武汉市轨道交通某站围护结构地下水控制施工方案.docx
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武汉市轨道交通某站围护结构地下水控制施工方案
武汉市轨道交通二号线一期工程
XX区间围护结构
编制单位:
XX股份工程有限公司
XX花园地铁站项目部
编制时间:
2009年05月
武汉轨道二号线XX花园站围护结构
地下水控制施工方案
任务号:
JK-2009-01图别:
施工方案
校对:
(签章)
编写:
(签章)
XX股份工程有限公司
XX花园地铁站项目部
2009年05月
第一部分地下水控制设计
第一章工程概况
第二章场区工程地质条件及水文地质条件
2.1场区地形地貌
2.2工程地质条件
2.3水文地质条件
第三章地下水控制思路
3.1概述
3.2承压水控制思路
3.3承压水控制方法
第四章降水方案设计
4.1综述
4.2设计依据
4.3设计原则
4.4降水井设计
4.5明排设计
4.6天汉软件复核
第五章降水对周边环境的影响
第六章封井措施
附1降水井平面布置
附2降水计算图(天汉软件)
第二部分施工组织设计
第一章工程概况
1.1编制依据
第二章施工部署
2.1管理目标
2.2项目组织机构
第三章施工准备
3.1技术准备
3.2生产准备
3.3施工现场准备
第四章施工工艺
4.1降水井施工
第五章工期目标及控制措施
5.1工期目标
5.2主要控制措施
第六章施工质量目标及保证措施
6.1施工质量目标
6.2施工质量保证措施
第七章安全生产目标及保证措施
7.1安全生产目标
7.2安全生产保证措施
第八章文明生产目标及保证措施
8.1文明生产目标
8.2文明生产保证措施
第九章其他施工措施
9.1雨季施工
9.1环境保护措施
9.4现场生活垃圾和废弃物处理
9.5防火措施
9.6保卫措施
附1拟投入的主要施工机械设备表
编制单位:
XX股份工程有限公司
XX花园地铁站项目部
编制时间:
2009年05月
第一章工程概况
1.1工程概况
XX站~XX花园站区间总体呈南北向布置,北连XX站,南接XX花园站,贯穿XX花园住宅小区,区间两端车站均为地下一层岛式站,左线长920.298m,右线长914.844m,线路纵坡为“人”字坡。
场地地面标高在19.24~20.58m之间,区间南端水塘水面高程约为18.87m,地势平缓,场地地貌单元属长江冲洪积二级阶地。
区间采用明挖法施工,主体采用钢筋砼框架结构,基坑开挖深度约9.4~10.6m,结构覆土2.2~3.7m,基坑在靠近XX站端采用上部放4m高缓坡,下部基坑采用SMW工法桩+1道钢支撑支护;中间五号路部分采用SMW工法桩+2道钢支撑支护;靠XX花园站端采用放坡开挖。
区间两端基坑重要性等级为二级,地面最大沉降≤0.2%H,放坡开挖边坡土体水平位移≤50mm;区间中部五号路部分基坑重要性等级为一级,地面最大沉降≤0.15%H,水平位移≤30mm(H为基坑开挖深度)。
本区间土方采用分段分层开挖,土方开挖后立即进行边坡护坡处理。
区间基底位于6-2、6-2a、6-2b黏土层和7-3粉质粘土夹粉土、粉砂层中。
6-2、7-3层可作为天然地基持力层,6-2a、6-2b层需经补强加固处理后方可作为天然地基持力层。
场地上层滞水静止水位在地面下0.35~4.00m间。
本工程建设单位为武汉地铁集团有限公司,勘察单位为武汉市勘察设计研究院,设计单位为中铁第四勘察设计院集团有限公司,监理单位为铁四院监理公司,施工单位为XX股份有限公司。
1.2邻近建筑物、道路及地下管线
本区间北端为空地,南端为规划XX花园文化休闲广场,现状为空地、水塘;中间穿越XX花园住宅小区11区与12区间道路,道路两侧主要为5~7层砼框架结构住宅楼。
11小区住宅楼距离基坑边约17m,12小区住宅楼距离基坑边约11.5m,区间还穿越XX花园内环北路和中环北路。
