津秦客专滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程降水方案.docx
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津秦客专滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程降水方案
津秦客专滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程
降水专项施工方案
编制：
审核：
审批：
津秦客专滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程
项目经理部
二O一二年四月
目录
一、编制依据3
二、工程概况3
2.1工程概述3
2.2周边情况5
2.3止水帷幕情况5
2.4工程地质条件6
2.5水文地质条件8
三、降水设计9
3.1基坑降水的必要性9
3.2降水井设计（理论）10
3.3经验布置降水井13
3.4降水井布置15
四、降水施工16
4.1施工组织设计16
4.2施工机械设备16
4.3降水井施工技术要求16
4.4成井施工工艺17
4.5降水运行要求23
4.6排水工程24
4.7降水安全运行的保障措施26
4.8降水检测及抽降水管理26
4.8降水井的保护措施27
五、封井28
六应急预案1
6.1用电应急预案1
6.2其他注意事项1
6.3降水应急预案1
一、编制依据
（1）“滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程（首期开工部分）”初步设计图纸；
（2）滨海站基坑工程地勘报告；
（3）地勘报告中抽水试验成果；
（4）《供水管井设计技术规范》GB50296-99；
（5）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120/99；
（6）《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002；
（7）《基坑降水手册》；
（8）《建筑施工计算手册》；
（9）“天汉深基坑设计软件”。
（10）天津市工程建设标准《岩土工程技术规范》（DB29-20-2000）
（11）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）
（12）《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）
（13）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）
（14）本工程基坑支护设计文件
二、工程概况
2.1工程概述
津秦客专滨海站交通枢纽配套市政地下空间工程，位于滨海新区先进制造产业区中区，距离滨海新区核心12Km，东临泰达开发区和天津港，西临高科技产业园区和空港，站位距塘沽城区新北路约5Km。
本工程包含南广场地下停车库及公共换乘空间工程和轨道交通地下结构预留空间工程。
总建筑面积约126649m2，其中南广场地下停车库及公共换乘空间工程建筑面积约94059m2，轨道交通地下结构预留空间工程建筑面积约32590m2。
（1）南广场地下停车库及公共换乘空间工程
本工程为框架结构体系，结构顶板12-1/12、1/22-23轴间及1/12、1/22之间I-N–I-P轴间和I-Y–I-1/Y轴间设置四道变形缝，缝宽30mm，将整个结构分为四个区域。
以12-1/12、1/22-23轴间变形缝分界，东西南侧为地下停车库，中间区域为换乘空间。
