道路明挖段施工降水方案.docx
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道路明挖段施工降水方案
杭州庆春路过江隧道江南明挖段
基坑降水方案
2008年7月
一、工程概况
庆春路南岸出口明挖段基坑周边场地开阔，没有建筑物，是采用放坡开挖的理想场地，采用放坡开挖可大大节省工程造价、缩短工期；但能否实现方坡开挖的关键看降水，降水的成功可极大地提高工作效率，给工程带来超预期的效果。
该工程开挖面积约62000m2，分三段开挖，分三个阶段施工，第一阶段范围RK3+131.45~240.53（LK3+133.923~240）,长109.631m（106.177m），第二阶段为RK3+240.53~434.084（LK3+240~440）,长193.554m（220m）第三阶段为A、B匝道，降水施工时间为2008年8月10日～2009年5月15日，
明挖段主道开挖深度19.3～17.0m，长约310m；匝道段开挖深度17.0～0m，长度两边分别为310m和280m。
该工程降水须对上部潜水进行疏干和对下部承压水进行降压，潜水水位埋深接近地面，承压水水位埋深根据前期抽水试验在8.0m左右。
二、降水工程的重点难点
该工程重点是潜水疏干，处理不好将给工程带来无数的麻烦，处理好了工程处处顺利，承压水可在开挖前预知，根据种种原因，承压水的安全水位应降到开挖面以下。
两层水的重点难点分述如下：
2.1对于潜水：
1、开挖深度大，且开挖深度在含水层底板附近。
上部潜水含水层底板埋深在17～18m，而主道的开挖深度在19.3～17.0m，对于接近含水层底板附近的潜水靠简单的普通降水井排除比较困难，因此需采取真空井进行降水，对于局部地段若真空降水效果不好，则辅助措施是真空水平管降水。
2、潜水含水层中的粘土夹层上的滞水，是边坡的稳定的不利因素。
从地层资料显示，18m以上的潜水含水层，存在两层不透水或弱透水的淤泥质粘土夹层，该层顶板埋深分别为6.0～8.0m和10.0m，除此之外，还存在许多几厘米厚的粘土夹层，这些粘土夹层上的滞水，水位观测井观测不到其水位，但开挖形成临空面后，这些滞水将慢慢渗出，并带走泥沙，掏空边坡，造成边坡失稳。
应对办法，在开挖过程中及时采取降堵结合的措施，即及时施工小型轻型井点控制滞水，若滞水流量较大可暂停开挖，并回填土封堵临空面，待轻型井点排水后再开挖；等滞水流出量很小后可拆除小型轻型井点；在边坡护坡施工中，在滞水流出位置附近安装泄水孔；对于滞水流量很小的地段，也可采取水平真空管降水。
3、潜水含水层渗透性差。
含泥质较高的粉土渗透性较差，部分地段靠重力疏干效果不佳，则配合真空抽排。
所以在施工疏干降水井时，要充分考虑真空抽排的需要。
4、含水层地层颗粒极细，控制抽水含砂量是成井施工中的重点难点。
成井施工时，必须严格选择适合该地层的滤料，确保抽水含沙量控制在小于1/3万的规范范围内，确保边坡的稳定。
以上4点控制住了，并把潜水水位控制在开挖地面下1m，放坡开挖将无患了。
2.2对于承压水：
1、承压水水位要降到开挖底板下1m。
基坑开挖深度主道段在19.3m～17.0m，造成基坑底板突涌的原因有：
工法桩H型钢插入深度达31.5～32.5m，已接近承压水含水层顶板，在H型钢拔出时，承压水将可能击破H型钢底部的薄弱层从而形成基地突涌；
抽水试验井坍塌形成的废井没有止水，这样下部承压水将通过没有止水的废井涌到上部，从而形成基地突涌。
早期的勘探孔封堵不密实或未封堵，也会造成基地突涌。
解决办法：
把承压水降到基坑开挖底板下1m。
2、渗透性大，地下水回升速度快。
承压水含水层为卵石，渗透性很大，抽水试验看在53～80m/d，承压水降水时若停电等将回造成地下水快速回升，从而造成基地突涌。
解决办法：
配置500kw发电机，配置网点和发电机的自动切换系统，要求在3分钟之内切换完成；水泵配置自动控制装置，要求在控制室内自动开启或关闭水泵。
三、降水对周边环境的影响
降水将引起周边地面沉降和土体失水，因基坑周边没有建筑物，根据经验其沉降量应小于30cm，故降水引起的周边地面沉降可以不考虑。
降水引起的周边土体的失水是不可避免的，失水是各什么情况，失水后的结果怎样？
如何解决？
1、失水范围：
潜水的失水范围是很小的，其水力坡度1/10～1/30，按1/30计算，因井位布置在边坡的第一平台上，距离开挖面边缘5m，故降水的影响范围应在开挖面边缘线外25m内；承压水降水对作物和鱼塘没有关系，故不要考虑。
2、对作物和鱼塘的影响：