根据勘察单位提供的管线综合布置图及现场实际调查,本区间管线主要有给排水、电力、电信、煤气、路灯、广电系统、军用电缆及
高压线杆,相关管线的型号、部位及埋深等情况见下表:
序号
产权单位
型号
部位
埋深
1
电力
DLBH800×70010kv
2根
内环北路XX公园侧
0.8m
2
电信
DXBH450×2508/0
内环北路十一、十二小区侧
0.5m
3
路灯
LDФ1001/00.22kv
内环北路十一、十二小区侧
0.5m
4
路灯
LDФ1001/00.22kv
中环北路十一、十二小区侧
0.5m
5
电信
DXBH300×2006/0
中环北路十一、十二小区侧
0.6m
6
电力
DLBH800×70010kv
中环北路靠XX站侧
0.8m
7
广电系统
中环北路十一、十二小区侧
0.5m
8
军用电缆
JYBH200×1002/1
5号路外延部分
0.9m
9
高压线杆
5号路十二小区侧
10
高压线杆
5号路外延部分
11
监控探头
5号路与内环北路交汇处
5号路与中环北路交汇处
12
给水
JS砼Ф600
内环北路中
1.2m
13
给水
JS铸铁Ф500
内环北路靠十一、十二小区侧
5号路靠十一小区侧人行道边
0.75~1.2m
14
排水
PS砼Ф1500PS砼Ф1200
PS砼Ф600PS砼Ф300
5号路中、5号路与十二小区间
人行道及绿化带内
2.3m2.2m
1.0m0.8m
15
给水
JS铸铁Ф100
中环北路靠十二小区侧
1.2m
16
排水
PS砼Ф1500PS砼Ф1200
PS砼Ф1000PS砼Ф300
中环北路与5号路交汇处
2.6m2.3m
2.1m0.9m
17
煤气
MQ铸铁Ф400中压
5号路十二小区侧绿化带内
1.2m
18
煤气
MQ铸铁Ф300中压
5号路外延部分
1.1m
19
排水
PS砼Ф1500PS砼Ф800
PS砼Ф300
5号路外延部分
2.8m1.8m
1.1m
20
排水
PS砼Ф1800
XX站施工便道路中
2.6m
1.3围护结构概况
本区间基坑采用明挖施工。
主体采用钢筋砼框架结构,基坑开挖深度约9.4~10.6m,结构覆土2.2~3.7m。
区间两端现状为空地,场地开阔,基坑在靠近XX站端采用上部放4m高缓坡,下部基坑采用SMW工法桩+1道钢支撑支护;靠XX花园站端采用放坡开挖,局部放坡基坑坡面存在较厚软弱土层处采用650@500深层搅拌桩水泥土挡墙进行加固;内环北路至中环北路穿越十一、十二住宅小区段明挖基坑采用SMW工法桩+2内支撑围护体系。
基坑边坡坡面采用100mm厚C20喷砼,内设8@200×200钢筋网,并采用20@1200×1000短筋固定坡面。
本区间两端基坑重要性等级为二级,地面最大沉降≤0.2%H,放坡开挖边坡土体水平位移≤50mm;区间中部五号路部分基坑重要性等级为一级,地面最大沉降≤0.15%H,水平位移≤30mm(H为基坑开挖深度)。
本区间基底位于6-2、6-2a、6-2b粘土层和7-3粉质粘土夹粉土、粉砂层中。
6-2、7-3层可作为天然地基持力层,6-2a、6-2b层需经补强加固处理后方可作为天然地基持力层。
基底及坡脚搅拌桩加固均采用Φ650@550深层搅拌桩,水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,搅拌桩28天无侧限抗压强度不小于1.0Mpa,实桩水泥掺量为14%,空桩水泥掺量为5%。
沿基坑围护桩边或边坡顶部2.0m外设置截水沟拦截地表水,防止地表水流入基坑内和冲刷边坡。
基坑周边5m范围内需进行固化以防止地表水浸入。
坑内设置排水沟、集水井,汇入沟、井内积水及时予以抽排。
排水沟、集水井应定时清理,预防堵塞造成水流不畅而导致积水无法及时排除,支护面背部需按设计要求埋设泄水孔,及时排除面层积水。
