基坑降水工程设计方案.docx
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基坑降水工程设计方案
基坑降水工程设计方案
1工程概况
××为地铁1号线的第××座车站，××站位于××大道东侧绿化带，横穿规划××路，有效站台区位于××大道与规划××路路口东南象限地块绿化带，为地下二层10m宽岛式站台车站，站前设单渡线，站后设交叉渡线与出入段线相接，并预留远期正线南延的条件，交叉渡线围结构无法设柱。
本站共设4个出入口，3组风亭，近期实施的出入口3个，南侧3号出入口为与周边地块开发结合的预留出入口。
车站北端设置区间人防隔断门。
车站有效站台中心线里程为右CK29+208.450（右线），车站起点设计里程为：
右CK29+018.150，车站终点设计里程为：
右CK29+418.750。
车站主体基坑分为南、北两个基坑进行开挖，在距车站起点设计里程98.8m处设置临时封堵墙，第一阶段开挖临时封堵墙南侧基坑，第二阶段开挖临时封堵墙北侧基坑。
本次降水工程主要为地铁1号线××站主体结构，基坑具体性质见表1-1：
表1-1基坑工程性质表
工程部位
开挖深度（m）
开挖面标高（m）
围护方式
围护深度（m）
北端头井
17.219
-12.219
地下连续墙
30
标准段
15.429~16.23（下翻梁16.636~17.269）
-10.429~-11.23（下翻梁-11.636~-12.269）
27.5~28
南端头井
18.02
-13.02
32
注：
本工程设计地面标高取平均地面标高+5.00m，深度则均以地面标高计。
2工程地质与水文地质条件
2.1工程地质条件
车站基坑围各土层主要特征描述如下：
（1）2层素填土：
灰～灰黄色，该层土为路基土及绿化带素填土，路面下0.3-0.4m为沥青路面，其下为三合土，以粘性土为主，混石灰，密实；路基两侧绿花带中为素填土，含大量植物根茎及虫孔，土层结构松散。
该层土全场分布，工程特性差。
（3）1层粘土（第一硬土层）：
第四系全新统上段河湖相沉积物，黄褐色~灰黄色，可塑~硬塑，含铁锰质结核，夹青灰色条纹，有光泽，干强度高，韧性高。
（3）2层粉质粘土夹粉土：
第四系全新统上段河湖相沉积物，灰黄色，可塑，局部软塑，含氧化铁斑点，夹青灰色条纹，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，下部以粉质粘土为主，夹粉土薄层，局部粉土含量较高。
（3）3-1层粉质粘土：
第四系全新统上段河湖相沉积物，灰色，软塑~流塑，夹薄层粉土，局部为淤泥质粉质粘土与粉土互层，含云母碎屑，切面稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
该层土在CK29+195.00~CK29+284.00里程分布。
（3）3层粉土夹粉质粘土：
第四系全新统上段河湖相沉积物，灰色，很湿，稍密-中密，夹薄层粉质粘土，含云母碎屑，切面粗糙无光泽，韧性低，干强度低，摇振反应。
（5）1层淤泥质粉质粘土（第二软土层）：
第四系全新统下段湖沼相沉积物，灰色，流塑，含贝壳碎屑，切面光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
（6）1-1层粉质粘土：
第四系上更新统上段河湖相沉积物，灰色～灰褐色，可塑～硬塑，含钙质结核，团块状结构，切面光滑，有光泽，韧性高，干强度高。
（6）1层粘土（第二硬壳层）：
第四系上更新统上段河湖相沉积物，灰黄色，硬塑，局部可塑，含铁锰质结核，切面光滑，有光泽，韧性高，干强度高。
（6）2-1层粉质粘土夹粉土：
第四系上更新统上段河湖相沉积物，黄灰色～灰色，可塑，夹薄层粉土，含铁锰质氧化物，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。
（6）2层粉质粘土：
