商务区核心区地下交通环廊工程降水设计及施工方案

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商务区核心区地下交通环廊工程降水设计及施工方案

因抽取承压水的目的是为了降低承压水位,故在具体降水过程中要尽量减少抽水量,同时又要保证降水井的含砂量不超过有关规范要求。由于场区地质条件变化较大,结合场区实际地质条件,降水井采用中深井,深度暂定为35m。

考虑集水井主要目的为疏干上层粉质粘土及粉土夹层中的层间水体,故集水井深度暂定为12m。

JC/T 543-2015标准下载降水井(W1~W29):

1、井壁管:0~2m为实管,2~10m为滤水管,10~15m为实管,15~35m为滤水管,井壁管直径均为250mm,实管侧壁密封无孔隙,滤水管侧壁钻孔,孔径18mm,孔距5cm,呈梅花桩型交错布置。滤管外包缠12目铁丝网一层,60目尼龙网三层,尼龙网包扎完毕后用铁丝捆绑牢实。

2、滤料围填:井管与孔壁之间2~35m围填滤料,反滤料为直径2~3mm的绿豆砂。

3、粘土封孔:在滤料围填面以上(0~2m)采用风干粘土球填至地表,并做好井口管外的封闭工作。

集水井(J1~J37):

1、井壁管:0~12m全孔下置滤水管,滤水管管侧壁钻孔,孔径18mm,孔距5cm,呈梅花桩型交错布置。滤管外包缠12目铁丝网一层,60目尼龙网三层,尼龙网包扎完毕后用铁丝捆绑牢实。

2、滤料围填:井管与孔壁之间0~12m全孔围填滤料,反滤料为直径2~3mm的绿豆砂。

本次降水设计施工不另行布置观测井,采用施工过程中尚未开启的降水井和集水井兼着观测井使用。

3.7.1设计参数的校核

降水井施工过程中应进行单井及群井抽水试验,对前期设计参数进行校核,并对后期施工方案进行优化调整。

降水井全部施工完毕后,应进行群井联动试验,再次验证降水效果是否满足本设计要求。

3.7.2降水井的开启时间

为保证基坑在开挖过程中不发生突涌,根据上式取最不利钻孔进行计算,按承压水位19.00m考虑,当抗突涌分项系数小于1.2时,即降水井井群应在基坑开挖至地面下4.90m(绝对标高17.1m)时逐渐启动。

3.7.3降水井的维持运行

根据地下水位的变化情况、土方开挖及结构施工的总体安排,考虑不同的施工工况,将降水运行细化为3个施工段,具体运行方案如下(水位按丰水期19.00m考虑):

1、开挖深度在0~4.90米范围内,不需要开启降水井,即地下水承压水位位于开挖面以下或位于开挖面以上但不具备产生突涌的条件。开挖期间主要通过集水井、集水坑对坑内明水及雨季积水进行抽排,保证土体干燥,方便土方开挖和外运。

2、开挖深度在4.90~10.465米范围内,根据实测水位及上覆隔水层的厚度逐渐开启降水井井群进行抽排。

3、当基坑开挖至地面下10.465~12.695~13.45m(环廊端头及泵房底板底结构施工),开启大部分或全部降水井,降水井的启动尽量采用对称、均匀交错的方式开启。

4、如基坑开挖期间地下水较低,则应根据实测地下水位、土方的开挖深度,采用信息化施工管理,可在基坑不产生突涌前提下合理开启部分降水井进行减压。

基坑底板施工完毕并达到一定强度后,为减小降水井井管对结构施工造成影响,以及减弱长期抽水对周边产生的沉降,根据施工季节的地下水位,在充分考虑底板混凝土强度并满足抗浮设计的基础上,合理调配开启井群的数量,待结构自身压重与承压水的顶托力平衡后才可停止全部深井降水。

§4降水对周围环境影响的评估与监测

基坑开挖及降水后,承压水位降低将使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降,对周围建筑物及市政设施会构成不同程度的危害。鉴于此,对可能发生的危害程度做出正确的评估是非常必要的。根据相关技术规定,估算因降水而引起的地面最大沉降量可用下式计算:

