电源,防止突然停电,水位上升。⑧降水井施工完成后,降水井井管应高于自然地坪20cm~50cm,并加井盖予以保护,避免杂物落入井内,造成破坏。
2)抽水设备。根据单井出水量要求,前期选择安装20m3/h潜水泵进行抽水,扬程不小于20m;降水过程中,考虑长期大面积降水,补给水量逐渐减小的情况,泵的大小根据观测水位降深情况进行调整。
3)降水监测。为了掌握场地含水层水文地质条件变化,合理布置降水井,达到较好的降水效果,在降水过程中对降水井进行监测,监测内容包括如下几个方面:①在降水井施工过程中,及时了解地层土质,分析含水介质变化及其水文地质条件变化,根据需要调整布井方案。②在洗井过程中监测井深、地下水位变化。③降水工作开始后每天对降水井水位各测一次,以便及时掌握降水效果。④地下水位达到稳定后定期观测水位,依据地下水位变化历时曲线,调整水泵投入量,达到降低能耗、保护地下水资源目的。⑤定期测量降水井深度,掌握降水井沉砂量,以便发现失效的降水井,做到及时处理,延长降水井寿命。
4小结
通过上述措施,建筑物在后序施工期间,无积水现象,不但使工程质量得到保证,且为施工抢出来时间,节约了工期,也为类似工程积累了经验。
参考文献
[1]JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范.
[2]QB-CNCECJO10411-2004管井井点降水施工工艺标准.
[3]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程.
关键词 基坑;截渗墙;井点降水;涌水量;降水监测
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0115-01
1工程简介
1)工程概况。府君庙河渠道倒虹吸为南水北调中线一期总干渠陶岔渠首~沙河南叶县段工程的1座河渠交叉建筑物。建筑物为4孔2联的钢筋混凝土箱涵,单孔净空尺寸6.9m×6.9m。进口段长64m,管身段长204m,出口段长83m;进口高程127.251m,管身段底高程115.37m,出口高程127.061m。原地面高程127.5m,管身段最大挖深12m。
2)工程地质。该建筑物基坑开挖范围内的地层由老至新有上第三系(N)和第四系(Q)。上第三系为粘土岩、泥灰岩、砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩,呈互层状分布,顶板高程115.3~123.3m,钻孔揭露最大厚度35m。第四系由上更新统冲积层(alQ3)、全新统下部冲积层(alQ41)和全新统下部冲积层(alQ42)组成。上更新统分布于Ⅰ级阶地后缘,厚8.0~10.0m,上部为粉质粘土,下部为砂砾石。全新统下部冲积层分布于Ⅰ级阶地前缘,厚5.4~13.5m,上部为粉质壤土,下部为砂砾石。全新统上部冲积层分布于河床、漫滩,主要为砂砾石,厚8.6~11.5m。
3)工程水文。工程区地下水分为第四系孔隙水和下第三系孔隙、裂隙水。第四系孔隙水主要赋存于全新统砂砾石层中,水量丰富。上第三系孔隙、裂隙水主要赋存于上第三系砂砾岩和砂岩中。第四系全新统砂砾石具强透水性;上第三系砂岩、砂砾岩具中等透水性。
2降水方案设计
1)设计原则。①快速有效的使地下水降至设计标高,保证基坑降水满足施工要求。②有效的控制降水,在满足水量和基坑降水要求前提下,布设合理的降水井点,达到经济合理,并减少由于降水而引起的地面沉陷。③充分考虑该地段水文地质条件计算基坑降水量,同时考虑基坑特点及环境条件,必须保证基坑开挖和后序施工不受影响。
2)降水方案选择。根据本场区水文地质,工程地质条件,进出口段埋深范围内的地下水主要为上层滞水,采取明排,可确保干地施工。管身段开挖较深,位于地下潜水位以下,含水层主要为砂卵石,渗透系数较大,且由于基坑开挖与含水层结构之间的关系,最终施工方案为:截渗墙+管井降水+截流+疏导,可以在较短的抽排周期内最大程度地达到疏干效果。
3)截渗墙施工。倒虹吸开挖降水首先沿基坑边线外侧6~8m和马道中心做两道截渗墙。截渗墙采用长臂反铲开挖同时铺设塑料薄膜、回填粘土成墙,墙厚40cm。马道以上墙底高程至少比马道低1m,马道以下墙深按相对不透水层顶高程控制。