基坑开挖前7-15天应采用管井或真空管井对基坑范围内的地下水进行预降水、疏干,以加固坑内土体,基坑降水深度应控制在坑底以下1.0m。
开挖至坑底施工底板时,在井点管位置设置底板泄水孔,然后拆除井点管,待区间顶板覆土施工完成后方可封孔。
第二章工程地质水文地质条件
2.1地形地貌
武汉市位于长江中游江汉平原东部的汉水与长江交汇处,总体地势东高西低,南高北低,以丘陵与平原相间的波状起伏地为主,总体属于丘陵——平原地貌类型。
本区间地势较为平缓,场地地貌形态属于长江冲洪积二级阶地,深层隐伏老黏土区。
2.2工程地质条件
场地地层自上而下划分为5个单元层:
即第
(1)单元层人工填土层(Qml)及塘底淤泥(Ql);第6单元层为第四系全新统冲积(Q4al)一般粘性土;第7单元层为第四系更新统冲、洪积(Q3al+pl)的老粘性土层;第8单元层为第四系上更新统冲、洪积(Q3al+pl)的砂土层,下伏15单元层为白垩—下第三系岩层(DNk-e)。
各岩土层的工程地质特征及分布情况描述见下表:
土层编号
岩土名称
年代
成因
层顶埋
深(m)
层厚
(m)
空间
分布
岩性描述
工程性质
1-1
杂填土
Qml
现地面
0.5~4.4
均有分布
灰~灰黑~杂色,局部黄色,主要由砖、碎石、混凝土地坪、植物根茎、生活垃圾及一般粘性土组成,根据调查,场地填土层填积时间小于10年,层中硬质物含量约为25%左右,最大粒径约为80cm。
结构松散均匀性差
1-2
素填土
Qml
0.5~2.2
0.5~3.9
大部分地段分布
黄褐色~褐黄色,主要由一般粘性土混夹少许砖渣、碎石、植物根茎等物质组成,根据调查,场地填土层填积时间小于10年
结构松散均匀性差
1-3
淤泥
Ql
1.0~2.8
0.4~1.5
局部地段分布
灰黑色,流塑状,富含有机质,偶见螺壳碎片,光泽反应稍有光滑,摇振反应中等,切面光滑。
承载力低高压缩性
6-1
粘土
Q4al
1.7~3.5
0.8~2.2
大部分地段分布
灰色~褐黄色~黄褐色,可塑,含少许氧化铁及结核、云母片等物质,光泽反应强
承载力一般中压缩性
6-1a
粘土
Q4al
1.6~4.5
0.8~2.2
大部分地段分布
褐黄色~黄褐色,软塑状态,强度低,高压缩性
承载力一般
6-2
粘土
Q4al
1.3~9.0
1.4~10.0
大部分地段分布
灰色~褐黄色~黄褐色,可塑,局部地段呈硬塑或软塑,含少许氧化铁及结核、云母片、有机质等物质,光泽反应稍有光滑
承载力一般中压缩性
6-2a
粘土
Q4al
3.2~5.1
1.3~5.2
局部地段分布
褐灰色,软塑,局部呈可塑或流塑,含少许氧化铁及结核、云母片、有机质等物质,光泽反应稍有光滑
承载力低高压缩性
6-2b
粘土
Q4al
3.5~5.6
1.1~4.5
大部分地段分布
褐灰色,软塑状态,强度低,高压缩性
承载力低
7-3
粘土夹粉土、粉砂
Q3al+pl
2.4~12.8
5.2~18.0
均有分布
灰色~褐黄色~黄褐色,可塑~硬塑状态,含少许氧化铁及结核、云母片等物质,并富含团块状、条纹状高岭土,层间局部深度段为粉土、粉细砂夹层,并夹有小碎石、砾卵石等物质
承载力高低压缩性
7-3a
粘土夹粉土、粉砂
Q3al+pl
1.5~11.3
0.5~2.7
局部地段呈透镜体状分布
褐灰色,软~可塑,含少许氧化铁及结核、云母片等物质,光泽反应稍有光滑
承载力高低压缩性
2.3水文地质条件
场区地下水按埋藏条件主要为上层滞水和层间承压水两种类型。
1)上层滞水
上层滞水主要赋存于
(1)层杂填土和(1-2)层素填土中,接受大气降水及地表散水、地表水体的渗透补给,水量有限,水位不稳定。
区间施工期间,上层滞水是基坑内积水的主要水源,必须予以处理。
勘察期间测得场地上层滞水静止水位在地面下0.35~4.00m间,相当于绝对标高16.46~22.24m。
2)承压水
孔隙承压水赋存于场地的(8-1)层粉细砂混粘性土、小砾石,(8-2)层粉细砂混粘性土、砾卵石层之中,水量较丰富,具承压性。