式中ΔSw—为承压水水位下降引起的地面沉降量;

Ms—取经验数值0.25~0.90;

δwi—为承压水下降引起i层的附加应力(kPa);

Δhi—为i层厚度(cm);

Esi—为i层的压缩模量(MPa)。

把各分层参数及Ms=Ms1×Ms2(Ms1=0.3~0.5,Ms2=0.5~0.7代入上式得ΔSw=2.85cm。

为了反映周边土体地面沉降的空间变化规律,可采用“天汉”软件,得到如附图所示的结果。

以上计算结果是根据《深基坑工程技术规定》得出的,它没有考虑上部土层垂直向水头分布的差异,也不考虑沉降量随时间的变化,它仅为按弹性理论得到的最终固结沉降,这跟实际情况往往有较大出入。根据武汉市多年的基坑降水经验,因为该地段粘性土层较厚,其垂直方向上渗透系数很小,故地面沉降量随时间的增值比较缓慢,经大量武汉工程实践表明:在粘性土层中,降水时间达180天,其固结度不超过20%,其沉降量在降水启动后,沉降滞后效应非常明显,在合理的降水设计和良好的施工质量的前提下,降水引起的地面沉降量一般小于预测计算值,且沉降比较均匀。即使如此,考虑到预测计算值,应充分重视对进行深井降水对周围环境可能造成的不利影响。在深基坑开挖过程中,应根据挖土程序的需要及基坑的施工进度,合理调整抽水井开启数量,减小基坑周边水位降幅。

建议监测部门在周边布设一定数量的沉降监测点、位移监测点及地下承压水位观测点,特别是对沉降敏感的建构筑物应作为重点监测对象,如地下排水箱涵等。有条件时,可设置孔隙水压力计和分层沉降标。通过上述各监测点跟踪观测结果要及时汇总分析,进行信息反馈,一旦发生地面沉降超标、变形过大等不良现象,应立即分析原因并采取应急措施处理。

为了反映基坑内承压水位及周边土体地面沉降的空间变化规律,可采用“天汉”软件计算,结果详见设计计算书。

5.1施工组织结构的建立

我单位将把本工程列为公司重点工程,按照高效、精干;管理跨度和管理分层统一;责、权一致;命令一致;协调;弹性的原则,选派以施工过同类工程的同志担任项目经理;以施工过同类工程的高级工程师为项目总工,精心选配综合素质高的各级技术管理人员,设立工程项目经理部。

为确保工程保质保量按期完成,在现场成立项目经理部,下设质量安全部、工程部、预算部和后勤部四个职能部门,具体配置如下:

(1)项目经理部:全面负责现场施工管理,服从总包方统一协调管理并进行施工。

项目经理1人,技术负责1人。

(2)质量安全部:对工程质量、安全措施进行全面监督管理。

质检员1人,安全员1人,电工1人。

(3)工程部:负责测量定位、降水井施工、后期降水维持。

(4)预算部:做好工程预、决算及成本分析合理安排资金,保证工程施工顺利进行。

(5)后勤部:负责物资材料的供应及食堂后勤工作。

材料员:1人,食堂1人

5.2施工组织结构的启动与高效运作

1、根据本工程各方面情况及特点,有针对性的组建项目班子,并且人选一旦经过甲、乙双方确认,全班人选将处于启动状态,未进场之前可根据设计要求积极为本工程做好开工前的准备工作(材料、机械、技术等准备工作与策划工作),并且以无条件满足本工程需要为前题。

2、根据项目经理部的工作实际,具体明确每个项目管理人员的责、权、利,使全体管理人员有条不紊、紧张而有序地开展工作,从而较大幅度提高项目经理的工作效率,有效促进管理整体实力的强化。