东西车库为钢筋混凝土框架结构，结构底板采用桩基承台加封水板的结构形式，桩基承台厚度分为1100mm、1200mm、2000mm等几种，封水板厚度为600mm、700mm两种，结构夹层、顶层结构采用现浇钢筋混凝土主、次梁、井字梁结构体系，顶梁、夹层梁用无粘结预应力控制由降温引起的温度应力。
中间公共换乘区结构底板采用桩基承台加封水板的结构形式，基承台厚度为2600mm、3000mm两种，封水板厚度分别为600mm、700mm、1000mm，大跨度部分采用圆钢管混凝土柱和有粘结预应力梁，小跨度部分为型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁；与轨道交通地下结构预留空间工程共用结构，为钢筋混凝土主、次梁结构体系。
南广场东西长393m，南北宽196.5m，东西向跨度主要有9m，18m和21m，南北向跨度主要为9m，10.5m，13m。
地下一层为车库及换乘空间，北侧紧邻滨海站南站房；设有停车场、商业夹层；局部有设备夹层。
工程划分为A、B、C三个区域。
A区共两层，局部三层，东西向宽129m，南北向长149m，底板相对高程-10.80m，地下一层层高4.1m，夹层层高5.2m；B区共一层，局部两层，东西向宽132m，南北向长260m，与轨道交通地下结构预留空间工程共用-10.800m结构，中央换乘大厅层高9.3m；C区共两层，局部三层，东西向宽109m，南北向长144m，底板相对高程-10.80m，地下一层层高4.6m，夹层层高4.7m。
（2）轨道交通地下结构预留空间工程
轨道交通地下结构预留空间为城市轨道交通B2、B3和Z2线与其它交通方式换乘区域，本工程为地下二层，北侧紧邻滨海站站房工程及其下BV轴范围的轨道交通地下结构预留空间工程，南侧接配套市政地下空间工程的后期开工部分，上方地下一层（设备用房范围以外）为南广场地下停车库及公共换乘空间工程。
局部范围还有垂直于城市轨道交通线路方向的地下三层结构，为城市轨道交通风道结构。
轨道交通地下结构预留空间工程包含南广场范围（Ⅰ区）、北侧高架桥下对应范围（Ⅲ区）为本工程范围，另有铁路滨海站南北站房之间的区间部分（Ⅱ区）不包含在本工程范围内。
北侧高架桥下对应范围（Ⅲ区）南接国铁V轴，向北至市政Ⅲ-C轴，为结构东西长227m，南北宽25m的狭长结构，东西向跨度主要有9m，18m，10.5和21m。
深19.453m。
地下一层底板相对标高为-10.800m，地下二层底板相对标高为-18.950m。
本工程为二层现浇框架结构体系，局部地下三层下穿风道。
地下二层基本柱网尺寸东西向9.0-12.0m，南北向9-13m；地下一层基本柱网尺寸东西向18-21m，南北向9-13m。
地下一层结构底板采用1000mm厚现浇钢筋混凝土无梁筏板基础，地下二层及局部过轨风道处结构底板采用2000mm厚现浇钢筋混凝土无梁筏板基础，两侧风道处结构底板采用2000-3000mm厚现浇钢筋混凝土无梁筏板基础。
结构柱根据荷载及上部结构的情况，采用钢筋混凝土桩、圆钢筋混凝土柱及型钢混凝土柱。
结构中层采用现浇钢筋混凝土主、次梁结构体系。
地下一层设备用房部分顶层结构梁采用后张预应力钢筋混凝土结构，板采用钢筋混凝土结构。
轨道交通地下结构预留空间工程位于南广场地下停车库及公共换乘空间工程地下一层，与南广场地下停车库及公共换乘空间工程共用-10.800m结构。
南广场范围（Ⅰ区）南北长252m，东西宽73.4m，风道处局部宽226m。
地下二层层高7.95m，局部地下一层层高7.49～6.65m。
深15.153m，局部深17.953m。
2.2周边情况
本工程位于滨海新区先进制造业区中区，距离滨海区核心12km，所处地区为滨海冲海积平原，地形平坦，地势开阔。
周边环境相对简单、宽松。
本工程地理位置如下：
图2.1场地地理位置图
2.3止水帷幕情况
本基坑工程范围为南广场的地下停车场及公共换乘空间和轨道交通地下预留空间工程I区、III区首期开工部分，基坑分两部分。
