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        抗管涌防流砂強力控制超強承壓性地下水的降水施工案例(1)
        作者: 發布于:2016/10/12 18:55:55 點擊量:

         0、前言

           在我國地下水豐富的南方地區,地下空間開發過程中經常會遇到地下水豐富、承壓性強、管涌、流砂、施工邊界的水體向施工作業區大量滲水等等問題,導致地下工程施工困難,甚至無法施工的狀況,以長沙為例,在近湘江和瀏陽河的地方進行地下工程施工,除流砂風險還伴有管涌的危害。真空井點降水技術利用在地下形成的群井真空負壓抵消管涌上行地下水的壓力,同時控制流砂,穩固基土,是一項保安全,造價低,施工進度快,工程效果優的綠色環保施工技術方法。 該技術在地下綜合管廊的降水止水施工,高層或超高層商住樓基礎階段深大基坑降水止水施工,人防地下通道,跨河橋梁橋臺基礎以及過江隧道豎井基礎制作階段降水止水施工等等項目中都已成為成熟的安全、經濟、實用的優秀技術。

        中國湖南長沙湘江世紀城迎霞路口人防地道工程基坑真空井點降水施工

         降水設計施工單位:濟南魯鵬聯信水處理技術有限公司(www.codelator.com)

        1、工程概況

        1.1工程簡介

            長沙市的湘江北路與迎霞路口交匯處的地下人防通道橫穿湘江北路,通道西側為湘江世紀城住宅社區,東側為居民小區。建設場地地勢平坦,地面標高在31.8m左右。場地位于湘江與撈刀河交匯處,原始地貌處于湘江沖積階地上撈刀河故河道。由于施工期需要保持道路暢通,對地下通道安排東、西半幅先后交錯施工,先期進行建設的工程場地為西半幅。本文著重介紹西半幅人防通道降水設計與施工。東半幅水文地質和工程地質條件與西半幅高度近似,東半幅降水施工參照西半幅方案施工。

            針對該區域地質條件是湘江、撈刀河、瀏陽河三江交匯故地,地下水異常豐富的地質特點,先期施工的西半幅基坑施工了雙排旋噴樁帷幕,基底還施工了一層底帷幕進行封底,三排帷幕沒有擋住管涌的發生,開挖后仍然出現巨量地下水攜帶大量粉細砂噴涌而來的管涌的情況,導致工程全面停工,管涌、流砂、基底不穩的狀況嚴重制約著本項目基坑施工,這就需要一種能夠抗管涌、防流砂、固基土的工程降水技術措施,既真空井點降水技術來完成本項目地下水的控制,保障地下工程安全順利施工。

        1.2場地工程地質及水文地質條件

            依據本場地地質勘查報告,與降水有關的土層從上至下分述如下:

        (1)雜填土1(Q4ml)(1為地層編號,下同):雜色,松散~稍密狀,由黏性土混磚渣、混凝土塊、碎石等回填,多為路基填土和沖填砂,頂部0.4~0.50m為瀝青路面,硬質物含量約40%,回填時間大于5年。該層在場地內均有分布,層厚2.00~7.10m。

        (2)素土填2(Q4ml):褐黃、褐灰色,松散狀,可望狀黏性土為主,局部含細砂、礫石等,硬質物含量約15%,回填時間大于5年。該層在場地內均有分布,層厚1.30~6.50m。

        (3)粉質黏土3(Q4ml):褐灰色、褐黃色,軟塑~可塑狀,無搖震反應,切面較光光滑,干強度中等,韌性中等,部分鉆孔該層中局部含有少量細砂。該層在場地內均有分布,層厚1.40~6.00m.

        (4)細砂4(Q4ml):褐灰色、黃色,飽和,稍密狀,含少量礫石,呈亞圓形,級配一般,成分多為石英質,含云母,泥質充填,層厚1.00~2.70m。

        (5)圓礫5(Q4ml):褐黃色,黃色,飽和,稍密-中密狀,圓礫含量約50-60%,石英質,多為亞園形,級配一般,一般粒徑0.2-2.0cm,混少量卵石,量大粒徑達2-7cm,中粗砂充填,混少許黏性土。該層在場地內均有分布,層厚1.00-3.40m。

        1.3水文地質條件

            擬建場地地下水主要表現為賦存于素填土中的上層滯水和賦存于細砂、圓礫層中的孔隙水。上層滯水分布不連續,受季節影響,動態變化大,補給來源主要為大氣降水、生活排水和地下徑流補給,排泄方式沿地形坡降向低處排泄。孔隙水賦存于細砂、圓礫層中,其為場地內的強透水性地層,其補給來源通過地下徑流補給,勘察期間測得鉆孔內穩定水位埋深1.10-1.80m,相應標高為29.50-30.95m。孔隙水的承壓水頭約為4.50m。根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ  120-2012),基坑坑底局部細砂層位置隔水層厚度小于1m.有突涌的可能性,設計、施工時,應采取措施,防止坑底突涌造成的不利影響。場地強透水土層圓礫滲透系數25m/d。