第四系上更新统上段河湖相沉积物，黄灰色～青灰色，可塑，含铁锰质氧化物，切面较光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
该层土在CK29+315.00~CK29+421.00里程分布。
（6）3层粉土：
第四系上更新统上段河湖相沉积物，灰黄-灰色，很湿，中密，含云母碎屑，韧性低，干强度低，摇振反应迅速，局部夹薄层粉质粘土。
该层土在CK29+049.00~CK29+142.00里程分布。
（7）1层粉质粘土：
第四系上更新统上段滨湖~河口相沉积物，灰色，软塑，夹粉土团块，含少量云母碎屑，切面光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
该层土在CK29+049.00~CK29+142.00里程缺失。
（7）2层粉砂（粉土）：
第四系上更新统上段滨海-河口相沉积物，该层土在本站点为粉土，灰色，很湿，中密，含云母碎屑，韧性低，干强度低，摇振反应迅速。
该层土在CK29+049.00~CK29+142.00里程分布。
（7）4层淤泥粉质粘土：
第四系上更新统上段湖沼相沉积物，灰色，流塑，局部软塑，含少量贝壳碎屑，切面光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
（8）1层粉质粘土：
第四系上更新下段河湖相沉积物，黄灰色，可塑～硬塑，含钙质结核，切面光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
（8）2-2层粉土夹粉质粘土：
第四系上更新统下段滨海--河口相沉积物，灰色，很湿，中密，夹少量粉质粘土，含云母碎屑，韧性低，干强度低，摇振反应迅速。
（8）3层粉质粘土：
第四系上更新统下段滨海--河口相沉积物，灰色～灰黄色，可塑，含钙质结核，切面光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。
各土层的特征详见下表2-1。
表2-1地层特性表
层号
土层
名称
含水量
（℅）
重度
（kN/m3）
渗透系数（cm/s）
垂直Kv
水平KH
（3）1
粘土
25.33
20.0
6.10×10-8
（3）2
粉质粘土夹粉土
29.01
19.3
1.22×10-6
1.64×10-6
（3）3-1
粉质粘土
30.8
19.2
1.39×10-7
2.11×10-7
（3）3
粉土夹粉质粘土
30.28
19.3
2.36×10-4
1.52×10-4
（5）1
淤泥质粉质粘土
29.59
19.5
3.98×10-5
5.65×10-5
（6）1-1
粉质粘土
25.10
20.2
8.04×10-7
2.39×10-6
（6）1
粘土
24.96
20.2
6.80×10-8
9.20×10-8
（6）2-1
粉质粘土夹粉土
27.41
19.8
7.24×10-5
7.41×10-5
（6）2
粉质粘土
28.20
19.9
2.14×10-7
1.37×10-6
（6）3
粉土
29.72
19.4
2.96×10-6
2.99×10-5
（7）1
粉质粘土
32.86
19.2
4.75×10-5
2.86×10-5
（7）2
粉砂（粉土）
30.92
19.5
6.15×10-5
3.85×10-5
（7）4
淤泥质粉质粘土
32.37
19.2
1.25×10-5
2.78×10-5
（8）1
粉质粘土
27.84
19.7
0.13×10-7
0.78×10-7
（8）2-2
粉土夹粉质粘土
27.08
19.9
（8）3
粉质粘土
25.51
20.0
（8）4
粉砂
30.19
19.2
（8）5
粉质粘土
24.93
20.0
上述各土层的分布埋藏情况详见“典型工程地质剖面图”
图2-1典型工程地质剖面
2.2水文地质条件
对本工程有影响的孔隙微承压含水层主要分布在（3）3层粉土夹粉质粘土，该层土属富水性中等的有压含水层，且与周边河道存在一定的水力联系，地下水接受河水补给充分。
