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第43卷第6期探矿工程(岩土钻掘工程)Vo1．43No．62016年6月ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)Jun．2016：75—80临江污水处理厂深基坑施工中地下水的处理研究刘耀峰，柴文俊，丁洪元，杨彩虎(中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北武汉430080)摘要：介绍了场地位临长江，地质条件复杂的黄浦路污水处理厂深基坑施工实例。分析了深基坑施工中地下水的危害，论述了对其处理的方法及要点，指出深基坑地下水的处理中，降水不可回避，但周边沉降可以避免。只要处理方案合理，成井质量得到保证，施工操作规范，可以满足坑内干作业的施工要求。关键词：深基坑；管井降水；帷幕隔渗；地面沉降中图分类号：TU473．2文献标识码：A文章编号：1672—7428(2016)06—0075—06GroundWaterTreatmentResearchonDeepFoundationPitConstructionofRiversideSewageWaterTreatmentPlant／LIUYao-厂eng，CAIWen-jun，DINGHong—yuan，YANGCai—hu(WuhanSurveying—geoteehnicalResearchInstituteCo．，Ltd．ofMCC，WuhanHubei430080，China)Abstract：ThisarticledescribesacaseofdeepfoundationpitconstructionforHuangpulusewagetreatmentplant，whichwasbyYangtzeRiverwithcomplexgeologicalconditions．Thepaperpointsouttheharmofgroundwaterintheconstructionofdeep~undationpitanddiscussesthemethodsandthemajorpointsoftreatment．Dewmefingisinevitableintheprocessofdeep~undationwatertreatmentbutperipheralsettlementcanbeavoided．Withreasonabletreatmentscheme，ensuredwellqualityandstandard—operation，theconstructionrequirementsondryoperationcanbereached．Keywords：deepfoundationpit；tubewelldewatering；seepageinsulationbycurtain；groundsettlement1工程概况为25．20In。基坑设计采用钻孔灌注桩+2道钢筋黄浦路污水处理厂改建工程，场地位于汉口长混凝土内支撑方案，及帷幕止水和疏干降水，形成一江二桥桥头下游约200m的长江滩地上，南侧紧邻个由底板、支护桩、冠梁、腰梁、内支撑、高压旋喷桩、原污水处理厂一期工程，东侧紧邻武汉市花鸟市场工程桩、降水井组成的整体支护体系和隔渗降水体一层平房。地面标高约为25．20m，建筑物±0．O0系。其基坑工程平面布置如图1、降水井工程平面曰花鸟市场图1黄浦路污水处理厂深基坑工程平面布置图收稿日期：2015一l】一03；修回日期：2016—05—04作者简介：刘耀峰，男，汉族，1965年生，副总经理，教授级高级工程师，注册一级建造师，注册安全工程师，从事岩土勘察设计与施工工作，湖北省武汉市青山区冶金大道17号，768646886@qq．con。\n76探矿工程(岩土钻掘工程)2016年6月布置如图2所示。基坑开挖尺寸如表1所示。表1拟开挖基坑相关参数临时道路号基坑JS4JS5JS6JS7JS8根据《基坑工程技术规程》(DB42／159-2004)JS24第4．0．1条，基坑工程重要性等级为一级。0-esJS23-。lJ2工程地质与水文地质状况JS22__。