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1、745建筑技术 Architecture T echnology第31卷第11期 Vol . 31 No . 11特大型深基坑降水设计与施工胡鸿志DESIGN AND CONSTRUCTION OF DEWATERING SYSTEM OFEXTRA LARGE DEEP FOUNDATION TRENCHHU Hongzhi使锚杆的预应力达到预定值,今后应提高张拉应力值,提高值可视每个工程的具体情况而定。4. 2. 3锚杆预应力变化的长期观测试验锚杆锁定后,立刻量测一次,此值为锚杆的初始预加荷载,然后在10 d内每天量测1次,以后每10 d量测一次,直至30 d , 30 d后至9个月内每月
2、量测1次,其间若遇基坑开挖或下一层锚杆张拉时,加测1次,其观测时间共历时9个月。从对17根锚杆荷载随时间变化的曲线进行分析得出结果如下。(1)锚杆受力机理类似抗拔桩,锚杆受轴向力时,通过自由段的钢绞线将荷载传递给锚固体,由锚固体的周边和土层摩擦力承担荷载,所以锚杆抗拔力大小主要决定于土的强度。本工程锚杆的锚固段大多处于砂层及砂卵石层,锚杆有较大的承载力。 除个别锚杆外,大部分锚杆在外界条件变化(如基坑开挖、坡顶堆料、 重型车在坡顶行走振动等)时荷载变化不大,仅2. 5 %13 %。(2)基坑往下开挖时,会引起锚杆荷载加大,相应的锚头向外移动,导致锚杆荷载加大,荷载一旦加大,会使锚固体和土体剪切
3、变形加大,又使锚杆荷载减小,这与17根锚杆的荷载呈波浪形变化相符。(3)在距东坡一层38号锚杆北侧1 m处回填了一条出土坡道,荷载即减小了58 %。4. 2. 4桩顶水平位移观测和边坡的沉降观测桩顶位移观测结果为:最大水平位移40 mm ,一般为1030 mm ,边坡地面沉降观测一般为35 mm ,未见较大异常变化。333深基坑工程完工后,通过近一年的各项监测表明,支护体系经受了各种不利因素的考验,基坑安然无恙,边坡及周围建筑物稳定。 基坑开挖完成后进行基础工程施工时,未受地下水影响,说明降水工程的设计及施工是成功的。胡鸿志,1971年12月生,北京市机械施工公司科技部,工程师,100045收
4、稿日期:2000- 08- 10北京东方广场基坑开挖与护坡工程范围,东西长480 m,南北宽190 m,开挖深度17. 0025. 50 m。 该基坑底标高复杂(共50多个, 215个独立基坑) ,同时有上层滞水、 潜水及承压水三层地下水。 采用管井井点为主、 渗井井点为辅、配合区域明排水,以降低地下水位。管井井点平面布置如图1所示。1降水设计1. 1地下水情况(1)上层滞水。 水位标高在38. 00042. 000 m,水体主要是给排水管道漏水及雨水,因部位、 季节不同水位变化较大。(2)潜水。水位标高在27. 00029. 000 m,存在于第 层卵石层中,基坑西北、 东面水位较高,水量大
5、,南面受地铁降水的影响,水量较小。(3)承压水。初见水位20. 000 m左右,静止水位22. 600 m(北京勘察院提供数据)和23. 420 m(北京水利院提供数据) ,水头2. 03. 42 m,充满于两个不透水层间及 层卵石层中。地质构造如图2所示。1. 2降水特点及难点( 1)本工程坑底设计标高为21. 00028. 285 m,故三层地下水均对基坑开挖有影响,需降三层地下水,其中第 层卵石层中的潜水须全部排除,而由于降水井的降水漏斗现象,使 与 土层交界处形成一个降水盲区,部分层间残留水排不净。(2)基坑面积大,降水井布置困难,地层变化复杂,降水设计参数不易确定,且基坑涌水量大,抽
6、出的水不易排入市政管道。(3)基坑深1725m,井深2930m,超过了一般610t/ h单级潜水泵的额定扬程。1. 3降水方法的选择针对上述特点和难度,采用抽渗结合的方法,即降水井穿过第 粉质粘土图2地质构造及剖面示意图1基坑降水管井井点平面布置示意第31卷746建筑技术层,使第 层中的潜水利用5 m左右的落差渗入第 层卵石层中承压水内,从而确定了“以管井井点降水为主、 渗井井点及明排水为辅” 的降水方案。(1)上层滞水存在于以粘性土为主的杂填土内,采用桩间塑料板排水,在桩间安装塑料排水板,将上层滞水导入下层砂层及卵石层内。滞水量集中的地段,采用渗井将滞水导入下层,再由降水井抽走,基本解决了上