当地下工程施工时，在挖至（3）3层时坑底及坑壁将会产生涌土、冒砂等现象，引起坑壁坍塌，因此，工程施工时，应采取降水、止水措施。
本站39轴北侧坑底下11.1m~16.6m左右有第Ⅰ承压含水层组（6）3层粉土，该层土以粉土为主，含水量中等，承压水头标高为-1.50m（水位埋深约为6.5m），5~18轴坑底下16m~21.6m左右另有第Ⅱ承压含水层组（7）2层粉砂（粉土），承压水头标高为-4.944m（水位埋深约为9.9m）。
3设计依据与降水目的
3.1设计依据
（1）《建筑地基基础设计规》GB50007-2002
（2）《供水水文地质勘察规》GB50027-2001
（3）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
（4）《建筑与市政降水工程技术规》JGJ/T111-98
（5）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
（6）《供水水文地质手册》
（7）地铁××号线××站相关勘察资料
（8）地铁××号线××站相关设计图纸
3.2降水目的
根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工要求，本方案设计降水的目的为：
（1）疏干开挖围土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑施工作业；
（2）降低坑土体含水量，提高坑土体强度；
（3）降低下部承压含水层的水位，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。
4降水设计方案
4.1工程地下水风险分析与对策
根据本工程场地条件、工程地质条件与水文地质条件分析，我们认为在本工程施工过程中，主要存在着以下工程地下水风险。
1）潜水及微承压水影响基坑开挖
本工程浅层主要含水层为杂填土和（3）2层粉质粘土夹粉土中的潜水含水层，（3）3层粉土夹粉质粘土微承压含水层。
（3）2层、（3）3层土层重力水含量较大，在开挖前若不采取措施降低该层的含水量，将造成开挖面大量积水，影响开挖面的正常施工；同时在动荷载的作用下土体产生液化现象，施工机械难以在开挖面上进行操作；较大的含水量也使得土体自立性差，影响开挖效率。
针对开挖围土层的风险特点，通常在基坑布设疏干管井，在基坑开挖前进行一定时间的预抽水，降低土层的含水量，方便土方开挖及开挖面的正常施工。
2）承压水突涌
本工程基坑底板开挖深度较大，基坑开挖需考虑浅层分布的承压含水层（6）3层及（7）2层对基坑的影响。
因此，在工程施工过程中，承压水突涌是本工程施工最大的风险之一。
针对承压水突涌风险，布设降压井进行减压降水是常用的工程降水措施。
4.2基坑底板抗突涌稳定性验算
针对承压含水层，进行基坑底板抗突涌稳定验算。
基坑底板抗突涌稳定性条件：
基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。
即：
h·γs≥Fs·γw·H
其中：
h—基坑底至承压含水层顶板间距离（m）；
γs—基坑底至承压含水层顶板间的土厚度加权平均重度（kN/m3）；
H—承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；
γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；
Fs—基坑抗突涌安全系数，取1.10；
图4-1基坑底板抗突涌验算示意图
1）（6）3层抗突涌稳定性验算
（6）3粉土层为场区第一承压含水层，在场区呈透镜体状分布，主要分布在1~38轴，根据勘察资料（6）3层初始水位标高取-1.50m。
选取JC-Ⅲ08-x18作为计算参考孔，其（6）3层层顶标高为-22.19m，计算（6）3层承压水顶托力：
Fs·γw·H=1.10×10×（22.19-1.5）=227.6kPa，计算基坑的临界开挖面标高为-10.83m（埋深15.83m）。
根据（6）3层的分布围，基坑的降压情况见下表：
