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降水对周围环境及降低影响的措施
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你可能喜欢|||||||||||临地铁深基坑地下结构施工降水技术 16:03:38 &来源：中国知网
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“上海协和城二期”工程位 于上海市南京西 路 2066 号，工 程周 情况复杂，且运行中的地铁2号线横穿本工程，另外基坑开挖深度范围内的工程地质和水文地质条件极差。针对本工程特点，说明本工程基坑降水必要性分析及降水设计总体思路、具体设计方案，详细阐述了本工程基坑降水的关键技术、降水实施效果及影响分析。为同类工程提供了一 些借鉴。
1. 1 周边环境情况
拟建的“上 海协和城二期”工程位于 海市南京西路 2066号，场地的东、西、北三面一部分为上世纪 20 ～ 40 年代的2 ～ 3 层砖木结构房屋( 优秀历史保护建筑) ，大部分为大放脚基础，部分为上世纪80、90年代的 5 ～ 6 层砖混结构房屋; 地铁 2 号线横穿本工程，将拟建场地为二个地块(北Ⅰ、北Ⅱ区) ，如图 1 所示。右侧基坑为北 I 区，占地面积为 7460m2，北 I 区分成一个主基坑及四个副基坑，其中主基坑为远离地铁二号线侧，副基坑为靠近地铁二号线侧; 左侧基坑为Ⅱ区，占地面积为 3160m2，北Ⅱ区又 分 成 一 个主基坑及二个副基坑; 邻地铁基坑长 度 近 200m，基坑最近处离地铁约 7m; 两个区的主基坑开挖深度达到 17. 15m，邻地 铁 副 基坑开 挖 深 度 13. 85m。地下室结构采用明挖顺作法施工。
1. 2 工程地质和水文地质条件
根据本工程《岩 土 工 程 勘 察 报 告》拟 建 场 地 在详勘 90. 45m 深度范围内的地基土主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成，根据土的成因、结构及物理力学性指标 综 合 分 析，共可划 成九个主要层次。其中对基坑开挖有重要影响的是第③、④层土，第③层为土淤泥质粉质粘土，土质较软且不均匀，基坑开挖时容易产生塌方、管涌、流砂等不良地质现象; 第④层淤泥质粘土为流塑状，压缩性大，灵敏度高，对基坑稳定极为不利。另外浅部土层中的潜水水位一般离地表面 0. 3～ 1. 5m，年 平 均 地 下 水 水 位 埋 深 离 地 表 面 0. 5 ～0. 7m。勘察期间 测 得 的 地 下 水 静 止 水 位 埋 深 一 般为 1. 10 ～ 1. 90m( 相应标高为 2. 33 ～ 1. 46m) 。本工程承压水主要分布于第⑦及第⑨层，对本工程有影响的承压含水层主要为第⑦层的承压水。
1. 3 深基坑支护设计方案
1. 3. 1 围护结构设计方案
本工程 基 坑 围 护 结 构 采 用 1. 0m 厚 地 下 连 续墙。为防止地下连续墙在成槽过程中可能产生的土体塌陷，在地下连续墙两侧采用 Φ850@600三轴水泥土搅拌桩进行土体加固，临地铁侧搅拌桩为双排、其余侧搅拌桩为单排，搅拌桩桩长 31m。
1. 3. 2 支撑体系
( 1) I、II 区主基坑。基坑内设置四道水平向钢混凝土支撑，支撑呈对撑形式，第 1 道支撑局部兼作施工栈桥( 自然地面标高约为 4. 0m，下同) ;
( 2) I、II 区副基坑。基坑内设置四道水平向 支撑，其中第1道为钢混凝土支撑，第2 ～ 第 4道为Φ609 钢管支撑，支撑呈对撑形式。
1. 3. 3 支撑立柱
采用型钢格构柱加钻孔灌注桩( 尽量利用工程桩) 作为支撑立柱，格构柱插入钻孔灌注桩 2. 5 ～3. 0m。
1. 3. 4 地基加固
为了控制基坑变形，确保基坑安全，基坑内采用Φ850@ 600 三轴水泥土搅拌桩进行土体加固。加固形式有裙边或抽条加固。基坑开挖支护体系典型剖面见图2
2 基坑降水必要性分析及降水设计总体思路
2. 1 降水必要性
( 1) 在方开挖至坑底 时，坑底距承压含水层较近，坑底土自重小于承压水压力。必须降低承压含水层的水头，确保基坑底板稳定，避免承压水击穿底板;