由于场区承压水与长江水体有水力联系,因此其水位亦随长江水位的季节性变化而变化。
3)地下水对建筑材料的腐蚀性评价
判定场地地下水及地表水对混凝土及混凝土中钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
第三章地下水控制思路
3.1概述
基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制,即在基坑工程施工过程中,地下水要满足支护结构和挖土施工的要求,并且不因地下水位的变化,对基坑周围的环境和设施带来危害。
地下水控制方法有多种,其适用条件大致如下表,选择时根据土层情况、降水深度、周围环境、支护结构种类等综合考虑后优选。
当因降水而危及基坑及周边环境安全时,宜采用截水或回灌方法。
地下水控制方法适用条件
方法名称
土类
渗透系数
(m/d)
降水深度
(m)
水文地质特征
集水明排
填土、粉土、粘性土、砂土
7~20.0
<5
上层滞水或水量不大的潜水
降
水
真空井点
0.1~20.0
单级<6
多级<20
喷射井点
O.1~20.0
<20
管井
粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带
1.0~200.0
>5
含水丰富的潜水、承压水、裂隙水
截水
粘性土、粉土、砂土、碎石土、岩溶土
不限
不限
回灌
填土、粉土、砂土、碎石土
O.1~200.0
不限
3.2地下水控制思路
1)上层滞水控制:
在地下水位较高地区开挖基坑,会遇到地下水问题。
如涌入基坑内的地下水不能及时排除,不但土方开挖困难,边坡易于塌方,而且会使地基被水浸泡,扰动地基土,造成竣工后的建筑物产生不均匀沉降。
为此,在基坑开挖时要及时排除涌入的地下水。
当基坑涌水量不大时,集水明排法是应用最广泛,亦是最简单、经济的方法。
2)承压水和互层土潜水控制:
一般基坑工程随着开挖深度增加,承压含水层中的承压水对隔水顶板的水压逐渐增大,而坑底下隔水顶板土体随着厚度变薄,土体自重应力逐渐减少,而承压水水压超过顶板土体自重应力,或挖穿顶板土体,就会产生涌水、流砂,形成地下水水患。
根据勘察报告,承压水埋深8.80m,相当于绝对标高11.2m。
按基坑开挖深度8.4~9.9m,承压水水位高于基坑底,基坑底部为7-1层互层土,该层土具有水平渗透性强,垂直渗透性差等特点,该层土中所含地下水与承压水有水力联系,具有相同的水位,但有滞后现象,基坑开挖后易发生水平方向的渗透。
基坑大部分地段揭露该层,宜考虑对该层土中所含地下水降水疏干处理。
3)抽水试验:
为验证地质参数,我方进行了现场抽水试验,共施工2口抽水井和4口观测井。
基坑开挖后这六口井即作为观测井,同时也可作为储备井,用来疏干和降低地下水水位。
4)截水:
根据围护结构,区间南北侧放坡段沿基坑下阶坡各设置有水泥搅拌桩进行土体加固,同时也可起到止水帷幕的作用。
中部SMW工法桩处水泥搅拌桩可起到止水帷幕的作用。
3.3地下水控制方法
综上所述,本基坑拟在采用悬挂式止水帷幕的基础上,对基坑内7-3层中地下水拟采用管井进行降水。
基坑开挖后采用集水明排法将基坑内积水抽排出基坑。
同时对地下水水位进行即时观测,当发现承压水位高于基坑底时,则开始深井降水。
第四章地下水控制设计
4.1综述
对于该基坑工程填土中赋存的上层滞水,由于采用了喷射混凝土支护和护面,以及基坑侧壁的水泥搅拌桩,上层滞水已被封堵在基坑外,为便于其间的上层滞水排泄,在基坑坡面上每隔一定距离应设置泄水孔。
基坑开挖之前,预先施工二十八口降水井(具体计算详附件);开挖前7-15天对土层中的水进行预先疏干,以加固坑内土体;开挖期间,对基坑内存在的少量滞水,可采用坑内明沟(盲沟)导流集中于集水坑内用潜水泵明排到坑外;当开挖到基坑底且测量的承压水水位比较高时,开启降水井进行抽水。