南广场I区分三级，一级基坑采用放坡开挖，坑深6.2m；二、三级基坑坑深分别为15m、18.7m，基坑南北长约277m，东西长约450m，III区为槽形，开挖面积约72000m2，具体详见降水井平面布置图。
止水帷幕采用双轴（部分为三轴）搅拌桩形式，深度最大为24m。
2.4工程地质条件
根据本工程勘察资料，本工程勘察范围内，地基土按成因年代及力学性质进行了分层，各土层工程地质特征详见下表：
时代成因
土层
编号
岩土名称
土层
厚度
（m）
顶板
大沽高程
（m）
岩性描述
Qml
①1
杂填土
0.6
∫
3.2
1.27
∫
0.02
黄褐色，松散～密实，稍湿，成份以建筑垃圾为主，夹大量小石块
①2
素填土
0.50∫
4.90
1.25
∫
-1.76
黄褐色、灰褐色、褐色，可塑~软塑~流塑,成份以黏性土为主，局部以粉土为主
Q43al
③1
黏土
070
∫
2.10
0.96
∫
-1.13
黄褐色，可塑~软塑，具锈斑及灰色条纹，局部夹粉土薄层
③2
粉质黏土
0.50
∫
2.00
1.00
∫
-1.75
黄褐色，可塑~流塑，具锈斑及灰色条纹，局部夹粉土薄层
③3
粉土
0.70∫
2.40
0.45
∫
-2.07
黄褐色，稍密，湿，具锈斑及灰色条纹，局部夹粉质黏土薄层
③5
淤泥质黏土
1.40∫
1.40
-1.27
∫
-1.27
黄褐色，流塑
Q42m
④1
黏土
0.60
∫
2.20
-5.71
∫
-13.86
黑灰色、黄灰色、褐灰色，可塑~软塑，夹贝壳碎片，局部与粉土互层
④2
粉质黏土
0.50
∫
6.50
-1.18
∫
-15.10
灰色、灰褐色，可塑~流塑，夹贝壳碎片
④3
粉土
0.50
∫
5.90
0.97
∫
-16.05
灰色、灰褐色，稍密~中密，湿，夹贝壳碎片
④5
淤泥质黏土
1.00
∫
7.20
-1.00
∫
-14.45
灰色、灰褐色，流塑，夹贝壳碎片
④6
淤泥质
粉质黏土
0.90
∫
10.90
-0.81
∫
-14.59
灰色、灰褐色，流塑，夹粉质黏土及粉土薄层，含贝壳
④11
粉砂
1.30
∫
2.90
-13.40
∫
-15.14
灰色、灰褐色，稍密~中密，饱和，成分以石英，长石为主，夹粉土薄层，含贝壳
Q41h
⑤1
黏土
0.70
∫
1.40
-12.83
∫
-16.00
灰褐色、灰白色，可塑~软塑，夹螺壳碎片及姜石
⑤2
粉质黏土
0.70
∫
2.90
-11.24
∫
-18.65
灰白色、黑灰色、褐灰色、灰黄色，可塑～软塑，局部流塑，夹少量螺壳碎片，含锈斑
⑤3
粉土
1.00
∫
2.30
-13.41
∫
-15.65
灰白色，稍密～中密，湿，含锈斑，夹少量螺壳碎片
⑤5
淤泥质
黏土
0
∫
1.1
-14.90
∫
-14.90
灰白色、灰褐色，流塑，夹粉土薄层
⑤6
淤泥质
粉质黏土
1.5
∫
1.8
-14.03
∫
-15.72
灰白色、灰褐色，流塑，夹粉土薄层
Q41al
⑥1
黏土
0.5
∫
2.0
-14.60
∫
-17.46
灰白色、黄褐色，可塑～软塑，夹粉土，粉质黏土薄层
⑥2
粉质黏土
0.70
∫
4.70
-13.13
∫
-19.55
黄褐色、褐黄色、灰黄色，可塑～软塑，含锈斑，夹螺壳
⑥3
粉土
0.50
∫
4.50
-13.90
∫
-19.94
灰黄色、黄褐色、褐黄色，稍湿～湿，稍密～密实，具锈斑，含姜石
⑥6
淤泥质
粉质黏土
1.80
∫
3.40
-14.60
∫
-16.14
黄褐色、褐色，流塑，夹薄层粉质黏土、粉土
⑥11
粉砂
1.50
∫
2.50
-16.83
∫
-18.59
黄褐色，中密~密实，饱和，矿物成分以石英、长石为主，含云母、锈斑及少量螺壳，夹薄层粉质黏土
Q3eal
⑦1
黏土
0.5
∫
6.4
-21.08
∫
-27.75
