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        長沙近河市政管道溝槽控制滲透變形的施工節選(1)
        作者: 發布于:2018/9/8 14:43:49 點擊量:

              敢勝路市政管道溝槽真空井點降水止水施工方案

              第一條 工程概況

              第一款 工程簡介

              第一項 項目名稱。敢勝路管道溝槽及地下通道真空井點降水止水工程。

              第二項 工程范圍。西起勞動東路,東至高塘坪路,道路全長約1.58km,路幅寬30m。

              第三項 項目地址和地貌情況。本項目處于長沙市東南部的長沙縣黃興鎮光達村,太平村一帶。主要地貌形態為河流沖積平原,地形較為開闊,黃海高程一般為32-38m左右,道路沿線目前多為農田,菜地,局部為池塘,施工區所處地勢相對較平。沿線有鄉村道路通過,交通條件一般。

              第四項 施工作業要求。本段道路工程目前已平整的地坪標高為32.00m,擬向下開挖6.00m,鋪設污水排水管主管及其支管,下挖普通標高為26.00m,所開挖的管溝若按1:1放坡,管溝下口底部寬約1.30m,上口寬約6.00m。

              第五項 施工現狀。施工遇到的問題開挖后地下水迅速上升,水位標高達30.00m,潛水泵抽水后,管溝側壁流砂性塌方,難以形成管溝工作面,因此本項目施工必須采用降水措施,將地下水控制在管溝底之下,穩固管溝邊坡和溝底的細砂,形成管溝施工作業工作面。

              第六項 解決方案。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。真空井點降水技術即能有效降低地下水位還能夠對邊坡具有止水作用,具備降水和止水雙重功能。真空井點降水技術利用在地下深處制造產生的井點群井負壓阻止上行水頭壓產生的流砂的發生,降水固砂的技術原理是沒有問題的。為確保真空井點降水方案達到施工目標并保障降水效果,還要考慮江河夏汛可能發生漲水對管溝的影響,必須對現場的水量予以充分估量和精確計算,真空井點負壓場也應做到最大限度的深強。

              第二款 場地工程地質及水文地質條件

              第一項 工程地質。

              根據鉆孔揭露,建筑場地范圍分布地層主要有上部人工填土(Q4ml) ①、淤泥(Q4l)②、粉質粘土(Q4al+pl)③、細砂(Q4al+pl)④、卵石(Q4al+pl)⑤:下部為強風化泥質粉砂巖(K)⑥、中風化泥質粉砂巖⑦。與降水有關的土層自上而下分層編號敘述如下:

              人工填土(Q4ml)①:褐黃色、灰白色、稍濕,主要由粘性土組成,含砂、礫、砼地等建筑垃圾,未完成自重固結,該層局總地段有分布,層厚0.5-5.5m,平均層厚2.32m。

              淤泥(Q4l)②:灰黑色,飽和,流塑,以粘粒為主,富含有機質,絮狀結構,分散狀構造,質純,手捻具滑膩感,易污手,略具腥臭味,該層在沿線魚塘、水溝處有公布,僅5個鉆孔揭露該層,層厚0.8m-1.5,平均層厚1.30m 。

              粉質粘土(Q4al+pl)③:頂部0.2-0.4m,常為耕土層。褐黃色,可塑-硬塑,主要由粘粒組成,土質較均勻,粘性較強,含較多灰白色高嶺土斑紋,略具網紋狀結構,該層地段都有分布,層厚0.7-5.6m,平均層厚2.82m。

              細砂(Q4al+pl)④:淡黃色,濕,中密,礦物主要成分為石英、長石,呈次圓狀,頂部0.8-1.3m含約35%的粘粒,以下含約10%的粘粒,顆粒級配較好,該層場地大部分地段有分布,層厚0.9-6.50m,平均層厚3.02m。

        卵石(Q4al+pl)⑤:淡黃色,濕,中密-密實,成份主要為硅質、石英質,粒徑一般為1-3cm,卵石含量約65%,最大達5cm,砂粒填充,級配一般,層厚0.4-4.6m,平均層厚2.65m。