( 2) 疏干基坑开挖层的地下水，尽可能的降低开挖层土体的含水量，确保开挖出土时不对环境造成影响。
2. 2 降水设计总体思路
根据场地水文地质条件、基坑围护方法及土方开挖，本着“技术先进、经济合理”的原则，基坑降水采用坑内降水，采取“潜水疏干 + 承压水减压”相结合的方法，来达到降水目的。
3 基坑降水具体设计方案概述
3. 1 降压井布置
根据稳定性分析的要求以及分区分块施工，本工程降压井设计考虑如下:
( 1) 北Ⅰ-1 区。根据计算需要在北Ⅰ-1 区内布置三口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，减压降水后承压水位埋深等值线图如图 3 所示。
( 2) 北Ⅱ-1 区。根据计算需要在北Ⅱ-1 区内布置二口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，减压降水后承压水位埋深等值线图如图 4 所示。
基坑内共计布置五口减压井，此外，在北Ⅰ-1区、北Ⅱ-1 各布置一口坑内观测井(兼作备用井) ，降压井总数量为七口。
3. 2 疏干井布置
根据整个基坑围护形式以及周圈搅拌桩加固的形式和范围，在未进行加固区域内布置疏干深井，单口井的控制面积约为 150m2。
( 1) 北Ⅰ-1 区、北Ⅱ-1 区。根据基坑开挖深度及地层分布特征，北Ⅰ-1区确定疏干井深度为18. 00m 及 22. 00m，布置疏干井数量为 22 口; 北Ⅱ-1 区确定疏干井深度为14. 00m 及 22. 00m，避开加固区，拟布置疏干井数量为九口。
( 2) 北Ⅰ-2、北Ⅰ-3、北Ⅰ-4、北Ⅰ-5 区，北Ⅱ-2、北Ⅱ-3 区。坑 底 以 下 7. 30m 满堂加固，坑底以上9. 00m 抽条加固，故不考虑布置疏干井。本工程降水工作量详见表 1。
4 基坑降水关键技术
4. 1 疏干井真空预降水施工技术
( 1) 疏干井运行控制技术。勘察报告显示本基坑工程地下水比较丰富，含水量较大，为了给土方开挖创造良好的施工环境，采用真空降水，同时在土方开挖前 15 ～ 20d 即开始提前进行预降水。随开挖深度的加深可割除上部井管。根据基坑开挖、地下水情况以及天气情况，在不影响施工的前提下，不断调整降水井工作数量，按需降水，尽量减小降水对周边建筑、基坑以及地铁变形。
( 2) 疏干井构造设计。疏干井采用双滤头过滤器，除首层从 4m 开挖位置设置滤管，下部开始每隔2m 设置一道滤管，以保证孔隙水易于渗入井管内，确保疏干井的出水量。疏干井的构造设计详见图5。
4. 2 减压井运行动态控制施工技术
本工程根据土方开挖的逐步推进，基坑降水也分步分期进行，在某一时段以某一种降水方法为主，避免基坑无控制的超降水，减压井的运行可随基坑开挖深度增加再逐步降低承压水头，这样既能达到控制承压水水头，又最大程度的降低了降水对周边环境的影响。图6为减压井构造设计示意图。
4. 3 降水应急措施及施工管理技术降水成功与否直接关系到整个工程的安全，所以在施工过程中不能忽视一些影响降水安全的因素。
( 1) 电源保证。为了保证不间断降水，在施工现场除提供一路工业用电外，另外配备一台柴油发电机，发电量为 75kW，为了保证柴油发电机处于完好状态，还应定期( 1 ～ 2 周) 试运行一次，发电机进行模拟演习，保证应急时柴油发电机必须能够即时发动供电，施工现场临时用电电路采用双向闸刀，以确保工业电与柴油发电机供电自由切换，保证应急时必须全部发动供电，保证在基坑开挖过程中降水不得中断。
( 2) 排水保证。排水是否正常将直接影响降水运行，根据降水最高峰分析，每小时最高排水量大约200 吨，所以施工现场必须合理布置排水沟，能够迅速将大量地下水排入城市管道中。
( 3) 井管保护。基坑开 时注意保护降水井管，降水井管一般直径 219 ～ 273mm，壁厚 3 ～ 4mm，管材强度不是很高，经不起一些机械设备的碰撞和冲击，降水单位必须保证井管连接的焊接质量。坑内挖土时，井周边的土不得用挖机操作，可以人工扦土，并要有专人指挥。坑内所有井的孔位根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设 计 的 支 撑 相 碰，并最固定在支撑附近。对每口井设置醒目标志，并且对可能受车辆行走影响的电缆线以及管路部位加以防护，并且抽水人员应加强对现场的巡视力度。
