最新上海市区典型基坑降水方案.docx
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最新上海市区典型基坑降水方案
§1工程概况1
§2设计依据3
§3降水目的3
§4场区工程地质与水文地质条件4
4.1工程地质条件4
4.2水文地质条件6
§5降水工程难点分析与对策6
5.1降水工程难点分析6
5.2降水对策7
§6基坑底板稳定性分析7
§7水文地质计算8
7.1减压井分析计算8
7.2疏干井分析计算16
7.3总工作量18
§8降水运行19
8.1成井基本要求19
8.2疏干井运行19
8.3减压井运行19
§9安全运行应急预案20
9.1电源保证20
9.2排水保证20
9.3井管保护20
9.4监测措施20
9.5回灌措施21
§10减压降水引起的地面沉降预测分析21
10.1减压降水引起的地面沉降初评21
10.2减压降水引起的地面沉降控制21
§11施工工艺及技术要求22
11.1工艺流程22
11.2设备选型22
11.3施工技术要求22
11.4降水技术要求24
11.5成井施工控制表25
§12质量保证措施26
§13工期及保证措施26
§14降水井封井方案27
§15地下水自动监控27
§1工程概况
拟建“上海市静安区大中里综合发展项目”位于上海市静安区40号、46号街坊，即威海路以北、石门一路以东、南京西路以南、青海路以西区域。
其北侧有轨道交通2号线穿越，其西侧为待建轨道交通13号线南京西路站（参见图1）。
本项目规模较大，共包括5幢高层，其中T1（32层）、T2（51层）为办公塔楼，高度分别约为170m、250m，结构体系采用框筒结构；T3（24层）、T5（15层）、T6（18层）为酒店塔楼，高度分别约为100m、70m、73m，结构体系采用框剪结构。
另外还涉及2～4层商业裙楼，结构体系采用框架结构。
除跨越轨道交通2号线隧道段（三期工程）无地下室外，整个场地下设4层地下车库，总开挖深度约为25m。
一期工程主要包括T1（32层）、T2（51层）、T3（24层）塔楼及2～4层商业裙楼。
本工程建筑师：
王欧阳（香港）有限公司
本工程结构工程师：
茂盛（中国）工程咨询有限公司
本工程工料测量师：
威宁谢中国有限公司
本工程基坑围护设计顾问：
同济大学建筑设计研究院
本工程国内设计顾问：
上海建筑设计研究院有限公司
图1工程地理环境示意图
项目占地面积约60000m2，邻近地铁13号线基坑深度24~26米。
基坑开挖面积较大，基坑总面积近60000m2，开挖深度分为：
10.85m、10.95m、19.30m、19.40m、20.30m、20.80m、21.80m、23.50m、24.00m及26.00m。
分十三幅地块施工，地块间围护结构采用厚1000mm的地下连续墙分割，连续墙深度分别为42.00m、45.00m、48.00m、53.00m及55.00m（靠近地铁2号线一侧）（参见图2所示）。
大中里综合发展项目因周边环境复杂，基坑分区开挖，本阶段施工内容主要包括1-a区、1-b区、1-c区、1-d区、2-a区、2-b区及3区一期深坑施工，近地铁2号线的4区、1-e1区、1-e2区为二期浅坑施工。
三期属地铁上施工区域。
本次降水设计包括一、二期区域。
图2大中里综合发展项目基坑分区开挖图
§2设计依据
1、基坑围护设计资料；
2、《岩土工程勘察报告》（2009.3.6）；
3、《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）；
4、《供水管井设计施工及验收规范》（CJJ10-86）；
5、《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）；
6．《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）。
§3降水目的
根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，本次降水的目的：
⑴加固基坑内和坑底下的土体，提高坑内土体抗力，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
⑵减少坑内土体含水量，防止土体在开挖过程中发生纵向滑坡，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。
⑶降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底板管涌、突涌等不良现象的发生，确保基坑底板的稳定性。
⑷保护地铁等周边环境，使降压降水引起的地层沉降降至最小。
§4场区工程地质与水文地质条件
4.1工程地质条件
经勘探揭露，拟建场地位于正常地层与古河道地层沉积区交界处，土层分布有一定变化，第⑥层暗绿～草黄色硬土层主要分布于场地东侧（详见平面图）。
拟建场地自地表以下150.30m深度范围内为属第四系河口、滨海、浅海、沼泽、溺谷、湖泽相沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。
按其沉积环境、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为12个主要层次。
其中第①、⑦、⑧、⑨层可划分为2个亚层，第⑤层可划分为4个亚层，而第⑤1层又可划分为2个次亚层，第④层在西北侧局部有第④透层粉性土分布。
图3大中里综合发展项目地层平面分界线图
拟建场地地基土分布主要有以下特点：