1J2．1工程地质岩土层特性JS21IJso1．-3-_。根据勘察所揭露的地层岩性特征，自上而下划JS200分如表2所示。GCIO临时道路长江2．2水文地质条件图2黄浦路污水处理厂深基坑工程降水井平面布置图[==网[==口表2岩土层特性场地无统一的自由水面，水力联系较差，水位随前缘，地面高程为24．93～26．27m之间。季节变化，埋深1．29～3．35m之间，相应高程21．83～24．10m。3深基坑开挖可能出现的工程问题场地内地下水可划分为2种类型：填土层中赋黄浦路污水处理厂基坑紧临长江，坑周土体松存有上层滞水，上层滞水受大气降水、地表水及生活软，开挖可能有3方面岩土工程问题。排放水等补给；下部孑L隙承压水赋存于③层粉质粘3．1基坑边坡土体变形与整体失稳土、粉砂互层和④单元层粉砂中，水量丰富。上层滞一是由于开挖临空面引起土体向坑内少量位移水与下部孔隙承压水之问由②层淤泥质粉质粘土相而产生对支护悬臂结构的土压力，土压力大小和向隔无水力联系。承压水埋深为6．74～6．8O1TI，相应坑内位移大小取决于开挖深度、速度和以下一定深水位高程为18．48～18．42m，且与长江水力联系密度内土层的抗剪强度及土的侧向承载力；二是土体切，两者呈互补关系，其水位变化受降水量季节性中存在软流塑淤泥质土，在临空条件下或开挖振动(上游)变化影响规律明显。而产生塑形流动，或者边坡土体存在承压水，由于开2．3地形地貌挖保护厚度不够，而产生管涌或突涌，通常表现为坍主要由漫滩和阶地、冲积平原组成。场地位于塌；三是土体中有原生软弱结构面，因水作用而产生武汉长江二桥东侧，长江防洪大堤外的滩地上，人工滑移或滑坡。改造以吹填淤泥沙为主。地貌单元属长江一级阶地3．2地下水及基础性含水层对基坑产生危害\n第43卷第6期刘耀峰等：临汀污水处理厂深基坑施工中地下水的处理研究77工程项目位于武汉长江一级阶地分布区前缘，4．2．1．1排降法的原理和使用条件由于典型的二元结构组合使地下水明显分为2层。排降法是指采用抽水设备在集水井坑内抽排，该项目基坑根据开挖深度不同分为3个区，其所受针对潜水或一I-层滞水，下部承压水，以达到坑内干燥地下水危害程度不同，地下水的存在或沙土类随地可方便土建施工作业，并能保护坑壁及坑底稳定和下水涌出而产生涌水或流土，布置降水井以减压，疏邻近建(构)筑物及地下设备的正常使用。本基坑干措施以防大范围突涌。按照临江水文条件及开挖深度，选用了明沟排水和3．3开挖和降水引起基坑四周地面沉降深井降水法。由于开挖和降水原因，局部降深达l3．25111，基(1)明沟排水法的水，常从坑壁中渗出，所以往坑降水所形成的降水漏斗，可能会引起东侧的花鸟往采取堵集、导流等措施，以防止对坑壁的冲刷。本市场一层平房等建筑物的不均匀沉降，如不处理好项目用明沟排水法，是在基坑开挖至5m前，对上层深基坑工程的水的问题，则深基坑变形可能会造成滞水或部分潜水采取的过渡措施之一，要尽量使水严重的危害，甚至影响一期建筑的安全，产生环境影少流入坑内，少冲刷坑壁土层。响问题(2)深井降水法。因基坑开挖深度超过承压含水层顶板埋深，且局部含水层顶板很薄，承压的水压4基坑方案和处理要求力可能冲破起盖层(承压水位6．74～6．80m)，从而4．1设计思路使坑底突涌而无法完成基底施工。从勘察、设计、施4．1．1确保安全工和维护阶段的程序出发，按技术要求进行深井降工程位临长江滩地，上部地层多为吹填淤泥，周水法，此方法采用后应密切关注，防止发生过大的不边还有建筑群。基坑支护设计应确保工程的安全可均匀沉降。靠，综合考虑地质条件、施工技术和环境，技术经济4．2．1．2隔渗法的原理和使用条件性对比，强调各种技术优势的综合运用，保证基坑临隔渗法技术就是在基坑的四周或地板下某一深近地面建筑物及周边管线安全，保证坑内工程桩度采用高压旋喷(16m深)，形成一定强度、一定厚(汛期抗浮，枯水期抗压)安全，兼顾汛期施工的工度、抗渗性较强的水泥土墙，以阻止地下水流入基坑期和安全。的方法。本项目采用竖直隔渗墙中悬挂式竖向隔4．1．2重视基坑施工工程经验和现场管理渗，用来隔断上层滞水和延长承压水的渗透途径。由于基坑工程复杂性，变异性，用类比的工程经4．2．2进行基坑地下水处理的基本要求验解决基坑将要遇到的问题仍是途径之一。