3、用已制定的各项目管理制度来指导、督促、规范每个管理人员的工作质量、效率。做到项目管理“有章可循,执章必严、违章必纠”。

5.3施工组织高效运作保障措施

1、组织强有力的项目班子,选派思想好、业务精、能力强、善合作、服务好的管理人员进入项目管理班子。

3、强化激励与约束机制,制定业绩评比,奖罚办法,定时组织项目经理部管理人员会议,检查工作质量。

5、用工管理,选派组织能力强,技术水平高,能打硬仗的作业队伍,树立连续作战的精神,确保工期的按时或提前完成。

1、深化深基坑降水方案设计

在收到正式的施工图纸后,根据图纸的具体情况,将本次降水设计进行细化并作为施工的依据。

2.进场前进行三级技术交底,即技术负责人—管理人员—施工班组长。交底以书面形式表达,随同任务单一起下达到班组,班组长在接受交底后,认真贯彻施工意图。

根据业主提供的测量基准点进行平面轴线及高程复核,重要控制点要做成相对永久性的标记。

4.用电(网电)及临时设施准备:①需网电电力容量共计300KW:其中前期降水井施工39KW(3台套);后期降水维持300KW。②井管及滤料、粘土球等材料堆放占地100M2(10米×10米)。

6.2成井设备及材料准备

入场后按规定编制材料总体需用计划,分批到位入场,把好材料验收关,认真组织好工程材料的计划、采购、抽查和复检。并做好进场施工设备的检查和维修工作。

插表主要机械设备使用计划一览表

注:进场设备应根据现场总体施工进度及土方开挖情况作适当调整。

插表主要材料用量计划一览表

3m3/h、10m3/h、50m3/h

氧气、乙炔、焊条、铁丝

注:材料将根据实际施工情况及施工进度作适当调整。

1.成井施工设备、抽水排水设备和其它附属设备进厂、组装、架设和试运转;

2.按施工平面布置图进行合理规划,接通电源、水源、敷设管线、施工排水沟,做好安全防护工作。

3.根据现场条件,合理安排工地现场办公用房、施工作业和职工生活用地,保持良好的工作环境,以满足施工需要。

6.4降水井施工工艺流程

根据确定无误的井位测放井位,井位测放完毕后应做好井位标记,方便后期施工。若布设井位无法正常施工,应及时沟通、处理,必要时适当调整井位。

护筒埋设是重要一环,起到定位、导向,靠筒内水位和自造浆比重使孔内水压大于外部水压,防止塌孔,护筒内径比井管成孔口径大200mm,埋设护筒时,护筒底口应插入原状土层中,管外应用粘性土封严,防止施工时管外返浆,护筒上部应高出地面0.30m,埋设时位置要准确,护筒要竖直。护筒中心竖直线应与井中心线重合,竖直线倾斜不大于1%,护筒顶部焊加强筋和吊耳,开出水口,钻进过程中要经常检查是否发生偏移和下沉,并及时纠正。

安装钻机时,为了保证孔的垂直度,机台应安装稳固水平。钻机就位前,应对钻孔前的各项准备工作进行检查,包括主要机具设备的检查和维修。

1、本场区拟采用冲击钻机(或反循环回转钻机)成孔,钻机就位后应平稳,不得产生位移和沉陷,开孔的孔位必须准确。

2、钻孔成孔直径为500mm,钻进过程中,随时检查钻孔直径和竖直度,注意地层变化,在地层变化处捞取渣样,判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。并根据排渣口的排渣情况及返水量大小判断孔内工况,以便及时发现及解决问题,确保成孔质量。

3、无论发生任何异常,都应及时停钻处理。

成孔施工利用孔内粘土自然造浆,钻进过程中泥浆密度控制在1.10~1.15,当提升钻具或停工时,孔内必须压满泥浆,以防止孔壁坍塌。

钻孔钻进至设计标高后,即用清水循环交替清孔。

1、井管进场后,应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。首先必须测量孔深,并对井管滤水管逐根丈量、记录。封堵沉淀管底部,确保沉淀管底部封堵牢靠。

2、检查井管焊接,焊接接头处应采焊牢、焊缝均匀,无砂眼,焊缝堆高不小于6mm。

3、检查完毕后开始下井管,下管时必须保证滤水管居中。

1、按井的构造设计要求填入滤料,并随填随测滤料的高度,直至滤料下至预定位置,围填滤料时必须沿井孔周边多点均匀投放。

2、填滤料时,实时观察孔口返水情况,投放过程中要跟踪滤料上返高度,当滤料密实到设计高度后,按设计向井管与孔壁间投粘土球止水,粘土球上部用粘土块填孔密实,防止泥浆及地表污水流入井内。