因潜水的失水范围小，对鱼塘的失水可直接抽江水补充即可（地下水含铁量等高不宜直接补给鱼塘），因杭州地区降水丰沛，土壤可以经常性的获得补充，降水造成的土壤失水对作物的影响可以不予考虑，如南京过江隧道江心州降水对葡萄园的影响很小，几乎没有影响到葡萄的生长。
四、场地水文地质条件
1、0－18米，粉土
2、18－32米，粉质粘土
3、32－36米，粉细、粗砂
4、36－41米，砾砂
5、41－55米粉质粘土
6、55米以下，基岩。
承压水位埋深8m，潜水位埋深1m左右。
五、基坑涌水量计算及布井方案
5.1潜水涌水量计算
潜水涌水量计算侧向径流补给量和静储量，根据降水要求，把静储量按规定的时间要求分配到每天中，即得静储量的每天消耗量，侧向径流补给量＋静储量的每天消耗量即为每天的涌水量。
计算公式如下：
式中：
Q径流—基坑侧向径流补给量（m3/d）
K—渗透系数（m/d）
H—潜水含水层的水位深度（m）
S—水位降深（m）
R－影响半径（m）
r—引用影响半径（m）
静储量的计算公式：
Q静－－静储量
A－基坑长度（m）
B－基坑宽度（m）
S—潜水水位降深（m）
a％－给谁度，大约为15%。
基坑的引用影响半径计算公式：
r－基坑引用影响半径（m）
A、B－基坑的长和宽（m）。
各段基坑的涌水量如下表：
潜水基坑侧向涌水量及静储量计算表
第一段
RK3+131.454～240.53（LK3+133.923～240）
基坑长度（m）
基坑宽度（m）
引用半径（m）
影响半径（m）
水位降深（m）
渗透系数（m/d）
含水层厚度（m）
基坑侧向涌水量（m3/d）
基坑静储量（m3/d）
水位降到位天数
日涌水量
井数
单井涌水量（m3/d）
109.0
115.3
63.3
30.0
15.5
1.5
18.0
3862.6
29219.9
10.0
6784.6
64
106.0
第二段
RK3+240.53～434.084（LK3+240～440）
基坑长度（m）
基坑宽度（m）
引用半径（m）
影响半径（m）
水位降深（m）
渗透系数（m/d）
含水层厚度（m）
基坑侧向涌水量（m3/d）
基坑静储量（m3/d）
水位降到位天数
日涌水量
井数
单井涌水量（m3/d）
196.0
143.5
94.6
30.0
16.5
1.5
18.0
5513.2
69611.9
10.0
12474.4
164
76.1
第三段A匝道AK0+240～470
基坑长度（m）
基坑宽度（m）
引用半径（m）
影响半径（m）
水位平均降深（m）
渗透系数（m/d）
含水层厚度（m）
基坑侧向涌水量（m3/d）
基坑静储量（m3/d）
水位降到位天数
日涌水量
井数
单井涌水量（m3/d）
230.0
31.4
48.0
30.0
11.5
1.5
18.0
2736.1
12458.0
10.0
3981.9
46
86.6
第三段B匝道BK0+234～433
基坑长度（m）
基坑宽度（m）
引用半径（m）
影响半径（m）
水位平均降深（m）
渗透系数（m/d）
含水层厚度（m）
基坑侧向涌水量（m3/d）
基坑静储量（m3/d）
水位降到位天数
日涌水量
井数
单井涌水量（m3/d）
199.0
30.7
44.1
30.0
11.5
1.5
18.0
2561.9
10538.5
10.0
3615.8
39
92.7
5.1.1潜水降水井数量和布置
基坑降水井从开挖深度5.5m以深的平台上开始布井，在外围共布置了184口，内部布置了138口，共布置了313口，外围井的井距12m，但内部的边坡井井距围15m；见“降水井平面布置图”和“降水井剖面布置图”
5.1.2潜水降水井结构
井深均为22m，外围井上部12m以上为钢管，下部为无砂混凝土管；内部井和靠近围护桩附近的井15m以上为钢管，下部为无砂混凝土管。
采用钢管就是可以在适当的时候采取真空抽水。
泥孔径600mm，无砂管的内径为φ300mm，外径φ360mm，外包两层80目的尼龙滤网，底部封死，钢管直径273mm；滤料从地面下3.00m投放至井底，滤料为直径0.15—2.5mm。
5.2承压水涌水量计算
5.2.1承压水基坑涌水量
承压水的静储量相对于侧向涌水量来说微不足道，故承压水不计算静储量。
根据抽水试验资料，承压水基坑涌水量为
＝37597.38m3/d
式中：
Q—基坑侧向径流补给量（m3/d）
K—渗透系数（m/d）（75m/d）
M—含水层的厚度（m）（16m）
S—水位降深（m）（11m）
R－影响半径（m）
r—引用影响半径（m）
5.2.2承压水降水井数量及布置
根据抽水试验资料，降水井单井出水量大于4000m3/d，故干扰抽水量应大于2100m3/d，因此降水井数量为