另外设(1)资料准备：含水层性质，厚度及顶板高程，计和施工不可分，施工要根据具体岩土地质条件，选水位标高及其动态规律以及含水层间的水力联系状择合适施工工艺，满足设计和规范要求。况，长江补水距离关系及水力关系，基坑深度，尺寸4．1．3强调施工过程的质量与监测范围，周边建筑，地下管线支护结构方案，基坑维持除了施工质量上要严格按照设计要求进行，还时间以及季节气象资料。应加强施工期问的变形监测。临江施工，在开挖过(2)水处理设计中，地面设立变形观测点，地下程中将水文地质条件变化情况和基坑变形监测结果水位变化连同基坑开挖施工作业进度，基坑边坡支分析，及时信息化反馈设计，做到设计调整及时，达护结构变形等信息进行反馈，分析处理(信息法施到控制变形，保证基坑开挖安全的目的。工)，并且要有相应的应急预案。4．2地下水处理方案(3)地下水处理必须考虑其复杂程度(见表3)。在深基坑开挖过程及底板之上施工过程中，开综合考虑本基坑的规模、降水深度、基坑等级，挖过程要有安全、稳定、干燥的作业环境，因此，必须本工程地下水处理复杂程度为复杂，采取深井降水对地下水进行处理，其处理方法和基本要求如下。方案。4．2．1地下水处理方法选择4．2．3降水方案的采用有2种地下水处理方法可供选择，一种是排降本工程因紧临长江边，承压水与长江水水力联法，另一种是隔渗法。系密切，降水能力受长江水位的影响较大。降水井\n78探矿工程(岩土钻掘工程)2016年6月布置方案需要在抽水试验后尽快确定，以保证其降式中：——承压含水层厚度，m；R——引用影响半深能力达到设计开挖及基坑封底要求。径，m。为防止地下水结构底板渗水，在各钢立柱与地渗透系数取15．2m／d，影响半径R=250m，丰下结构地板的连接处要设止水带，止水带采用钢板，水期水位按24m考虑，水位下降值S=12ITI，计算钢板满焊在钢立柱的杆件四周。上层滞水采用隔渗结果为：的方式处理，紧靠排桩外侧设置一排高压旋喷桩隔Q=2wKoSr0=31020m／d(4)渗，桩径8001TIN1，桩间距600mm，相邻桩搭接2004．2．3．2单井出水能力计算及设计出水量选取mm，桩顶高冠梁顶面0．7m，桩底穿过粉质粘土、q=120~rf√K(5)粉上、粉砂互层以下1m。为满足基坑封底需要，在式中：q——单井出水能力，m／d；f——过滤管长度，两钻孔灌注桩之间再布置一根高压旋喷桩加强防m；rw——过滤器半径，m；K——含水层渗透系数，渗，桩径800mm，桩顶与冠梁顶面齐平，桩底穿过粉m／d。质粘土、粉土、粉砂互层以下1m。地下承压水采用经计算单井出水能力q=1802m。／d，单井设计深井降水与封底相结合的方式处理，基坑封底结构出水量一般取1200m／d。完工之前，采取深井疏干降水。本工程基坑布置了4．2．3．3降水管井的数量确定31口降水井，局部降深达l3．25m，将承压含水层水降水管井的数量，可按下式确定：位降至基坑开挖面以下1．0m，管井深入粉砂层。n=P／q(6)4．2．3．1基坑总排水量的估算式中：n——降水管井数量，口；Q——基坑总抽排水根据基坑大小、水位下降值和含水层的渗透系量，m。／d；q——设计单井出水量，m／d。数预估基坑总排水量，用大井法对基坑总涌水量进按基坑总抽排水量31020m／d，单井设计出水行估算，其计算简图如图3。量取q=1200m／d设计，本工程设计降水井数量为凡=q／q=26口。即计算降水井26口，另设置备用降水井5口，故基坑设计降水井总数31口，另设置水位观测井6口。4．2．3．4井身结构(如图4所示)图3基坑涌水量计算简图总排水量：Q=2wKoSr0(1)Ko=(S+0．8L)／H·K(2)式中：——含水层渗透系数概化值，m／d；F0——基坑等效圆半径，m，r。=0．565√F；5——承压水水位(石英砂)下降设计值，m；K——含水层渗透系数，m／d；F——基坑面积，m；——一含水层顶面与设计下降水位的高差，1TI；日——从承压含水层底面算起的承压水测压水位高度，l'lq然后综合比较其他公式：1．鱼§Q．IQ73K(3)图4抽水井井身结构示意图\n第43卷第6期刘耀峰等：临江污水处理厂深基坑施工中地下水的处理研究79井深：抽水井及观测井井深均为35．0rn。压缩模量，是导致地面沉降的主要因素。