4)基坑涌水量及降水井数量理论计算。①基坑涌水量。建筑物开挖底标高为115.4m,目前地下水位埋深为123.7m左右,基坑水位降深值取6.0m。根据地质资料,含水层主要为砂砾石,渗透系数取43.6m/d。
计算模型:管身段长度取204m,宽度根据含水层高度取73m计算,潜层地下水埋深H按6m取。
按《建筑基坑支护技术规程》(JTJ120-99)中潜水完整井基坑涌水
量计算公式计算基坑涌水量4018.50m3/d。
②单井出水量及降水井数量计算。根据管井出水量经验公式
q=120π·rs·l·3和降水井數量公式进行计算可知,单井出
水量199.03m3/d,则需22眼降水井。
③降水井深度。HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6
式中:HW1-基坑开挖深度12m;HW2-降水水位距基坑底的深度(被包含,取0m);HW3-ir0;i为降水漏斗曲线水力坡度,i=1/10;r0-降水井排距73m;HW4-过滤器工作长度,取1.0m;HW5-沉砂管长度(被包含,取0m);HW6-降水期间地下水变幅(被包含,取0m)。
则,HW=12+0+1/10×73+1+0+0≈20m。
5)降水井布置。根据计算,考虑本场地含水层分布情况,沿倒虹吸一级马道内侧平行布置2排降水井,井间距为18.5m左右,共布设22眼降水井,井管采用无砂混凝土管,井管内径300mm,降水井地面以下0-2m为实管,2m以下段为滤水管;井深20m。
6)水位降低验算。倒虹吸基底标高为115.4m,含水层底板为117m左右。因为基坑开挖底板低于含水层底板,所以无论采取任何降水方案,降水验算模型都不能满足降水要求。
本地段降水验算,主要是通过对降水井的平面均匀布置,首先确定单井过滤器工作长度,分析如何以最小的单井过滤器工作长度而获得基坑的最大出水量,从而减少后期基坑出水所采取的处理措施。
群井抽水总出水量Q=n·q=22×199.1=4378.65m3/d>4018.50m3/d;满足要求。
3降水施工
场地平整→测放井点→钻机对位→成孔→下设井管→充填滤料→洗井→水泵安装→抽水
1)降水井施工技术保证措施。①根据轴线测放井位,误差小于1m。②采用冲击钻成孔,直径600mm。采用粘土或泥浆护壁,直至达到设计孔深,倾斜度小于1%。③成孔后冲孔换浆,之后安装水泥井管,做好井管之间的连接。④井管安装完毕后,在管井与孔壁之间填入砾料。砾料填至地面以下2m左右,采用粘土充填密实。⑤成井后用大量泵进行洗井,达到水清砂净。⑥安装合适的水泵进行抽水、排水。⑦设备用电源,防止突然停电,水位上升。⑧降水井施工完成后,降水井井管应高于自然地坪20cm~50cm,并加井盖予以保护,避免杂物落入井内,造成破坏。
2)抽水设备。根据单井出水量要求,前期选择安装20m3/h潜水泵进行抽水,扬程不小于20m;降水过程中,考虑长期大面积降水,补给水量逐渐减小的情况,泵的大小根据观测水位降深情况进行调整。
3)降水监测。为了掌握场地含水层水文地质条件变化,合理布置降水井,达到较好的降水效果,在降水过程中对降水井进行监测,监测内容包括如下几个方面:①在降水井施工过程中,及时了解地层土质,分析含水介质变化及其水文地质条件变化,根据需要调整布井方案。②在洗井过程中监测井深、地下水位变化。③降水工作开始后每天对降水井水位各测一次,以便及时掌握降水效果。④地下水位达到稳定后定期观测水位,依据地下水位变化历时曲线,调整水泵投入量,达到降低能耗、保护地下水资源目的。⑤定期测量降水井深度,掌握降水井沉砂量,以便发现失效的降水井,做到及时处理,延长降水井寿命。
4小结
通过上述措施,建筑物在后序施工期间,无积水现象,不但使工程质量得到保证,且为施工抢出来时间,节约了工期,也为类似工程积累了经验。
参考文献
[1]JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范.
[2]QB-CNCECJO10411-2004管井井点降水施工工艺标准.
[3]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程.