成井完毕后,应尽快在井内下置深井潜水泵,采用机械抽排洗井。洗井至水清砂净。

1、井身偏差:井身应圆正,上口保持水平,井身顶角倾斜度不能超过1度。

2、洗井效果:洗井充分,水位反映灵敏。

3、单井涌水量:降水井不小于50m3/h,集水井根据现场实际情况具体确定。

4、出水含砂量:抽水稳定后,单井抽水含砂量不超过1/100000。

本基坑降水工程在前期降水井施工完毕后,后期维持随开挖进行。为保证工程按约定工期完成,具体各分项工程的进度安排如下:

具备开工条件后2天内完成临时设施的修建、租用,人员及各种机械设备材料按计划到位,达到开工条件。

针对本方案设计中的29口降水井、37口集水井,施工时间初步估计为28天,具体工期根据总包方总体进度安排及场地实际情况做适当调整,如遇雨天和不可抗力因素,则工期顺延。

集水井的主要目的疏干上部粉质粘土及粉土夹层中的层间水体,第一层土方揭示后集水井即启动运行提前进行预抽排,开启的井数应根据基坑的开挖深度、层间水的富水性现场确定。

降水井主要针对于深层承压水,由于基坑的开挖及地下环廊的结构施工可能会跨越洪水期,同时兼顾考虑中心基坑部分降水井尚在运行之中,故本环廊降水井的开启应综合考虑场区的地下承压水位、开挖的深度、毗邻基坑的井群开启状况,在保证不发生基坑突涌的前提下酌情开启,至地下环廊底板结构施工完毕后,在充分考虑底板混凝土强度并满足抗浮设计的基础上,即可停止全部降水井。

7.1降水维持施工工艺流程

7.2降水运行保障措施

降水成功与否直接关系到整个工程的安全,所以在施工过程中需加强一些保障降水运行的措施。

对于工程降水,在正常的降水运行过程中,必须有合理的用电保障已满足降水运行的需求。通常要求施工现场配备有安全装置的供配电系统,供电量不小于300KW,并配备双回路电源(备用发电机),以便在主电源临时停电时,在10min内能继续供电抽水。其它设备用电不得干扰降水用电或串入降水供电线路内用电。为保障水泵运转和正常使用,对电机设备要配有补偿保护装置。以便确保降水井正常运转,避免影响降水效果甚至危害基坑安全。

工程降水抽取地下水,减少基坑开挖范围内土体中含水量或降低承压含水层承压水压力,这就要求施工现场必须有合适的排水设施已满足工程降水的需求,确保降水运行排水的顺畅,保障降水效果。

对于施工现场的排水设施,应根据工程实际情况进行设计,但一般应满足以下要求:

a、排水设施应满足工程降水最大出水量的需求,并保障排水的顺畅。

b、应尽量缩短降水井与排水设施之间的距离,减少降水井排水的沿程水头损失,降低抽水设备的扬程消耗。

根据总包方的总体施工安排,本基坑采用在基坑坡肩设置排水明沟外接至市政管网对抽取的地下水进行排放,排水明沟施工时需采用相应加强措施防止坡体变形拉裂明沟导致沟体漏水,同时尚需保证一定的坡率以保证水体的顺利排放。

1、安装好排水系统,采用管道排水,将抽出的地下水排入有排泄能力的市政排水系统,防止倒流。

2、降水运行前应做好降水供电系统,配备独立的电源线。

3、所有抽水井应在供电电箱插座、抽水泵电缆插头及排水管上做好对应的标示,并在每次发生变动时进行相应的标示变更,便于抽水运行管理;供电电箱应定期进行检查并备有检查记录。