( 4) 监测措 施。因基坑开挖深度比较深，必须委托专业监测单位对基坑围护结构和周边环境进行监测，加强信息化施工。周边环境出现异常情况，监测单位必须通知降水单位，使降水单位根据数据实时调整抽水井数以及抽水井位置。在合理的工作程序下，基坑开挖应加快进度，让基坑暴露的时间缩短，减少因开挖产生的沉降变形量。同时当基坑开挖时发现疏干深井的单井出水量没有显著的减少时应考虑地下连续墙是否渗漏，发现渗水，应及时阻漏，减少基坑外上层土层的固结变形。
5 降水实施效果及影响分析
5. 1 减压降水引起的地面沉降初评
近二十多年来上海深层( 针对第⑦层及其以下层) 降水实践经验证明，深层降水 地面沉降的影响是较小的，成井和降水运行管理控制得好，抽水结
束后大部分可以回弹，由于降水引起的承压水头降落漏斗的坡度不大，对建、构筑物产生的差异沉降可以忽略不计，不会影响其安全性。但应布置监测点，随时注意这些重要建筑物的地基变形情况。
5. 2 减压降水引起的地面沉降控制
( 1) 临近建筑物和地下管线的减压井抽水时间应尽量缩短;
( 2) 采用信息化施工，对周围环境进行监测，发现问题及时调整抽水井数量及抽水流量，以指导降水运行;
( 3) 监测资料及时报送降水项目部，以绘制相关的图表、曲线，调控降水运行程序;
( 4) 鉴于减压降水引起的地面沉降对周边环境的影响，必要时启动回灌措施对周边环境进行保护;
( 5) 在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水头，根据抽水试验得到的参数，计算不同井群组合下坑内地下水的深度，随基坑开挖深度确定井群的运行。在控制承压水头足以满足开挖基坑稳定性要求的前提下，尽量减小承压水位降深，以尽量减小和控制降水对环境的影响;
( 6) 对各种管线、要保护的建筑、已建成的隧道等，必须由专业监测单位进行监测;
( 7) 基坑施工过程中，如地下连续墙发生渗漏或严重渗漏，应及时采取堵措施，以避免导致基坑外侧浅层潜水位发生较大幅度下降以及由此引起的严重的地面沉降。
5. 3 减压降水引起的地面沉降预测分析采用下列经典弹性地面沉降公式进行降水引起的地面沉降预测计算:式中: Δδ 为地层压缩量，m; b0 为 地层初始厚度，m;mv 为体积 压缩系数，MPa－ 1，各参数值参考勘察报告; s 为承压水位降深，m; γw 为地下水重度，取 10. 0kN /m3; F 为沉降经验系数，其取值与土性及降水持续时间有关。基坑开挖过程中，对基坑减压降水对周边环境的影响作了如下预测:北Ⅰ-1 区和 北Ⅱ-1 区 减压井群持续抽 水 50d后，因减压降水引起的基坑外侧相邻地面的沉降预测等值线如图 7、8 所示。
预测计算结果表明:
北Ⅰ-1 区因减压降水引起的地铁2号线区间隧道最大沉降量为 4. 0 北Ⅰ-1 区因减压降水引起的坑外最大沉降量为 4. 5北Ⅱ-1 区因 减 压 降水引起的地铁2号 区间隧道最大沉降量为 3. 0 北Ⅱ-1 区因减压降水引起的坑外最大沉降量为 2. 8在施工过程中需要根据开挖工况“按需减压降水”，尽量减少减压降水对周边环境的影响。
5. 4 回灌措施
综上所述，地面因降水影响会发生沉降变形，考虑到基坑边有运行中的地铁二号线，在基坑降水运行时，紧急情况下基坑外侧拟布置数口回灌井，减少降水运行对坑外二号线的沉降影响。把水注入回灌井里，井周围的地下水位就会不断地上升，由于回灌井中的回灌水位与地下水位的静水位形成一个水头差，注入回灌井里的水才有可能向含水层里渗流。当渗流量与注入量保持平衡时则回灌水位就不再继续上升而稳定下来，此时在回灌井周围形成一个水位的上升锥，其形状与抽水的下降漏斗十分相似，只是方向正好相反。基坑外侧布置数口回灌井可以减少降水运行对基坑周边环境的沉降影响。
5. 5 降水监测
基坑降水过程中，监测单位将监测数据不间断报送施工各方，对比施工数据进行相关分析。如果出现异常情况，及时采取相关措施。
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