基坑降水井径：抽水井及观测井井径分别为650mill和地面沉降预测可采用下述公式计算：325mm。A△w=·∑‘(7)成井方法：采用清水冲击钻探成孔，然后用深井i=I～si潜水泵洗井抽水。式中：Aw——水位下降引起的地面沉降量，cm；井管结构：抽水井和观测井井内下置钢管作为——水位下降引起的各计算分层有效应力增量，护井管和过滤管，抽水井管径350mm，观测井管径kPa；A——受降水影响地层(自降水前的水位至含108mm，井管总长35．0m，其中实管15．0m，过滤水层底板之间)的分层厚度，ClTI；n——计算分层数；管20．0m。E——各分层的压缩模量，MPa；M——经验系数；滤水管管眼直径为1．5cm，采用梅花型排列，M。=MM2，对于一般粘性土可取0．3～0．5，粉孔隙率>20％，外壁垫筋骨架包尼龙网(60目)缠铁质粘土、粉土、粉砂互层可取0．5～0．7，淤泥、淤丝。泥质土可取0．7～0．9，当降水维持时问3个月管壁与井壁之间砾料填至孔口以下35．0m，之内时：可取0．5～0．7，当降水维持时问超过312．0m以深砾料直径为2～5mm石英砂，12．0rn个月时可取0．7～0．9。以浅用风干粘土球(直径为2～3cm)捣实至地面。沉降预测：基坑降水后土层中地下水若仍然承4．2．3．5抽水试验压，则有效应力增量等于孔隙水压力下降值，即抽水试验采用深井潜水泵进行，在正式抽水试=A，y为水的容重，根据勘察报告花鸟市场侧承验前进行间断抽水洗井，做到水清砂净，水位反应灵压水埋深为6．74～6．80m，由于开挖局部降深达敏为止，并同步观测稳定水位。潜水泵扬程I>45m，13．25m，承压水下降厚度为6．45m，该层主要为粉流量I>50m。／h，泵体最大外径≤250mm(200QJ一质粘土，压缩模量取5MPa，计算经验值取0．6×80—40)，含砂量在满足洗井时<1／5oooo，正式运行0．8=0．48，则：时<1／100000。观测井能灵敏的反应地下水位变AAw=M·∑·化。降水结束后，根据“以砂还砂，以土还土”的原‘=l—si则，在井管内填人相应的砂和粘土并焊封井口。=0．48×64．5×645／5000=3．99cm4．2．4上层滞水及潜水的处理预测结果为3．99cm。在土方开挖前，沿护坡桩的外侧设一条排水沟，水位下降是致沉的动力，h和E指土层厚度和用堵、截、引、排的方法，排走坑周的地面大气降水及土层的压缩模量，它们是致沉关键。部分上层滞水。顺排水沟按一定距离设置集水井，4．2．5．3减少沉降的措施使明沟内的水引流到集水井内再用泵抽走。随着开(1)含水层的致沉作用是各个含水层独立行挖深度沿护坡桩内侧逐层开挖，先挖设一条低于开为，在基坑开挖过程中采取降水，若降低一个含水层挖层底标高的内侧排水沟及集水坑，使之流人基坑水位能达到目的，则不要触动另一个含水层，这样可的地下水由排水沟引入集水坑再由水泵抽走。以减少地面沉降量。4．2．5地下水处理的效果及环境影响(2)适度控制降水强度(50m／h)和降水延续4．2．5．1效果时间，合理开启，随着基坑开挖深度的增加，逐步调启动水井一般26口左右，初期出水量32000大基坑排水量，使水位降深逐步加大，直至最后达到nl／d左右，稳定出水量25000m／d左右，含砂率≤水位降深值。1／100000，坑内地下水水位下降，1号观测孔一16．8(3)基坑开挖应尽量压缩开挖及施工时间，需m，2号观测孔为一19．0m，始终保持基坑干作业施要降则抽水，缩短基坑降水的延续时间，减少基坑累工，是一个沿江堤内成功的深基坑深井降水。计排水量。4．2．5．2沉降预测及其影响因素分析(4)控制基坑支护结构的位移和沉降量，加强一个含水层的水位下降后，含水层初始水位以沉降监测。下土层有效应力增加。压缩土层厚度、土层本身的(5)严格控制降水井成井质量，符合《管井技术\n80探矿工程(岩土钻掘工程)2016年6月规范》技术要求。(3)基坑降水引起地面沉降不可避免但可控，(6)做好汛期应急方案，必要时采取灌水措施短暂基坑降水不足以危害坑周环境。以平衡承压水压力，防止基坑底板隆起破坏。灌水(4)基坑水处理设计、施工必须进行综合考虑点位于基坑南边31TI，污水处理厂一期尾水排放处，周边环境影响和技术经济指标，在满足水处理要求灌水量=(长江水位高程一基坑底板标高)×基坑后，方可进行基坑开挖。