              第二項 水文地質。

              地表水:沿線地表水主要是池塘水、溝渠和大氣降水,場地內及場地沿線分布有多個小魚塘,多條溝渠,溝渠農田較鑫,管溝開挖施工應對魚塘進行排水清淤。

              地下水:場地內地下水類型主要為松散巖類孔隙水,承壓水主要賦存于細砂④、卵石⑤層中,透水性強,水量中等,具弱承壓性。補給來源大氣降水,主要受季節變化及大氣降水及地表逕流的影響。松散巖類孔隙水受鄰區地下水、地表河水滲透補給,以井的開工或向鄰區滲流排匯為主。據區域水文地質資料,該類地下水水位受瀏陽河水位變化影響較明顯,地下綜合水位埋深一般為1.5-4.0m,水位標高28.72-34.92m,一般水位年變化幅度為3-6m。

              地下水補、徑、排條件及動態特征:自然條件下總的地下水補、徑、排特點是:在水平方向上由高階地向低階地形成補給,在垂向上下伏巖土層接受上覆巖土層的滲透補給,其中大氣降雨是本區地下水的主要補給來源之一,每年4-9月份是地下水的補給期,10月-次年3月為地下水消耗期和排泄期。地下水受到瀏陽河水位及大氣降水入滲和地表水入滲補給,地下水具有明顯的豐、枯水排匯方式主要為蒸發和滲透補給瀏陽河。

              地層滲透性:人工填土層的透水性與其成分有直接關系,局部硬雜質富集地段屬中等—強透水性地層,總體而言仍可按弱透水性地層考慮;細砂、卵石屬強透水性地層。場地內其余各地層均為弱透水性地層。

            第二條 設計技術依據

              本次管溝降水工程設計遵循下列技術標準:

              第一款“長沙市邊坡及基坑支護設計文件編制深度要求 2010年5月”;

              第二款 設計院的道路工程設計施工圖。

              第三款《建筑與市政降水工程技術規范 》(JGJ/T111-98)

              第四款《建筑基坑工程監測技術規范》(GB50497-2009)

              第五款《建筑基坑支護技術規程 JGJ120-2012》

              第六款 本項目2016年地質勘察報告;

              第三條 降水止水方案選擇

              第一款 地下水豐富的原因及水文地質工程地質特點

              第一項 近河的地理位置。施工必須考慮管溝的降水和止水措施的應用。建設場地管溝邊界被瀏陽河與水塘溝渠的地表水環狀包圍,管溝開挖出的三個探坑表現出地下水異常豐富。

              第二項 水利樞紐的頂托作用。2015年望城丁字鎮湘水水利樞紐開始蓄水,瀏陽河為湘江支流,樞紐壩址位于瀏陽河入湖江的下游段,如此致使瀏陽河全流域地下水位開始抬升。

              第三項 地層條件。管溝底大部分位于細砂層位,也有相當部分的卵石層位出露,強透水層內不僅水豐,還伴流砂。

              第二款 地下水對工程的影響

              第一項 地下水對管溝開挖的影響。若在無降水止水措施或止水措施不利條件下開挖,細砂層位會出現流砂及溝底的突涌現象。管溝基底則極不穩定,會造成管溝失穩的狀況,這種情況給土方會帶來困難并直接影響工期。

              第二項 對管溝側壁自立的影響。含水量高的細砂土層的工程性質表現為軟弱、飽和、弱膨脹、自立性差,若不對側壁的細砂土層進行降水加固,管溝側壁則出現滑坡式沉降垮塌;管溝難以成形。

              第三項 對周邊的環境的影響。在基礎工程中如對地下水處理措施不當,造成的管溝內流砂、管溝失穩,除影響工程進度外,還會造成管溝周邊民房不均勻沉降性開裂,地下管線的不均勻沉降性斷裂,其社會影響較大。