n＝1.2Q/2100=21.48（口），即22口。
降水井布置在开挖深度较深的前100m段。
5.2.3承压水降水井结构
井深为45～48m，泥孔径700mm，井管为外径360mm、内径300mm的钢筋混凝土管，滤料为砾石。
31～27m为粘土球止水，其上为粘土止水，“抽水井和观测井成井结构图”
六、降水井施工
6.1施工前的准备
1、定井位：
根据设计要求，把具体位置标定。
2、选择泥浆处理场：
打井过程中产生的废浆，要排放到合适的场地，把砂和泥块沉淀下来，把清水排掉。
沉淀下来的泥砂今后随土方开挖而运走。
泥浆处理池的周边要修筑围堰，不让泥浆漫流。
3、挖泥浆池：
每口井泥浆池有两个，一个为沉淀池，一个为清水池，泥浆池长×宽×高=2m×2m×1m=4m3。
泥浆池要布置在开挖边线内侧离开挖边线2m以上，为加快施工速度，泥浆池要提前挖好，挖出的土要堆放有序，其中部分土要回填泥浆池，余土连同泥浆池在土方开挖时一并挖走。
6.2施工设备
6.2.1对于潜水疏干井
成井施工所用的设备和材料，见下表
投入设备状况表
设备名称
型号
数量
性能或用途
配备动力
钻机
8QZJ—130
3台
设计能力钻φ800mm深60m
33kw电机
泥浆泵
4ZS—12
3台
4吋吸砂泵，出水量80m3/h
作泥浆泵及反循环泵用。
18kw电机
潜水泵
QY24—25—10
QY35—26—4
10台
10台
额定出水量24m3/h，扬程25m
额定出水量25m3/h，扬程35m
3kw
4kw
供水软管
2.5吋
1000m
施工供水
设备进场前要进行全面检修，对损坏部件予以更换，同时购置易损配件备用。
为保证设备的正常运行，出现故障要能及时解决，应做到：
a、钻机转动水龙头：
40分钟修好
b、泥浆泵：
30分钟修好
c、备用设备：
柴油机、潜水泵等备用，需要时可及时更换。
6.2.2对于承压水降压井
成井施工所用的设备和材料，见下表
投入设备状况表
设备名称
型号
数量
性能或用途
配备动力
钻机
BZC-200
2台
反循环钻机，设计能力钻φ800mm深150m
40kw电机
反循环泵
SP120
2台
6吋出口，出水量150m3/h
30kw
泥浆泵
4ZS—12
2台
4吋吸砂泵，出水量80m3/h
作泥浆泵及反循环泵用。
18kw电机
潜水泵
QY24—25—10
QY35—26—4
2台
2台
额定出水量24m3/h，扬程25m
额定出水量25m3/h，扬程35m
3kw
4kw
供水软管
2.5吋
1000m
施工供水
6.3施工工艺
6.3.1对于潜水疏干井
成孔施工机械设备选用8QZJ-130型工程钻机及其配套设备。
采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、滤水管，围填填砾、粘性土等成井工艺。
其工艺流程如下：
①测放井位：
根据井位平面布置示意图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整，但调整范围一般不大于2m。
②埋设护口管：
护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土填实封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。
③安装钻机：
机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一垂线。
④钻进成孔：
做好钻探施工描述记录，钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，钻进过程中要确保钻机的水平，以保证钻孔的垂直度，成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.05～1.10，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
⑤清孔换浆：
下井管前的清孔换浆工作是保证成井质量的关键工序，为了保证孔壁不形成过厚的泥皮，当钻孔钻至底板位置时即开始加清水调浆。
钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.05，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。
第一次清孔换浆是成井质量得以保证的关键，它将直接影响成井质量，因此施工时清孔换浆工作没有达到规定的要求绝不允许进入下一道工序的施工。