同时设置6口观测井(作为抽水试验井,已施工)。
4.2设计依据
1、《武汉市轨道交通二号线一期工程金常区间围护结构施工图》(铁道部第四勘察设计院);
2、XX~XX花园站区间地质勘测报告
3、《基坑工程技术规程》DB42/159-2004;
4、《供水管井设计技术规范》GB50296-99;
5、“天汉深基坑设计软件”。
4.3设计原则
1、在基坑开挖之前,对于上层滞水,进行预先疏干。
2、在土方开挖施工期间,由于坑内水量有限,采用明沟和集水井抽排(排水沟及集水井沟底低于挖土面0.3~0.5m,随着基坑开挖逐步加深,沟底及井底应保证这一深度差)。
3、粉质粘土加粉土粉砂夹层中的地下水因滞后效应难以疏干,同时采用预挖集水坑对其进行抽排(即在基坑开挖面以下开挖超过拟分层开挖深度0.5m以上集水坑)。
4.4降水井设计
降水即在基坑土方开挖之前,用管井深入含水层内用不断抽水方式使地下水位下降至坑底以下,同时使土体产生固结以方便土方开挖。
4.4.1降水井的深度及降水井结构
1)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。
结合场区实际地质条件,降水井采用中深井,深度可定为30m。
Hw=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6
Hw——降水井的深度
Hw1——基坑深度,取10.6m;
Hw2——降水水位距离基坑底要求的深度,取1m;
Hw3——ir0,i为水力坡度1/10~1/15;r0为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2,取2.5m;
Hw4——降水期间的地下水位变幅,取3m;
Hw5——降水井过滤器工作长度,取12m;
Hw6——沉砂管长度,取1m;
2)根据相关规程规范要求,降水井及观测井必须满足以下技术要求:
成孔口径600mm,下置的实管及滤水管口径250mm,抽水井井内下置钢管作为护井管和过滤管,井管单管长5.0m左右,管径250mm,下置过程中电焊连接,井管总长为30.0m,其中实管15.0m,过滤管15.0m。
滤水管管眼直径为1.8cm,间距为5.0cm,采用梅花型排列,孔隙率大于20%,外壁垫筋骨架包尼龙网(60目)缠铁丝。
管壁与井壁间砾料填位:
地面下12~30m砾料为直径2~5mm石英砂,0~12.0m为风干粘土球(直径为2~4cm)。
洗井充分,水位反映灵敏。
综上所述,降水井的结构见附图04。
4.4.2复核单井出水量
Q=π×n×vg×Dg×L
式中:
n——过滤管的孔隙率,取3%;
vg——允许过滤管进水流速,取0.02m/s=1728m/d;
Dg——过滤管外径,250mm=0.25m;
L——过滤管的长度,取15m。
单井可能的出水能力
Q=π×0.03×1728×0.25×15
=610.4m3/d
按单井井壁实际流速核定:
Q≤π×vj×Dk×L
式中:
Q——设计单井出水量(m3/d);
Dk——井径,0.60m;
L——井壁实际进水面的长度,取15m;
vj——允许井壁流速,vj2=k/225(m/s);
k——渗透系数,2.32(m/d);
Q≤π×29.8×0.6×15
=842.1m3/d>610.4m3/d
则确定设计单井出水量为610.4m3/d。
4.4.3施工工艺流程
4.4.4施工技术措施
1、不影响基坑通道主体结构施工,便于布设排水管;
2、所有降水井均必须经验收合格,方可投入运行,验收标准包括井结构参数、单井出水量和水的含砂量。
3、所有井管都要求圆直,成井时井管下到预计深度后,其环状间隙,应尽快按设计要求填充砾料及优质干粘土球。
4、应采用冲击式清水钻进成孔,必要时可用泥浆护孔。
5、尽量减少因基坑内抽水对周围环境造成的不利影响。