7、层滞水问题。(2)潜水存在于第 卵石层内,水头3. 04. 5 m,是主要的地下水,采用管井井点帷幕法降水。在基坑周边打井形成截水帷幕,阻止地下水进入基坑内,中间打若干个井,抽出坑内地下水。根据潜水存在于第 卵石层的地层情况,降水井穿透第 粉质粘土层,使潜水利用5 m左右的落差渗入第 卵石层内。 这样抽渗结合,可使基坑总涌水量减少1/ 3,分批抽水可使之更加减少,从而解决了基坑涌水量大、市政管道排放能力不足问题,也节省了水资源。针对第 卵石层与第 不透水层交界处存在降水盲区的情况采用了以下三种措施:一是采用透水性较好的桥式滤管钢管井;二是缩小降水井井距,用降水井的互助作用减缓降水盲区;三是在水
8、泥砾石管井两层土的交界处加孔隙率50 %以上的钢板网过滤器,以提高透水性。(3)采用明沟排水,排除少量层间残余水及流向基坑的其他水(雨水等)。 由于基坑面积很大,可划分若干区域。从区域边侧开始挖土,并在坑底挖掘截面为30 cm30 cm的边沟,每隔3050 m设 “600集水井(深11. 5m) ,安装3t/ h深水泵,将水抽至坑内邻近的降水井,以有效地截水和排水,保持坑底干场作业。(4)承压水存在于第 卵石层内,所有的降水井均进入此层,以抽吸部分承压水,打少量深井,用大泵(2050t/ h)抽承压水,既降低了承压水位,又加快了潜水的下降,将承压水位控制在标高20. 500 m以下,保证了基坑
9、施工安全。2管井井点设计2. 1确定设计参数基坑降水面积98 000 m2,基坑深度21. 50 m;降水深度4. 0 m;潜水层厚度4. 0 m,承压水层厚度6. 0 m;渗透系数及影响半径(现场抽水试验确定) :卵石层(潜水)K1= 232 m/ d ,R= 240 m;承压水层K2= 96 m/ d ,R= 140 m。2. 2井点计算(1)基坑假想半径177 m。(2)基坑涌水量:潜水层为38 344m3/ d ,承压水层为9 320 m3/ d。考虑到潜水层中有部分水可渗到下一层,故基坑总涌水量为:38 078 m3/d。(3)单井出水量为:169 m3/ d。(4)井点数量248座
10、。3降水井布置3. 1降水井的类型降水井井孔直径600 mm。井管有“300(内径)水泥砾石管井和 “300桥式钢管井管两种类型,其中为便于基础处理和封井方便,坑内降水井全部为钢管井。 为节约资金,坑外1/ 3为钢管井,2/ 3为水泥砾石管井。3. 2降水井的平面布置根据地下水流向、 水量及基坑深度布置降水井,迎水面及深基部分的基坑西侧及西北侧(中线以西) ,井距按6 m布置,其他地段按7. 5 m布置,基坑中间降水井井距30 m,根据井点计算结果应布置降水井248座,后因基坑加深补打深井15座,共263座。3. 3降水井的竖向布置由于大部分坑底标高在不透水的第 粉质粘土层,且基坑长度及宽度大
11、,降水井埋设深度不适用水力坡度理论,故本工程根据以下原则确定降水井深度:(1)降水井深度=地面标高-潜水层底标高+水泵运转沉淀高度;(2)为实现抽渗结合,井底进入第 卵石层不小于2 m。根据上述原则,本工程水泥砾石管井井底标高18. 000 m,钢管井井底标高17. 000 m。 由于所在部位及打井起始标高不同,井深分为8. 50 m、29. 50 m和14. 00 m三类,井管构造如图3所示。3. 4水位观测孔基坑四周布置12个水位观测孔,其中8个井用于观测潜水位, 4个井主要用于观测承压水位。4施工体会(1)本工程采用管井井点帷幕法降水,周边降水井有效地阻止了地下水流入基坑,由于设计坑底为
12、不透水的粘性土,基坑中间不会有水涌出,坑中间的残余水大部随机械挖土被挖走,边侧配合明沟排水,做到了基坑内基本无水,实现了降水的目的。(2)依据现场抽水试验取得的水文地质参数计算管井井点,计算结果同实际基本相符,使降水设计更加经济合理。因此大型或丰水地区的工程应先做现场抽水试验。(3)本工程利用地层构造,采用抽渗结合,使基坑涌水量减少1/ 3 ,同时利用降水井随抽水时间出水量逐渐减少的规律,采用边打井边抽水,分期分批抽水。待8月份基坑全面降水时,基坑总涌水量仅为设计涌水量的1/ 2。抽出的地下水可全部排入市政管道。与打回灌井解决排水问题相比,可节省资金数百万元。(4)基坑周边2/ 3的降水井采用混凝土砾石管井,为提高其透水性,在浸水部分专设钢板网过滤器,既保持了水泥砾石管井的造价低、 施工简便的优点,又克服了水泥砾石管井孔隙率低、透水性差的缺点。与全部使用钢管井相比,节省资金数百万元。(5)工程实践证明,透水率较高的桥式钢管井,水泥砾石管井的钢板网过滤器,群井的互阻作用及基坑南侧地铁施工降水的影响,将第 卵石层与第 粉质粘土层间的残余水减少到最小程度(一般为210cm,局部地段已经消失)。(6)对粉质粘土内小于10 cm厚的粉土夹层中的水,采用井点法难以排净,由于其水量极小,故采用明沟排水最为经济有效。图3降水井井管构造