⑥下井管：
井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。
下管前必须测量孔深，孔深符合设计要求后，开始下井管，下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器（找正器），以保证滤水管能居中，井管连接要牢固、垂直，下到设计深度后，井口固定居中。
下井管过程应连续进行，不得中途停止，如因机械故障等原因造成孔内坍塌或沉淀过厚，应将井管重新拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。
⑦填滤料：
填滤料前应用测绳测量井管内外的深度，两者的差值不应超过沉淀管的长度。
填滤料过程中应随填随测砾料的高度。
填滤料工序也应连续进行，不得中途终止，直至砾料下入预定位置为止。
最终投入滤料量不应少于计算量的95％。
⑧井口封闭：
在采用粘性土封孔时，为防止围填时产生“架桥”现象，围填前需将粘土捣碎（粒径小于3cm为宜）后填入。
围填时应控制下入速度及数量，沿着井管周围按少放慢下的原则围填。
然后在井口管外做好封闭工作。
⑨洗井：
采用“联合洗井”法洗井，其工序如下：
成孔后采用1.5kw的潜水泵反复抽排，直至抽出水质变清为止。
洗井应在下完井管、填好滤料后立即进行，一气呵成，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化，难以破坏，影响渗水效果。
绝不允许搁置时间过长或完成钻孔后集中洗井。
6.3.2对于承压水降压井
（1）钻进与清孔
钻进中保持泥浆比重在1.1～1.2，尽量采用地层自然造浆，必要时应采用人工造浆。
终孔后应彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块，泥浆的比重控制在1.05左右，返出的泥浆含砂量小于8%后可终孔提钻，成孔孔径不小于φ600mm，钻孔垂直度不大于1%。
（2）井管安装
根据设计井深，事先将井管排列、组合，沉放井管时所有深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。
井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平，确保焊接垂直，完整无隙，保证焊接强度，以免脱落。
为了保证井管不靠在井壁上和保证填砾厚度，在滤水管上下部各加一组扶正器4块，保证环状填砾间隙厚度大于188mm，过滤器孔隙率保证在10%～15%，过滤器外侧包60目的尼龙网。
下管要准确到位，自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构。
井管到位后下钻杆泥浆稀释到1.05左右，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。
（3）填砾
填砾粒径必须按抽水含水层的颗粒分析资料确定（0.2mm～0.5mm）。
填砾进入现场后，应经筛分试验确定是否合格。
泥浆稀释后的比重小于1.05时关小泵量，将填砾徐徐填入，并随填随测填砾顶面的高度，不得超出预定设计高度。
各井的填砾施工均应按设计要求进行。
（4）止水
在埋深30m左右投放粘土球止水，粘土球厚度4m，然后采用粘土止水。
（5）洗井
洗井采用潜水泵洗井方法。
要求洗井至出清水，量测井内深度，确保水清砂净。
（6）试抽水
安装泵体要稳，泵轴垂直。
泵体安装在过滤管的中部或中部偏下深度处。
排水管及电源线路连接完好后，进行试抽水，测定抽水井的流量、水位变化及观测井的水位变化及流量。
水位恢复后进行试验性抽水。
以此来检验电路系统和排水系统能否达到理想要求。
6.4人员组织
组建降水队，具体负责该基坑降水的安全、高效、高质量的施工。
降水队的组织管理如下：
降水队拟组织施工人员38人，其中
1、降水负责：
1人，负责全面工作。
2、水文地质工程师：
1人负责施工过程中的技术工作。
3、现场施工负责人：
2人，负责施工质量、施工材料、以及施工人员调度，对施工中出现的问题及时反映，共同商讨解决的办法。
4、质检员1人：
负责成井质量的检测和质量控制
5、材料员：
1人，负责材料的采购及检验。
6、安全员：
1人，负责安全工作。
7、机长：
3人，负责钻机人员的调配、钻机施工工艺的把关。
8、班长：
6人，协助机长处理有关问题，带好班组人员施工，对所带领的班组人员负责、对所在班的施工质量负责。
9、组员：
15人，严守操作工序，把好质量关，处理好与他人的配合。