黄褐色、褐黄色、黄灰色，可塑～软塑，具锈染，含姜石
⑦2
粉质黏土
0.7
∫
6.5
-17.85
∫
-28.76
褐黄色、黄褐色、灰黄色，可塑~软塑，含姜石，具锈斑
⑦3
粉土
0.5
∫
6.2
-17.29
∫
-26.75
黄褐色、褐黄色、黄灰色，中密~密实，湿~很湿，具锈染，含姜石
⑦11
粉砂
1.1
∫
1.8
-19.07
∫
-23.43
黄褐色，中密~密实，饱和，矿物成分以石英、长石为主，含云母、锈斑及少量螺壳
Q3dmc
⑧1
黏土
0.8
∫
5.0
-25.73
∫
-31.86
灰黄色、黄灰色、灰褐色、褐灰色、浅灰色、黑灰色，可塑~软塑，含贝壳，夹粉土薄层
⑧2
粉质黏土
0.8
∫
4.4
-26.68
∫
-32.14
灰黄色、黄灰色、灰褐色、褐灰色，可塑~软塑，含贝壳
⑧3
粉土
0.5
∫
4.1
-26.53
∫
-31.24
褐灰色，密实，湿，含贝壳
Q3cal
⑨1
黏土
0.9
∫
3
-30.28
∫
-51.31
灰褐色、灰黄色，可塑～软塑，具锈染，含姜石及螺壳碎屑
⑨2
粉质黏土
0.5
∫
6.1
-29.23
∫
-51.15
黄灰色、褐黄色、黄褐色，密实，可塑~软塑，具锈染，含姜石
⑨3
粉土
0.5
∫
7.6
-28.53
∫
-52.35
黄灰色、褐黄色，密实，湿，含云母碎片，具锈染，含姜石
⑨11
粉砂
0.5
∫
20.5
-31.38
∫
-55.56
黄灰色、褐黄色、黄褐色，密实，饱和，矿物成份以石英、长石为主，含云母碎片，具锈染，含姜石，夹薄层粉质黏土
⑨12
细砂
0.6
∫
9.4
-35.15
∫
-56.65
黄灰色、褐黄色、黄褐色，密实，饱和，矿物成份以石英、长石为主，含云母碎片，具锈染，含姜石
Q3bm
⑩1
黏土
0.8
∫
3.1
-52.23
∫
-60.13
褐灰色,灰褐色，硬塑~可塑,含少量云母及贝壳碎片
⑩2
粉质黏土
0.7
∫
8.8
-50.74
∫
-60.21
褐灰色、灰褐色,硬塑~可塑，含贝壳碎片
⑩3
粉土
0.8
∫
3.9
-53.45
∫
-61.97
灰褐色、灰黑色,密实，湿,含贝壳
⑩11
粉砂
0.8
∫
3.53
-54.23
∫
-60.40
褐灰色，密实，饱和，矿物成份以石英、长石为主,含少量云母，夹粉土薄层
2.5水文地质条件
（1）区域水文地质概况
天津的地下水受基底构造、地层岩性和地形、地貌、气象以及海进、海退等综合因素的影响，水文地质条件较复杂。
按地下水类型又可分为:
松散岩类孔隙水，赋存于第四纪、新近纪松散堆积层中；基岩裂隙水赋存于碳酸盐岩溶裂隙中。
补给:
地下水接受大气降水入渗和地表水入渗补给，地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降。
径流:
在水位作用下，浅层地下水由山前平原向滨海平原径流，但由于含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。
排泄:
排泄方式主要有蒸发、向深层承压水渗透和人工开采。
（2）场地含水层划分及特征
根据本场地内详勘资料，本场地内30m以上范围内，地基土主要由潜水含水层和承压含水层组成。
潜水含水层
潜水赋存于人工填土层①层、第Ⅰ陆相层③层及第Ⅰ海相层④层中。
该层水以第Ⅱ陆相层⑤1、⑥1黏土及⑤2、⑥2粉质黏土为相对隔水底板。
人工填土层为①1杂填土、①2素填土，土体结构松散，含水量丰富，土层渗透系数较大。
第Ⅰ陆相层以③1黏土、③2粉质黏土为主，土体渗透性能较差，土层渗透系数较小。
第Ⅰ海相层主要含水层为④3粉土，该层勘察范围内连续分布，局部有呈透镜体状的④11粉砂分布。
勘测期间水位埋深约为0～3.2m（高程-4.16～0.97）。
由大气降水入渗补给，以蒸发形式和向下部第一承压含水组越流补给成为其主要排泄方式。