表4-1基坑底板抗突涌稳定性验算表（（6）3层）
工程部位
开挖面标高
（m）
承压水顶托力（Kpa）
上覆土压力
（Kpa）
水位降深
（m）
控制水位标高
（m）
北端头井
-12.219
227.6
199.5
2.55
-4.05
标准段3~25轴
-10.429~-10.81（下翻梁-11.636~-12.089）
235.7~228.0（下翻梁204.6~202.2）
0（下翻梁2.09~2.31）
-1.5（下翻梁-3.59~-3.81）
标准段25~38轴
-10.81~-11.01（下翻梁-12.089~-12.269）
228.0~224.0（下翻梁202.2~198.5）
0~0.33（下翻梁2.31~2.64）
-1.5~-1.83（下翻梁-3.81~-4.14）
根据以上计算可以看出，北端头井、标准段25~38轴和标准段3~38轴有下翻梁分布的区域需要降压，本工程需降压区域下翻梁主要分布在6~11轴、14~16轴、21~33轴、36~38轴。
2）（7）2层抗突涌稳定性验算
（7）2层为第二承压含水层，根据勘察资料其初始水位标高取-4.944m，该区域在场区亦呈透镜体状分布，主要分布在4~17轴，选取钻孔JZ-Ⅲ08-x14作为计算参考孔，其（7）2层层顶标高为-26.95m，计算（7）2层承压水顶托力：
Fs·γw·H=1.10×10×（26.95-4.944）=242.1kPa；计算基坑的临界开挖面标高为-14.73m（标高19.73m）。
因本工程基坑开挖深度均小于临界值，故本工程不需要对（7）2层降压。
4.3降水设计思路
根据以上的计算可以看出，为了方便基坑的开挖作业，并且保证基坑的安全开挖，我们需要疏干开挖围土层中的含水量。
同时，也需要考虑降低车站基坑下部（6）3层承压含水层的水位。
1）开挖围土层疏干降水
基坑上部的含水层主要杂填土组成的潜水含水层、（3）2粉质粘土夹粉土层及微承压含水层（3）3粉土夹粉质粘土层，（3）3层重力水含量高，极易引发流砂、塌方等工程问题，疏干效果不好则严重影响基坑开挖、坑作业和工程安全。
根据土层特性，采用管井对开挖围土层进行疏干降水，基坑水位应控制在开挖面以下1m。
2）（6）3层减压降水
（6）3层在本工程中呈透镜体状，其主要分布于车站主体结构1～38轴区域，考虑到本工程中车站主体结构基坑围护未隔断承压含水层，故针对各自承压含水层采用单独布置降压井的减压方式。
因场区承压含水层（6）3层与（7）2层联通，含水层之间存在越流补给，故在降水正式施工前应进行实际抽水试验，检验降水效果，验证方案的可行性，必要时对降水方案进行优化设计。
4.4疏干设计
采用围护明挖施工时，需及时疏干开挖围土层中含水，保证基坑干开挖的顺利进行。
因此，开挖前需要布设若干疏干井，对基坑开挖围土层疏干。
疏干井单井有效面积取230m2。
坑降水井数量计算公式：
n=A/a井
式中：
n—基坑降水井数量（口）；
A—基坑面积（m2）；
a井—单井有效降水面积（m2）；
综合考虑潜水含水层地质条件、基坑形状及开挖因素，本工程疏干降水井的数量布置情况如下表：
表4-2疏干所需降水井设计
工程名称
面积（m2）
井数（口）
井号
××站
1910+6070
34
J1～J34
综合考虑地层特性、井损及水力梯度等对降水的影响，疏干井的深度设计为开挖面以下约4m。
基坑共布置34口疏干井，井号为J1～J34，深度为20～22m。
具体各井管平面位置、布设尺寸及井结构详见附图。
4.5降压设计
根据井群公式估算降压井间距，参考公式如下。
式中：
sc——观测点水位降深值（本工程为抽水井距两井中心的距离），m
Q0——抽水井出水量，m3/d
M——含水层的厚度，m
k——渗透系数，m/d
R0——影响半径（
），m
r1、r2......rn——计算点至各井点的距离，m
（6）3层承压含水层渗透系数K取1.5m/d，含水层厚度取平均厚度M为4.0m，单井出水量Q0取48m3/d。
根据以上公式，计算单井抽水时，不同观测点水位变化预测情况如下图所示：