        2、真空井點降水技術對抗管涌防流砂的設計

        2.1真空井點埋設深度與降水深度的設計

            西半幅基坑開挖地面的平均標高取31.6m,基礎普遍挖深7.0m(標高24.6m),本降水方案對開挖最深處的10.0m(標高21.6m)進行設計。基坑可以埋設真空井點的邊緣線周長約130m,井點包圍的基坑面積約(25m×35m)875m2,真空井點全部布置在-3.50m(標高28.1m)的二級平臺上。考慮到現場地下水呈現強承壓性的原因,井點管埋深設計要比開挖最深處(標高21.6m)向下2.0m,即將井點管埋至標高19.6m的位置,井點管長度從標高28.1 m起算至標高19.6m,長度為8.5m。只有將地下水承壓水頭控制在標高21.0m以下的位置,才能夠滿足基礎開挖和主體工程施工的需要。

            采用沿基坑形狀封閉式埋設方式。基坑周邊的真空井點擬從標高28.1m的位置開始埋設,所有井點都埋設在標高28.1m的二級平臺上,井點管埋設深度8.5m。

            本基坑地下水的埋深標高29.5-30.59m,由于基坑上部為上層滯水,該層地下水可以采用明排方式解決;基坑目前已開挖至-3.5m(標高28.1m)的位置,因此,降水設計地下水初始標高可取28.0m,工程要求地下水位被降至21.0m,地下水垂直降落深度為7.0m,從地面起算,降水深度為10.5m。

        2.2真空井點鉆孔安裝施工反饋地下水涌水量巨豐

            西半幅真空井點鉆孔前基坑的靜止水位標高約28.0m,基坑局部已經開挖到標高26.6m的地方,全部浸泡在地下水之下,如果使用潛水泵對該存量水進行外排,水面接近27.6m的時候,坑內則出現離散型的管涌,管涌過程中伴隨流砂上翻,水量也異常增大,如果潛水泵繼續排水,基坑內的水不減反而增加,說明明排對管涌有吸引增大的作用,同時也說明基坑邊界的湘江和撈刀河的水體對基坑地下水存在強大的頂托作用;通過觀察支護樁樁間帷幕擋水墻的狀況看,當初施工的帷幕漿液不復存在,已被強承壓地下水離析沖走。2015.12.3.施工現場已經安排4臺100型鉆機制作真空井點,從鉆孔情況看,鉆孔孔內在套管內標高20.3的地方拔出鉆桿,流砂即刻上升到標高26.5的位置,只有套管到達標高19米附近,套管內的砂石才能夠被取出,然后,真空井內的材料才可以安裝完成;基坑北邊的鉆孔內地下水則直接突涌至鉆機工作面標高28m的位置。全場水頭壓呈現極其不均衡狀態。

            鑒于工程現場實際的困難情況,控制地下水無疑成為本項目的施工難點。真空井點降水技術利用在地下深處制造產生的群井負壓阻止管涌的發生,降水固砂的技術原理上是沒有問題的。施工期間冬汛發生湘江漲水,也會造成基坑水壓力增加,為確保降水方案達到施工目標并保障降水效果,參考專家論證會意見,還要考慮江河對基坑的影響,必須對現場的水量予以充分估量,真空井點負壓場在設計和施工方面也應考慮做到最大限度深強。

        2.3 基坑實際最大日涌水量與井點安排

            首先按非完整井考慮對基坑最大涌水量進行理論計算(本文已略去計算過程),經計算,按地質報告給出的滲透系數k=25m/d進行基坑最大涌水量的理論計算,其值為2133m3/d,根據2015.10.30.關于本工程西半幅基坑涌水問題專家論證會意見,基坑涌水量應考慮湘江水位側向水壓力對基坑的補給影響,結合沿湘江已經施工成功的深大基坑經驗,本基坑最大涌水量可取理論計算值的3-4倍考慮,本方案取4倍,最大日涌水量按8532m3/d進行真空井點和真空設備布置。此時,本基坑的滲透性則提高4倍,k值修正為100m/d。因為基坑開挖分兩個層次,首先要先形成基底,然后在基底平面上再往下2~3m開挖6個結構要求的集水井,于是真空井點在本基坑分成兩組,第一組為基坑周邊井點,設間距0.85m,計153個,布置在標高28.1位置的基坑邊緣二級平臺上;第二組井點計35個,用于基底形成以后的主體結構中6個集水井開挖進行降水,第二組井點分別圍繞6個集水井布置,點位都在標高24.6m的基底平臺上,全場井點管總計取188根。井點孔徑均為130mm。

        2.4 真空井點主機設備數量

            根據真空井點降水止水主機系統單套日排水量800m3,結合同類工程施工經驗,本基坑周邊擬使用6套真空井點主機設備,主體結構的集水井降水使用4套真空井點主機設備,全場使用10套真空井點主機設備,主機抽出的地下水須采用二級提升的方式排放,要相應配套使用10套二級排水系統。