水位受微地形、地貌影响较大。
地下水水力梯度小，侧向流动微弱，水位随季节有所变化。
承压含水层
与本工程相关的第一承压含水层（组）由⑥3粉土、⑥11粉砂、⑦3粉土组成。
以⑤1、⑥1黏土、⑤2、⑥2粉质黏土为相对隔水顶板。
本工程中该第一承压含水层基本已被封闭的止水帷幕截断，理论上认为基坑内外无直接水力联系。
第二承压含水层（组）由⑧3粉土、⑨3粉土、⑨11粉砂、⑨12细砂、⑩3粉土、⑩11粉砂组成。
根据观测资料，第一承压含水层的稳定水位埋深约为2.11～3.39m，第二承压含水层的稳定水位埋深约为16.40～17.06m。
三、降水设计
3.1基坑降水的必要性
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。
该区段地面标高在+1.2m左右，根据现场实际情况及地勘资料，潜水在+1.2m。
稳定水在相对隔水板下。
根据设计文件要求，南广场A、C区为放坡开挖，为浅基坑，基坑开挖至标高为-5.003m。
主要为表层潜水。
轨道交通I区地下空间预留工程为深基坑，基坑底标高大部分为-13.953m,部分为-18.503m，采用止水帷幕与围护桩支护。
潜水层与稳定水位层有一层相对隔水板，稳定水位层为非典型的承压水,要进行突涌验算。
按开挖到垫层底时，承压水头标高17.654m时根据相关规程规范进行抗承压水突涌稳定性验算：
式中ty——坑底突涌抗力分项系数，对于大面积普遍开挖应大于1.2；对于局部承台分别开挖，应大于1.0；
D——坑底至承压水层顶板的距离；
——D范围内土的平均天然重度；
Hw——承压水水头高度；
w——水的重度。
根据突涌验算，坑底突涌抗力分项系数及降水要求见下表：
表3.1降水要求计算表
区段
开挖深度
坑底标高
含水层顶板标高
D
r
静水位
Hw
rw
分项系数
减压要求（kpa）
A、B、C区
6．2
-5.003
-16.454
11.451
18.1
1.2
17.65
10
1.17
30.76
A、C区电缆夹层
8.853
-7.653
-16.454
8.801
18.1
1.2
17.65
10
0.90
-17.2
I区地下二层区（同III区）
15.153
-13.953
-16.454
2.501
18.1
1.2
17.65
10
0.26
131.23
局部地下三层区（同III区）
19.703
-18.503
-16.454
-2.049
18.1
1.2
17.65
10
--
213.59
计算结果表明，在基坑施工开挖过程中，易发生承压水突涌或管涌问题，为保证该基坑开挖及底板施工的顺利进行，必须对场地承压水进行有效治理，经相关大量类似的工程成功经验表明，深井降水作为治理承压水是一项行之有效、质量便于控制的常用方法，所以本基坑分层采取疏干和减压降水是最佳措施。
3.2降水井设计（理论）
（1）A、B、C区降水设计
降水方式
根据基坑降水手册，选择疏干井进行降水。
疏干井采用无砂砼管井制作，降水深度为7.2m（1.2-（-6.003）=7.203m），局部电缆夹层降深为9.85m。
降水设计
查地勘资料知，A、B、C区降水较浅，未透过相对隔水底板，属于潜层水。
根据建筑基坑工程技术规范，得涌水量计算公式为（单井计算）：
Q=1.366k（2H-S）S/（lgR/r0）
Q:
涌水量。
k:
渗透系数，根据地勘资料,取其最大渗透系数偏安全计算，k=1m/d。
H：
含水层厚度（相对隔水板顶标高为-12.83m，所以得潜水含水层厚度为14m）。
S：
水位降深，7.2m。
R：
影响半径，根据规范潜水层公式为:
R=2S（k*H）0.5=53m,根据经验，实际间距取30m。
r0:
等效半径，根据规范，为15米。
Q=1.366*1*（2*14-7.2）*7.2/（lg53/15）=373（m3/d）