图4-3（6）3层单井抽水不同观测点水位变化图
本工程需要降压的主要含水层为（6）3层，（6）3层主要分布于1~38轴，北端头井的水位降深为2.55m，标准段下翻梁水位降深为2.09~2.64m。
根据以上公式考虑基坑减压降水的安全储备及水位观测，基坑中共布置（6）3层降压井10口（含观测兼备用井）井号为Y1～Y10，深度为33m。
具体井位及井结构见附图。
4.6降水井布设
根据以上计算，本工程中降水井的布置情况如下所示：
共布置34口疏干井，井号为J1～J34，井结构施工参数如下：
J1～J2（共2口）：
深度为21m，滤管埋深为6.00～9.00m、11.00～16.00m、18.00～20.00m，4.00～21.00m深度回填滤料，0～4.00m深度填粘土；
J3～J32（共30口）：
深度为20m，滤管埋深为6.00～9.00m、11.00～15.00m、17.00～19.00m，4.00～20.00m深度回填滤料，0～4.00m深度填粘土；
J33～J34（共2口）：
深度为22m，滤管埋深为6.00～9.00m、11.00～17.00m、19.00～21.00m，4.00～22.00m深度回填滤料，0～4.00m深度填粘土；
基坑共布置（6）3层降压井10口（含备用兼观测井），井号为Y1～Y10，深度为33m，滤管埋深为28.00～32.00m，26.00～33.00m深度回填滤料，23.00~26.00m深度围回填优质粘土；0.00～23.00m深度填粘土。
具体井位及井结构见附图。
5抽水试验设计
5.1试验目的及任务
根据围护设计资料及勘察资料，对本工程中有重要影响的承压含水层为（6）3粉土层，由于本工程地层变化大，施工周期较长，为了更好的了解场地承压水的变化规律，确定承压水水位与抽水影响围，获取相关含水层的水力参数，了解含水层的水力特性，为后期降水方案优化设计提供依据，因此，在正式降水施工之前需要进行现场实际抽水试验，其主要目的为：
（1）通过现场抽水试验确定对本工程有重要影响的承压含水层（6）3层的初始水位，并了解地层水位的变化规律；
（2）测定（6）3层的单井涌水量，分析单井涌水量与抽水影响围；
（3）通过对试验数据的分析，了解场区的地层特征，计算（6）3层承压含水层的水文地质参数；
（4）通过群井抽水试验了解群井降水效果，验证降水方案的可行性；
（5）通过抽水试验，为拟建工程基坑降水工程提供合理的降水设计依据；
（6）通过抽水试验停抽后的水位恢复试验，了解场地承压水的恢复特征，为后期降水运行管理与用电、备用物资保障提供依据。
根据抽水试验的目的，确定本次抽水试验的主要任务为：
（1）抽水试验井的设计与施工；
（2）抽水试验的实施（主要包括水位及流量的观测）；
（3）水文地质参数的计算与分析；
（4）抽水试验结果的统计与分析。
5.2抽水试验工作量
5.2.1试验场地的选择
本次降水试验选用场区工程井作为抽水试验井，根据岩土工程勘察报告中水文地质条件的分析与本次抽水试验的目的，抽水试验场地按照以下原则选择：
（1）试验场地具备施工条件、不影响未来施工场地的布置；
（2）试验场地布置在排水、用电便利的围；
（3）试验场地的抽水试验不会对周围环境及建筑产生影响。
5.2.2试验井的设置
本次抽水试验利用3口工程井作为试验井，具体各试验井的井结构见表5-1。
表5-1试验井结构参数表
井号
含水层
井深（m）
管径（mm）
过滤器埋深（m）
砾料埋深（m）
Y6～Y8
（6）3层
33
273
28～32
26～33
5.2.3试验设备
本次抽水试验的试验设备需要如下：
（1）抽水设备：
深井水泵2台
（2）水位计：
3套30m量程
（3）流量表2个
5.3试验方法设计
本次抽水试验共分两大部分进行，具体各部分的试验安排如下：
1）第一组单井抽水试验
利用3口降压井Y6~Y8进行单井抽水试验，其中Y6为抽水井，Y7、Y8为观测井，抽水及观测时间为1天；
试验的主要目的为：