面积，估最大灌水量为690001i"1，采用8台型号为WQ250—7．75(250m／h)污水泵不问断抽水，30h参考文献：灌满。[1]刘国彬，王卫东．基坑工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009．沉降变形观测情况见表4。[2]苏宏阳，郦锁林．基础工程施J：手册[M]．北京：中国计划出版表4沉降变形观测情况社，2002．[3]DB42／J830-2012，基坑管井降水T程技术规程[S]．[4]齐晓华．喷锚支护与管井降水技术在基坑支护中的应用[J]．探矿工程(岩土掘进工程)，2013，40(9)：63—67．[5]吴玉山．高层建筑基础工程技术[M]．北京：科学出版社，1995．[6]刘耀峰，李事业，等．基坑降水引起的地面沉降机理探讨[J]．安全与环境工程，2004，42(2)：51—54．支护水平位移平均38mm，最大值东北中点55[7]樊朝金，李德文，邓春海．山东潍坊万达广场深基坑降水及有mm；沉降量平均值30mm，最大值40mm。承压水头降水井的封井方法[J]．探矿工程(岩土掘进工程)，2013，40(12)：71—73．[8]王江，杨智．某高层建筑深基坑工程降水方案研究[J]．土木基5结语础，2015，29(3)：35—37．(1)基坑水处理上层滞水及潜水，一般采用堵、[9]中国地质调查局．水文地质手册[M]．北京：地质出版社，截、引、排的方案。20l2．(2)深井疏干降水，只要降水方案合理，施工操[1O]杜魁，余小国，岳丽娜，等．武汉钰龙金融广场超深基坑工程设计方案选型[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2015，42作规范，成井质量保证，及时调整降水强度和降水延(12)：28—33．续时间能满足坑内始终干作业施工。(上接第74页)[8]郑仕善．复杂地层套管起拔方法[J]．地质与勘探，1980，(5)：69—71．护壁套管解卡，在起拔水文孔井管和钻探施工中卡[9]沈桂忱．防止套管事故及解决起拔困难的技术措施[J]．探矿埋钻事故处理也可发挥作用。工程(岩土钻掘工程)，1980，(3)：46—48．[10]郑建礼．爆破法起拔井管[J]．煤炭科学技术，1993，(9)40—41．参考文献：[11]谷毅军．钻孔放炮起拔套管的经验[J]．探矿工程，1960，『1]朱恒银，等深部岩心钻探技术与管理[M]．北京：地质出版(10)：17．社，20l4．[12]刘康民，程永选．起拔套管小经验[J]．探矿T程，1958，(11)：[2]朱恒银，张文生，氍贤．控制地面沉降回灌井施工技术研究9．[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2005，32(SI)：200—205．[13]孙景武，宋国龙，唐岳明，等．自制水文孔过滤管起拔工具及[3]李谦，鄢泰宁，卢春华．乌克兰的儿种新型解震击器[J]．探其工程应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(7)：32矿L：程(岩土钻掘程)，2011，38(4)：73—77．—33．『4]卢敦华，吴烨，徐联军．套管隔离液在巨厚松散层套管起拔中[14]曹江涛．第四系土层对钻探的影响及其解决方法[J]．西部探的应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2007，34(4)：42—44．矿工程，2015，(5)：45—50．『5]张文，仝增房，吉宏儒．浅谈钻孔成孔后表层套管的起拔[J]．[15]张兆德，戴瑞斌，王德禹．液压式上击器解卡的震击力计算水文地质工程地质，2003，(1)：100—102．[J]．上海交通大学学报，2002，36(1)：121—124．『6]刘广志．岩心钻探事故预防与处珲[M]．北京：地质出版社，[16]张兆德，李向军，王德禹．震击器解过程的动力学分析[J]．1986．石油矿场机械，2004，33(1)：8—11．『7]刘庆余．第四系松散地层深井施工中的几个问题[J]．探矿工程，1991，(4)：52—54．