              第三款 安全控制地下水

              第一項 控制原理。本管溝的細砂土層和卵石土層在有無地下水上行壓力的作用,其土體性質差別較大,地下水上行條件下的細砂和卵石土層,表現為流砂特點,軟弱、流動、膨漲;消除地下水上行壓力后的細砂卵石土層則較為密實、穩定。并且從地下水的運移特征來看,管溝基底地下水的補給源是強透水層卵石層位的地下水,若將地下水承壓水頭控制在標高25.0以下的位置,可以起到對管溝內細砂以及出露的卵石土層的加固作用;消除卵石土層上行水頭壓作用于基底的頂托力量,固結管溝基底細砂及卵石土層中的砂性顆粒,保障基坑的穩定,完全能夠避免因滲透變形所帶來的風險。

              第二項 控制措施。真空井點降水技術抽出的地下水為清水且其造成的影響范圍小,不會造成細砂土層+卵石土層中固體顆粒物的流失,降水的效果可靠,可以作為細砂土層和卵石土層避免基坑失穩的風險的技術措施。

              第四款 降水止水方案選擇

        針對本工程地質特點,考慮避免管溝基底可能出現的流砂問題,選擇真空井點降水方法,在管溝基底底部利用真空井點群井負壓改變管溝內動水壓力的方向,動水壓力斜向下方向可固結場地內細砂和卵石層位中的砂體顆粒,即避免管溝基底不穩的風險;降低地下水位并截流含水土層補給管溝施工作業區的地下水,該方法是主動為地下工程施工提供無滲透變形危害的可靠成熟的技術方法。

              第五款 真空井點降水止水技術特點及應用效果

              第一項 施工目標。真空井點降水止水技術是在地下工程施工過程中,為避免地下水的因素造成的危險所采取的目前較為先進的、安全可靠的施工技術。該技術在地層中形成的“小降水漏斗”和“真空止水帷幕”能有效降低地下水位,降低含水土層的含水率、改善土體的物理學性能,增加土層的承載力,可以保障并達到安全文明施工,縮短施工周期,節省施工空間,節省工程造價的目標。

              第二項 綠色施工方法。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。

              第三項 應用效果。本區域使用真空井點降水技術成功的案例為湘江世紀城迎霞路人防地下通道工程,濱河路埋設涵管工程,望城電廠尾水電站工程,根據本地區同類工程施工經驗,結合本工程實際地質情況,管溝基底側壁和坑底的細砂土層卵石層經真空井點主動抽吸其土層中的孔隙水后,該土層的凝聚力C值和內摩擦角α值能提高1倍,可增強基坑側壁的穩定性;真空井點在濾水管附近產生的多井群體負壓效應可以抑制上行地下水及側向補給地下水對基底產生的危害,無滲透變形危害發生,管溝則安全穩定。

              第四條 真空井點降水止水設計

              本區域地平的標高取32.00m,降水設計地下水初始標高可取30.00m,工程則要求地下水位被降至25.00m,地下水被降低的垂直降落深度為5.00m。管溝底地面標高取平均值26.00m。

        第一款 埋設位置和真空井點埋設深度

              采用沿管溝形狀埋設方式。管溝周邊的真空井點擬從標高32.0m的位置開始埋設,井點管要求入卵石層1.00m,其埋設深度8.0m-9.0m。

              第二款 井點計算

              第一項 計算最大涌水量。選擇道路長度150m為一個施工單元,計算該段落最大涌水量(按非完整井考慮)


        圖1 基坑涌水量計算

              a.基坑水位降深S

                S=5m

              b.抽水深度H

                H=6m

              c.降水影響半徑Ro

               

              關于滲透系數選取說明:以現場情況看,探坑的地下水標高在30m附近,比瀏陽河水面略低,這說明該地下水是由地層中卵石層的承壓水上升至此,如果視卵石層層頂為承壓水頭起點,卵石層層頂標高平均為27.5m,承壓水普遍上行2.5m左右,根據地區經驗,滲透系數保守取40-65m/d,本章計算取50m/d。

             

             