        4、整體控制和局部處理相結合的施工

            本工程施工成功的關鍵利用了真空井點施工靈活的特點,在實際施工過程中,本工程分成兩個層次,第一個層次是基坑要開挖至底板位置,該層次的降水控制可以按照最大日涌水量的二分之一去考慮;第二個層次,在基底平面形成以后,在底板位置要繼續向下2~3m開挖出6個結構集水井,既在局部進行”坑中坑”的控制,此時要開足全場的排水設備,全力應對最大日涌水量。經過現場所有排水設備的排水量測量,最大日涌水量實際達到9000m3/d。在實際施工的過程完全驗證了理論與經驗的高度統一。

            真空井點在本基坑分成兩組,第一組為基坑周邊153個井點,使用6套真空井點主機設備;第二組35個井點,用于基底形成以后的主體結構中6個集水井制作進行降水,使用4套真空井點降水設備;全場井點管總計取188根,真空井點設備使用10套,出色的完成了本項目施工任務。

        5、施工滲水解決方案

          本基坑在采取真空井點降水措施后,仍然存在垂直方向自上而下的滲水源,主要有天氣降水、居民生活排水、支護樁樁身引水、基坑邊界水體滲水,該部分水源不會產生流砂,擬采用潛水泵外排方式解決。滲水量按1000m3/d設計,使用2-3臺潛水泵排滲水。在實際施工過程中,現場的2~3臺潛水泵最大排水量也做到甚至超過1000m3/d。

        6、西半幅和東半幅施工的季節差異及施工效果

            西半幅的施工季節在冬季,湘江冬汛雖然比較夏訊勢頭較小,但仍然對本項目基坑滲水量有所貢獻。東半幅的降水施工則完全在夏汛過程中,特別是2016年4.5.月份,厄爾尼諾現象超常發達,本項目基坑施工經歷了14輪強~超強暴雨的襲擊,東半幅在夏季汛期施工還被長沙市政府部門定位防汛搶險1號工程,長沙防汛辦公室以及安全質檢各分管部門工作人員責任心超強,嚴密觀察和重視東半幅基坑內的水情以及基坑任何細微的變形情況;真空井點技術很穩定的控制了基坑內的地下水水情,有力的保障了地下工程的施工任務。

            全場設置的真空井點對基坑內地下水進行全面控制,消除了管涌、流砂危害,起到降水和穩固基坑的作用,同時截流基坑外不斷涌入的地下水,起到止水的作用,從而滿足基坑內降水和側壁止水要求;可將地下水位控制在開挖最深的基底以下0.5m的位置,從而滿足土方和主體工程施工要求。

            通過真空井點設備的主動降水,土層中形成的小降水漏斗包圍的非飽和土區域提高了孔樁側壁的凝聚力C值和內摩擦角α值,提高了其支護效能。施工區的非飽和土區域可保障雨季施工安全,因施工作業區內的非飽和土體始終在含水量較低狀態下,改善了施工場地的環境,為文明施工和縮短工期創造了條件。

            真空井點抽水過程為緩慢地,降水速度可控的過程,其影響半徑小,可避免大口徑降水井、深井井點或管井井點急速陡降而產生的不均勻沉降造成的基坑作業區周圍建筑物、道路和地下管線的危險性,從而避免鄰近建筑物產生裂縫或下陷。真空井點降水技術是安全可靠的技術。

            真空井點因其主動抽吸孔隙水,在含水土層中能完全做到固液分離,從而避免了砂性土中細小顆粒物的流失;抽出的地下水為清水,對地下排水管網無污染;抽出清水可避免因“大口徑”式抽水過程固體物流失而造成的地表不均勻沉降的危險性。在建立真空井點降水止水系統的施工過程中,真空井點的成孔過程對環境不會造成污染;真空井點降水系統排出的地下水為清水,該水源的再利用價值高;體現綠色施工的特點,是難得的綠色施工方法。

         7、安全控制地下水順利完成施工目標

            真空井點降水設備抽出的地下水為清水,在地下形成”尖漏斗”,影響范圍很小,不會造成砂性土層中固體顆粒物的流失,是很好的固液分離設備,降水的效果可靠。真空井點在地下形成群井真空負壓,消除抵抵抗管涌地下水上行壓力,砂性土顆粒再無上翻動力,流砂被控制,土層則較為密實、穩定。本項目真空井點降水施工過程就是抗管涌、防流砂、固基土的過程。

            在本工程屬于非完整井條件下使用真空井點降水止水技術對故河道地層條件土層進行降水止水,完全達到預期施工目標:提供一個無滲透變形危害、有利于土方和主體工程安全施工的空間環境;降水全過程保障周邊環境安全的同時保障基礎工程項目整體行。

         8、工期

         西半幅降水施工工期,2015.12.04~2016.01.27,計55天。

         東半幅降水施工工期,2016.03.30~2016.06.06,計68天。

        附件1 :

        業主和施工總承包單位及降水分項項目負責人

        湘江北路迎霞路口人防地下通道業主方:長沙市人防辦公室

        工程段總承包單位:湖南省東方紅建設有限公司

        業主方技術負責人:李盛 13974867325

        項目負責人:何文欽13808467995

        工程技術負責人:周云 15074809229

        降水專項技術負責人:熊濟清15973199505

        濟南魯鵬聯信水處理技術有限公司負責人:戴教授15084789526

         

         

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