4、降水正式运行前降水工人应熟悉水泵开启、电路切换,以确保降水连续进行,避免因供电原因造成井底突水。

5、降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录。

6、降水维持期间可以根据实测的承压水高度调节降水井开启数量,严格控制因降水引起的周边地层不均匀沉降。

7、整个抽水维持期内,应当根据施工状况,进行信息化管理,严禁随意开启或关闭水泵。

8、成立现场专班,作好各项记录,确保各抽水、排水和供配电系统的正常运行,发生设备等故障和基坑险情时,能及时反馈并采取有效措施加以排除。

1、建议在基坑周边布设一定数量的沉降监测点及在护坡内布设一定数量的测斜孔。通过上述各监测点跟踪观测结果要及时汇总分析,进行信息反馈,一旦发生地面沉降超标、变形过大等不良现象,应立即采取应急措施处理。

2、根据需求按需降水,在满足需求的情况下,严格控制降水井涌水量及含砂量,避免超降。

3、在确保基坑安全的情况下尽量减少降水抽水时间;

根据武汉市有关规定,深井降水完毕后,应采取有效措施封堵井孔,避免承压水沿井孔及井壁上涌,根据该工程的特点封井的原则及具体措施如下。

1、基坑底板施工完毕并达到一定强度后,为减小降水井井管对施工造成影响,应根据施工季节的地下水位,在充分考虑底板的强度的基础上,合理调整开启井的数量,对不再开启使用的降水井及时封堵。

3、降水井的封堵宜采用“先内后外,先深后浅”的原则,及先封堵坑内侧降水井,后封堵坑外降水井,封堵前,先加大该井周边的降水力度,使待封井管内水位降至最低进行封堵,对最后封堵的降水井,应慎重处理。

4、对前期底板施工后封堵的井孔应充分考虑后期洪水季节水位的上涨是否对地下结构施工造成影响。

5、降水井封堵时采取“以砂还砂,以土还土”的原则,封堵井孔,并加焊封口钢板。

突发性停电往往造成工地瘫痪,尤其对喷锚施工和基坑降水井维持施工影响很大,如处理不当,将造成质量和安全事故等。

9.1.1紧急处理措施

施工现场一旦停电应立即指令电工查找停电原因。是线路负荷过大跳闸停电,还是局部线路上元器件损坏而停电,或是供电部门线路检修停电,还是例行停电日停电。如属前者应尽快抢修恢复停电;如属后者应立即采用现场发电机发电。

对突然性停电,在施工组织管理中应有有效的预防措施。

(1)、施工作业前应了解现场的供电线路、供电部门的临时停电公告以及正常的停电日期和停电的起止日期,避免盲目用电或侥幸用电;

(2)、现场应有值班电工、机修工,并备有常用耗材和元配件,当现场供电线路系统局部损坏时,能及时抢修恢复;

(3)、发电机的日常维护:发电机要有专人对其进行日常维护和保养,定期检查是否运转正常,各部零配件是否完好,发电机柴油储备是否满足要求,柴油存放地点要杜绝烟火,并放置灭火器。

9.1.3双电源保证措施

施工现场考虑备有两路工业用电,降水运行中保证一路工业用电停电后另一路工业用电能及时使用,保证停电1~10分钟内(详细根据场地承压水水位恢复速率确定)能将确保降压井的电源得到更换,确保在基坑开挖过程中降水持续性。

若第二路工业用电无法正常接入,考虑在现场另外配备一台发电机作为备用电源。

9.1.4电源切换流程

采用发电机作为备用电源时,电源切换时需参考以下电源切换流程。电源切换时电工、发电机工和降水人员要统一指挥,协调操作,各负其责。切换电源时,各位置工作人员职责如下:

1、发电机操作工:在发电机所在位置,迅速启动发电机,待正常之后立即通知电工切换电源;

2、电工:位于双向闸刀位置,接到发电机工的指令后,迅速切换电源;

3、降水班人员:位于各降压井启动箱和分电箱位置,根据启动箱指示灯状态或电表状态随时合上开关并启动指定按钮。

以上工作人员必须在断电10分钟内各就各位,确保10分钟内恢复降水运行。

9.1.5其他注意事项

1、切换电源会造成所有水泵停止工作,切换电源时降水人员必须在启动箱旁随时准备启动水泵;

2、若采用发电机,则先发电后切换电源,且必须在发电机工作稳定后方可切换;一旦恢复供电,先切换电源,再关闭发电机,且必须是在供电工作稳定后方可切换。

本设计方案除既有设计降水井外,尚需同时考虑毗邻基坑内降水井的同期使用,在原武汉中心坑内已施工的降水井在可以使用的情况下,可以作为降水备用井。备用井中应下入抽水设备并接好电路、排水管路,保障必要时及时启动。