6、观测井能准确反映场地地下承压水位动态变化情况;能代表场地地下承压水位动态变化规律;不影响基坑结构施工,便于观测。
4.4.5平面布置
综合XX车站降水、抽水试验参数和设计要求,我方初步确定降水井井距为60mm,共需设置降水井28口(不含6口抽水试验井),经计算,可将地下水水位降低到基坑底一下2m左右,满足要求。
降水井设置在平台上,具体位置详见附图01。
4.4.6天汉软件复核
综合以上,采用天汉降水软件进行了复核,根据计算结果,可将基坑内承压水降低到基坑开挖面约2m以下(8.0m以下),其引起的基坑外地面沉降小于12mm。
由于基坑太长,整个基坑同时计算时无法输出结果,因此采用将基坑分为三段分别计算。
区间
勘察孔
地面标高
开挖深度
7-3层顶标高
基底标高
第一段(北侧)
C3
20.12
10.31
10.31
9.82
第二段(中部)
C20
20.12
9.6
12.31
10.91
第三段(南侧)
C55
15.96
5.4
10.26
10.56
计算结果详附2。
4.5明排设计
4.5.1明沟、集水井排水
明沟、集水井排水多是在基坑的两侧或四周设置排水明沟,在基坑四角或每隔30~40m设置集水井,使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内,然后用水泵将其排出基坑外。
排水明沟的底面应比挖土面低0.3~0.4m。
集水井底面应比沟底面低0.5m以上,并随基坑的挖深而加深,以保持水流畅通。
沟、井的截面应根据排水量确定,基坑排水量V应满足下列要求:
V≥1.5Q
式中Q——基坑总涌水量。
由于采用了止水帷幕并于基坑开挖之前进行地下室疏干,因此开挖后基坑内积水主要是雨水和土层中未疏干的积水以及坑侧泄水孔中留出的水。
可按基坑面积与暴雨量进行估算:
Q=F(13000m2)×H(0.2m)=2600m3。
明沟、集水井排水,视水量多少连续或间断抽水,直至基础施工完毕、回填土为止。
4.5.2水泵选用
集水明排水是用水泵从集水井中排水,常用的水泵有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵。
一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5-2.0倍。
第五章降水对周边环境的影响
在降水过程中,由于会随水流带出部分细微土粒,再加上降水后土体的含水量降低,使土壤产生固结,因而会引起周围地面的沉降,在建筑物密集地区进行降水施工,如因长时间降水引起过大的地面沉降,会带来较严重的后果,在软土地区曾发生过不少事故例子。
对本项目来说,基坑周边采用了止水帷幕,其排水量比较小,其造成的地面沉降非常有限,对周边环境造成的影响比较小。
为防止或减少降水对周围环境的影响,避免产生过大的地面沉降,可采取下列一些技术措施:
(1)使降水速度减缓。
可在井点系统降水过程中,调小离心泵阀,减缓抽水速度。
还可在邻近被保护建(构)筑物一侧,将井点管间距加大,需要时甚至暂停抽水。
(2)为防止抽水过程中将细微士粒带出,可根据土的粒径选择滤网。
另外确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量,亦能有效防止降水引起的地面沉降。
(3)在基坑内部降水,掌握好滤管的埋设深度,如支护结构有可靠的隔水性能,一方面能疏干土壤、降低地下水位,便于挖土施工,另一方面又不使降水影响到基坑外面,造成基坑周围产生沉降。
(4)采用回灌技术。
降水对周围环境的影响,是由于土壤内地下水流失造成的。
必要时可采用回灌技术,即在降水井点和要保护的建(构)筑物之间打设一排井点,在降水井点抽水的同时,通
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