①测定（6）3层承压含水层的水位和单井出水量；②通过对单井试验数据分析，计算含水层的水力参数及降水的影响围。
2）第二组群井抽水试验：
单井抽水试验结束，开启降压井Y8抽水，观测Y7的水位，抽水时间为1天；
试验的主要目的为：
检验降水效果，验证降水方案的可行性，为优化设计及降水运行提供依据。
3）第三组水位恢复试验：
抽水试验结束，停止抽水，观测Y7的水位恢复规律，并记录，观测时间为1天；
试验的主要目的为：
了解（6）3层的水位恢复速率。
抽水试验过程见表5-2。
表5-2抽水试验过程一览表（（6）3层）
试验安排
试验方式
抽水井号
观测井号
试验目的
试验周期
第一组
单井抽水试验
Y6
Y7、Y8
单位涌水量、求水力参数
1d抽观结合
第二组
群井抽水试验
Y6、Y8
Y7
检验降水效果
1d抽观结合
第三组
水位恢复试验
—
Y7
了解水位恢复速率
1d观测
注：
每组抽水试验结束需对抽水井的动水位进行实测，抽水试验具体时间安排可根据现场试验情况进行合理调整。
本次抽水试验为一期抽水试验安排，抽水试验完毕对后期施工方案进行优化设计，并在二期降水井施工后对降压井进行试抽水试验，以检验降水效果。
5.4抽水试验流程
抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行，水位观测时间顺序为：
1＇5＇、10＇、15＇、20＇、25＇、30＇、40＇、50＇、60＇、90＇、120＇，以后每隔30min观测一次，至8h后每1h观测一次，至20h后每2h观测一次，直至抽水停止。
停止后观测恢复水位，时间间隔同抽水试验。
抽水时同时进行水量观测，观测时间间隔为30min，采用流量表读数，精度应读到0.1m3。
若发现水量过小而水位降低缓慢，可考虑改用流量较大的水泵，流量观测次数与地下水位观测同步。
在整个抽水试验的过程中，抽水井的出水量应保持常量，若前后两次、观测的流量变化超过±5%时，应及时调整。
根据实际出水量为施工阶段的井结构、数量进行合理调整。
5.5结果统计与分析
抽水试验结束后，需要对抽水过程中所采集的数据进行统计与分析，分析得出结果，将该结果应用于后续降水方案的优化设计中。
试验结果统计与分析主要容有：
（1）计算单井出水量：
通过对各观测井抽水时稳定水量资料的统计与分析，计算（6）3层的单井出水量，为后期方案设计降水井位置和结构及抽水运行时配备设备提供参考依据。
（2）验证方案的可行性
通过抽水试验分析计算，确定试验土层的抽水的影响围，验证降水方案是否可行，并进行可能的降水方案优化；
（3）计算承压含水层水力参数
①绘制各观测井s～t、Lgs～Lgt以及s～Lgt曲线，直观反映两者联系；
②选取适当的求参方法进行求参计算，求出承压含水层水力参数。
6管井构造与设计要求
6.1管井构造
（1）井壁管：
井壁管均采用焊接钢管，降水井井壁管直径均为φ273mm；
（2）过滤器（滤水管）：
滤水管的直径与井壁管的直径应相同；所有滤水管外均包一层30目～40目的尼龙网，尼龙网搭接部分约为20%～50%；尼龙网包好用铁丝捆绑牢实；
（3）沉淀管：
滤水管底部搭接1.00m沉淀管，防止井沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。
6.2设计要求
（1）井口高度：
井口应高于地表以上0.20m～0.50m，以防止地表污水渗入井；
（2）围填滤料：
疏干井的滤料填至地面以下4m，降压井的滤料根据设计图纸进行填充（本工程为滤管以上2m）；
（3）粘土封孔：
在滤料围填面以上采用粘土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。
详细滤料及粘土埋填情况见附图。
6.3质量验收
（1）井身偏差：
井身应圆正，上口保持水平，井的顶角及方位角不能突变，井身顶角倾斜度不能超过1度，井管与井深的尺寸偏差不得超过全长的正负千分之二；
（2）出水含
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