A区总涌水量计算（考虑群井效应）：
r0=（A/pi）0.5=79.8m。
A为I区西面A、B区面积，约20000平米，pi为圆周率
总涌水量Q总=1.366*1*（2*14-7.2）*7.2/（lg（79.8+15）/79.8）=2735m3
设井数量n>Q总/Q=7口，（间距为60米，不符合规范允许最大间距要求，间距最大为30m）
A、C区局部电缆夹层处
地质情况同A、C区
Q=1.366k（2H-S）S/（lgR/r0）
Q:
涌水量。
k:
渗透系数，根据地勘资料,取其最大渗透系数偏安全计算，k=1m/d。
H：
含水层厚度（相对隔水板顶标高为-12.83m，所以得潜水含水层厚度为14m）。
S：
水位降深，9.85m。
R：
影响半径，根据规范潜水层公式为:
R=2S（k*H）0.5=72.5m,根据经验，实际间距小于影响半径，取30m。
r0:
等效半径，根据规范，为15米。
Q=1.366*1*（2*14-9.85）*9.85/（lg72.5/15）=357（m3/d）
综合可知，A、C布井间距为30米，根据天津市工程建设标准《建筑基坑工程技术规程》，井深取13米，为a型无砂管井。
B区同A、C区，间距为30米,a型无砂管井。
封井时间
根据施工部署，第1个可能封井时间为底板浇筑完成后，根据施工图纸及地勘资料可得各项数据如下表：
表3.2A、B、C区计算表
区段
底板厚度（m）
钢筋砼容重（kN/m3）
坑底标高（m）
含水层顶板标高（m）
距承压水层顶（m）
土体加权重度（kN/m3）
静水位（m）
承压水头（m）
Rw
（kN/m3）
分项系数
A、B、C区
0.6
25
-5.003
-16.454
11.451
18.1
1.2
17.65
10
1.26
A、C区电缆夹层
0.7
25
-7.653
-16.454
8.801
18.1
1.2
17.65
10
1.0
根据计算结果，A、B、C区除电缆夹层外，全部在底板浇筑完成后封井，根据进度计划，A、C区大底板在8月18日前完成浇筑，此时电缆夹层已全部施工完成，因此电缆夹层与A、C区底板一起封井。
B区因底板要与I区地下二层顶板一起施工，不封井。
（2）I区降水设计
降水方式
根据计算表可知，I区地下二层及局部地下三层减压要求较大，根据天津市工程建设标准《建筑基坑工程技术规程》，宜采用钢管减压井及砼管井做为降水井。
降水设计
根据施工图纸及地勘资料，I区地下二层距承压水层较近，局部地下三层已穿透相对隔水板。
I区降水深度为16.2m,根据规范，钢管井及无砂砼管井深24米。
局部地下三层降水深度20.7m,钢管井及无砂管井深28米。
因使用钢管减压井，降水效果较强，为经济考虑，对整个I区基坑作整体群井考虑。
得公式为：
Q=2.73kMS/（lg（R+r0）-lg（r0））
式中：
Q：
基坑涌水量。
k:
渗透系数，偏安全计算，k取最大值1.5m/d。
M：
承压水层厚度，根据地勘报告，M为19.2m。
r0:
基坑半径，r0=（A/pi）0.5,A为基坑面积，r0=81.96m。
R：
引用影响半径，根据抽水试验，为30m，安全考虑取为15m。
S：
降水深度，为20.7m。
Q=2.73*1.5*19.2*20.7/（lg（81.96+15）-lg（81.96））=22295m3
单井出水量按建筑基坑支护技术规范确定:
q=120*pi*rslk1/3
q:
单井出水量。
rs：
过滤器半径，取0.25m。
l:
过滤器进水部分长度，取7.3m。
k:
渗透系数，取为1.5m/d。
q=120*3.14*0.25*7.3*1.51/3=857.5m3
管井数量为n=1.1Q/q=1.1*22295/857.5=2
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