10、电工2人：
负责施工期间的安全用电。
11、普工5人：
做好自己份内的事。
6.5材料组织
6.5.1对于潜水疏干井
井管上部为12m～15m钢管，下部为无砂混凝土管，滤料为中粗砂，滤网为80目尼龙滤网。
6.5.2对于承压水降压井
井管为钢筋混凝土管，滤料为砾石，滤网为40目尼龙滤网，止水为粘土球和粘土。
6.6基坑降水井质量验收标准
（1）井深弯曲度：
井身应圆正，井的顶角及方位角不能突变，井身倾斜度小于1%。
（2）井管的安装误差：
井管应安装在井的中心，上口保持水平，井管与井深的尺寸偏差±2‰，过滤管安装上下偏差不得大于30mm。
（3）井的含砂量：
抽水稳定后，井水含砂量不大于二十万之一（体积比）。
七、抽水运行
7.1潜水疏干降水运行
7.1.1设备及材料的配置
第一段降水运行管理投入设备及材料表
序号
名称
规格
数量
功率或性能
1
井数
直径273mm钢管和300mm无砂管
64口
疏干抽水或辅助真空抽水
2
潜水泵
100QJ2
100台
1.5KW
3
真空泵
ZKB-2
15台
7.5KW
第二段降水运行管理投入设备及材料表
序号
名称
规格
数量
功率或性能
1
井数
直径273mm钢管和300mm无砂管
164口
疏干抽水或辅助真空抽水
2
潜水泵
100QJ2
250台
1.5KW
3
真空泵
ZKB-2
40台
7.5KW
第三段降水运行管理投入设备及材料表
序号
名称
规格
数量
功率或性能
1
井数
直径273mm钢管和300mm无砂管
46口
疏干抽水或辅助真空抽水
2
潜水泵
100QJ2
70台
1.5KW
3
真空泵
ZKB-2
18台
7.5KW
7.1.2抽水运行周期
分段
运行开始日期
运行结束日期
运行天数
备注
第一段
2008.8.20
2008.12.15
117
第二段
2008.11.20
2009.5.15
176
第三段
2008.9.6
2008.12.31
107
7.1.3潜水抽水运行人员安排
项目经理1人
技术负责1人
电工2人
普工10人
炊事员1人
共15人。
7.2承压水抽水运行
7.2.1供电保证
（1）供电量的保证
本基坑降水工程最高峰时的运行设备估计22台水泵，每台水泵的功率18.5kw，共需要407kw。
施工现场必须为降水配备400kw以上的用电量，同时施工现场必须为降水专门准备一台500kw以上的发电机，保证基坑工程最关键阶段的降水运行。
（2）双电源的保证
在有一路正常工业用电时，配备柴油发电机，同时在电路设计时采用双向闸刀，确保工业电和柴油发电机供电的自由切换。
本次工程降水，确保供电切换时间控制在15s以内。
为确保供电切换的正常，必须：
保证柴油发电机的运行正常，每周试运行不少于1次；每周进行一次以上的试切换。
（3）供电线路的防护
线路及电箱布置在不易被碰到的位置，线路布置在路面以下时用护套管保护，电箱布置时远离机械设备及运输车辆等。
电工负责定期对线路和电箱进行检查。
发现问题及时维修更换，确保电线供电正常。
降水人员巡视时，对电路及电箱也要进行巡视，并协调其他单位和机械设备注意保护电路和电箱等。
发现问题及时通知电工进行检查。
在值班室安装报警装置，一旦发生某一水泵跳闸、或突然停电等情况时，值班室应立即声、光报警。
进入抢修，或启动应急预案。
7.2.2设备和材料的配置
降水运行管理投入设备及材料表
序号
名称
规格
数量
功率或性能
1
井数
内径300mm外径360mm混凝土井管
22口
单井抽水能力4000m3/d,干扰出水量2100m3/d
2
潜水泵
QY100-40-18.5
25台
18.5KW,出水量100m3/h
3
双电源自动切换系统
ALYQH2-1250/4P
1套
4
水泵自动控制装置
QZD
1组
5
水位自动监测仪
DIVER
22台
6
中央控制电脑
联想昭阳K41（AT5550）
1台
7
水管
4吋PE管
10盘×100m
8
钢丝绳
直径12mm
1000m
9
电缆
10mm2×3+5mm2×2
10盘×100m
7.2.3承压水抽水运行周期
分段
运行开始日期
运行结束日期
运行天数
备注
成井时间
2008.8.20
2008.9.30
40
抽水时间
2008.10.20
2009.1.31
100
7.2.4承压水抽水运行人员安排
项目经理1人（与疏干井共用）
专业工程师2人
巡视普工4人
其他人员10人（与疏干井公用）
7.3降水井运行控制
对于疏干井，必须给
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