备用井在降水运行过程中并不一直使用,但当其他工作井出现问题时,就要立即启用备用井,立即将备用井投入使用,确保降水运行效果。

9.2.3配备降水备用物资

降水井在实际运行中,由于各种原因,可能出现机械损坏的情况,而造成降水工程的中断。为了避免出现这种情况,在进行物资配备时,应适当考虑配备降水备用物资,在现使用物资出现异常时,及时更换备用物资,确保降水运行的顺利进行。

9.3突发性机械故障的处理和预防措施

突发性机械故障中,危害性较大的是施工机械设备、泵送机械等发生故障,由此可引起工期拖延或质量安全事故。

机械故障的处理,首先应注意必须由专业机修人员操作,以免产生次生机械或工伤事故。及时组织人员抢修,找出问题所在,如若短时间内不能修复,可考虑启动备用机械设备。

(1)、平时应定期做好机械保养保修工作,保持机械的完好率。重要施工作业前,还应认真做好例行检修工作,防止机械带病运转;

(2)、施工作业时,现场应有专业机修人员值班,并备有常用的机械零配件,以保证临时抢修调用;

(3)、机械操作人员应持证上岗,不得酒后操作,严禁非操作人员随意操作机械。

9.4突发性暴风雨灾害的预防措施

突发性暴风雨灾害通常发生在雷雨多发季节或多发地区。它的破坏力极强,极易造成质量或安全事故。对这类突发性灾害,应以预防为主,施工中应注意以下几个方面;

1、应每天收听(看)气象预报,特别是在连续土方开挖和浇筑混凝土作业时,应尽量避开雨天施工;

2、准备彩条布和塑料薄膜等防雨材料,对新浇筑的混凝土及时覆盖保护,并准备足够的水泵(潜水泵)对积水进行抽排;

9.4.2对于大风天气:

1、当遇大风(风力大于等于五级)天时,现场应组织各类人员组成临时抢险队,以应对可能出现的险情;

2、基坑施工时,临边2m以内不准堆放工程材料、小型机械设备等,以防大风来时发生安全事故;

3、降水井施工时的支架,包括其他临时搭设的脚手架或支架,应搭设规范、牢固,当遇强风天气时,应暂时停止施工。

深基坑支护工程属于风险性较大的工程,施工过程中因地质、环境等因素影响,可能有时会发生意外情况,为做到有备无患,针对本工程特点,制定以下应急措施:

1、坡面产生局部剥离、坍塌的处理:迅速采用土钉挂网固定,并喷射快凝混凝土;

2、坑底局部涌水涌砂的处理:迅速用麻袋装土反压,并用止水材料封堵以缩小范围,再采用双液注浆等办法封堵;

3基坑位移沉降过大的处理:在位移沉降过大区域根据产生的原因可在坑内增设斜支撑或在坑外采用花管注浆对土体进行预加固;

4出现坡脚滑移的处理:立即停止土方开挖,用碎石或土装入麻包反压坡脚或回填土方Q/GDW 13093.1—2018标准下载,然后用高压注浆固化土体,并在坡脚打入花管并进行注浆以稳固土体。

5、基坑侧壁流水流砂的处理:流砂产生原因主要是坑外水位高于坑内水位后,坑外水压向坑内流动的动水压大于或大于颗粒的浸水密度,使土粒失去稳定变成流动状态,随水从坑底或四周涌入坑内。

事故发生后,应尽快查找到渗漏点,采用双液化学注浆固结周围粉砂层使其形成防渗帷幕;加强降水,在必要的时候在渗漏点附近增加降水井,使水压下降;往坑底抛大石块,增加土的压重和减小动水压力,同时组织快速施工。

附图1.水位预测等值线图

附图2.降幅预测等值线图

附图3.沉降预测等值线图

DB11/T 420-2019标准下载附图4.含水层埋深分布示意图

附图5.降水井及集水井平面布置图

附图6.降水井及集水井井结构图

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