              第三款 井點管的間距d。

              150m道路單元內,需要布置井點管224根,單個施工單元內含主管和支管降水延邊約413m,井點管的間距d=413÷223=2.0m

              單個施工單元擬安排真空井點(413÷2=)206個,全場共10.5個施工單元全場擬設2163個真空井點。

              第四款 井點孔徑。

              井點孔徑均為130mm。

              第五款 真空井點主機設備及安裝。

              根據真空井點降水止水主機系統單套日排水量600m3,結合同類工程施工經驗,每一個施工單元擬使用6套真空井點主機設備。 

              第六款 工期

              第一項 安裝工期。第一個施工單元的206個井點制作真空井點降水止水系統,獨立工期約10-12天;第2個施工單元至最后一個施工單元都基本不再獨立占用工期,可與土方、墊層及管線鋪設交叉施工。

              第二項 降水工期。每個單元降水工期暫按15天考慮,其中包含預降水3天。

              第五條 施工滲水解決方案

              本管溝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、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。

              第六條 施工中的作用及施工效果

              第一款 施工中的作用 

              全場設置的真空井點對管溝內地下水進行全面控制,起到降水的作用,同時截流管溝外不斷涌入的地下水,起到止水的作用,從而滿足管溝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。

              真空井點降水技術是安全可靠的技術。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管溝作業區周圍建筑物、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。

              第二款 施工效果 

              真空井點形成的小降水漏斗狀的非飽和土區域,有利于土方對含水土層的開挖,有利于基坑工程效率的提高,同時可保障周邊安全。真空井點抽出的地下水為清水,經化驗無害后,可供施工使用,可節約大量自來水資源,并為文明施工管理、創工地衛生典范提供較好的條件。

              第七條 應急預案

              第一款 針對勘察孔引流地下水上行的處理

              對管溝開挖過程中,會遇到管溝內的勘察孔引流承壓水上行的問題,大多數情況下引流上行的地下水呈清水狀態,水量豐富,針對該種狀況,要將該水源引入事先預設置的盲溝內,然后在匯入集水井提升外排。如遇上行地下水含泥砂,先采用濾網土工布進行濾砂處理,如無效,可設置臨時真空井點進行局部固砂處理。

              第二款 針對地下水量過大的處理

              在管溝降水過程中,若發現地下水過大,則要增加1-2臺真空井點降水主機提高排水量。

              第八條 施工組織方案

              第一款 工程進度計劃

              降水工程分二期完成,第一期為真空井點制作和降水止水系統安裝期,第一個施工單元預計10-12天,從第二個施工單元往后,井點安裝工期可與土方及管道鋪設等交叉施工,盡量少獨立占用工期;第二期為降水運行期,預計單個單元降水期為15天。

              第二款 工作流程

              施工準備---真空井點制作安裝---降水止水主機安裝---真空井點運行維護---降水系統拆除


              第三款 擬投入本項目的機械設備表

             

              第四款 保證降水效果和安全措施

              第一項 超前預降水是真空井點技術成功的必要保障措施。真空井點抽吸力直接作用的對象是土體的孔隙水,也包含空隙承壓水,土體孔隙分布的廣泛以及復雜性的特點,決定了超前預降水的必要性,即具體到本工程,在基坑施工階段,土方工程在開挖地下水位之前要進行3天左右的超前降水,使基坑內的細砂孔隙內的飽和水有時間被排除,這樣細砂土層才能達到一定程度的固結,才能避免流砂的形成,從而才能夠保障管溝內土方、墊層制作及管路鋪設等施工的順利進行。

              第二項 真空設備連續運行是安全保障措施。真空井點運行后,地下水在連續真空負壓作用下,會形成良性流線性通路,此時,地下固體顆粒物運移量達到最小甚至接近零運移狀態,反過來,如果間歇性使用該技術,地下水的通路則呈紊亂狀態,本工程就很難保障對流砂的控制,甚至造成邊坡坡后的不均勻沉降。

              第三項 成立項目質量安全組織機構,用管理和督查手段進行質量和安全的保障,做到文明施工、安全施工。

              第九條 施工目標

              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細砂、卵石土層進行降水止水,需將地下水位控制到開挖最深處的基底之下0.5m的位置。本工程預期達到的施工目標: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運行。



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