（1）浅部第①1层填土，成份复杂，局部表层10～25cm为混凝土地坪，上部以混凝土土块、碎石、砖块等建筑垃圾为主，下部以粘性土为主，夹少量碎石等杂物，该层由于受人类活动、工程建设的影响，厚度有一定变化。
第①2层浜填土分布于暗浜区域，该层含较多黑色有机质及腐植物，本次在静探C17、C36、C46处揭露。
（2）第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，在拟建场地其层面埋深和厚度有一定的变化，且在本场地内局部缺失。
（3）第③、④层灰色淤泥质土，土质较软，具有高压缩性、高灵敏度、低强度的特性。
基坑围护时需考虑该两层土易流变和触变的特性，另外第③层局部夹有较多薄层粉性土，第④透层为粉性土，基坑降水时应注意防止第③层、第④层发生流砂、坍塌现象。
（4）第⑤层根据土性划分为4个亚层：
第⑤1层灰色粉质粘土、第⑤2层灰色砂质粉土夹粉质粘土、第⑤3层灰色粉质粘土及第⑤4层灰绿色粉质粘土。
其中第⑤1层又可划分为第⑤1-1层灰色粘土和第⑤1-2层灰色粉质粘土，其中第⑤1-1层在场地西侧局部有缺失现象；第⑤2层主要在场地西侧靠石门一路处分布，其层顶埋深一般为23.0～27.0m，厚度约为2.2～7.0m，土质不均；第⑤3层在第⑥层分布区缺失，该层夹薄层粉性土，土质不均；第⑤4层灰绿色粉质粘土，该层属次生硬土层，呈可塑～硬塑状，土性较上部⑤3层要好，但该层分布不稳定，局部缺失，层位埋深、厚度变化较大。
（5）受古河道切割影响，第⑥层暗绿～草黄色粉质粘土（俗称硬土层）主要在拟建场地东侧分布，层顶埋深一般为22.8～28.8m，厚度约为2.0～3.9m。
（6）第⑦层根据土性分为第⑦1层草黄色砂质粉土和第⑦2层草黄～灰色粉砂2个亚层。
受古河道切割影响第⑦1层局部缺失，层面埋深约25.8～37.1m，厚度约为0.9～8.7m；第⑦2层层面埋深约32.3～40.2m，厚度约为10.1～20.5m，另外，该层层底埋深有一定变化，在场地北侧一般层底埋深相对较浅些。
（7）第⑧层根据土性分为第⑧1层灰色粉质粘土和第⑧2层灰色粉质粘土夹粉砂2个亚层。
其中第⑧1层层面埋深约48.6～58.7m，厚度约为0.9～13.0m；第⑧2层具有随深度增加土性渐好的特点，该层局部粉质粘土与粉砂呈互层状结构，其层面埋深约56.0～62.8m，厚度约为9.7～19.1m。
（8）第⑨层总厚度大，根据土性分为第⑨1层灰色粉砂和第⑨2层灰色细砂2个亚层，该两层分布较为稳定。
其中第⑨1层层面埋深约68.8～78.7m，厚度约为5.7～13.3m；第⑨2层层面埋深约79.1～84.3m，厚度约为28.0～34.0m。
（9）第⑩层兰灰～灰色粉质粘土，呈可塑～硬塑状，在拟建场地分布较稳定，层面埋深约110.0～116.0m，厚度约为17.5～23.6m。
（10）、第⑾层灰色粉砂，在拟建场地分布较稳定，层面埋深约133.0～136.0m，厚度约为6.6～9.8m。
（11）第⑿层兰灰～灰色粉质粘土，呈可塑～硬塑状，在拟建场地分布较稳定，其层面埋深约为141.0～143.4m，该层下部夹较多粉性土。
4.2水文地质条件
1地下水类型及埋深
上海第四纪松散沉积物厚度约200～300m，地下水类型主要为松散岩类孔隙水。
孔隙水按水理特征可划分为潜水含水层、承压含水层，其中承压水又分为微承压水和承压水，对本工程均有影响。
潜水一般分布于浅部土层中，补给来源主要有大气降水入渗及地表水侧向补给，其排泄方式以蒸发消耗为主。
浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.3～1.5m，年平均地下水水位离地表面0.5～0.7m。
潜水水位的高低主要取决于降雨量的大小和雨期持续时间。
拟建场地浅部地下水属潜水类型。
勘察期间测得的地下水静止水位埋深一般在0.50m～1.78m之间，其相应标高一般在2.17m～0.69m之间。
微承压含水层（⑤2层）承压水水头一般低于潜水位。
微承压水主要分布于第⑤2层（局部分布），据上海地区工程经验其水位埋深一般在3～11m。
由勘察钻孔降水头注水试验成果，第⑤2层微承压含水层水位埋深为3.13m，相应标高为-0.27m。
承压含水层（⑦层）属上海地区第一承压含水层，根据上海地区的区域资料，承压水头埋深一般在3～11m，低于潜水水位，并呈周期性变化。
根据初勘报告其承压水水位埋深为5.8～6.6m，相应标高为-3.04～-4.09m。
经试验，⑦1层水平向渗透系数为Kv=7.61E-04，垂直向渗透系数为KH=1.27E-03。
§5降水工程难点分析与对策
根据本工程围护结构特征和拟建场地的地质、水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性更加重要。
5.1降水工程难点分析
⑴本基坑开挖面积大，分区和深坑较多，最深达26m。
⑵地质条件复杂，场区第一承压含水层（⑦层）埋深不一，水量大，初始水位较浅。
⑶地下连续墙深度为40.00～55.00m，无法将承压含水层隔断。
⑷场区北侧有正在运行的地铁2号线区间隧道，离一期基坑外墙近90m，基坑施工对地铁M2运营和M13施工有一定影响，变形控制要求特别高。
5.2降水对策
针对本工程特点，充分发挥我公司的降水设计及地下水控制经验，采用以下措施解决降水工程中的难点：
⑴对于坑内浅层潜水及第一承压含水层，采用管井降水措施，对坑内浅层土体进行疏干降水；
⑵由于地下连续墙部分进入⑦层承压含水层5.00m以上，且周围环境保护要求高，因此，采用坑内管井降水措施，以期达到以下目的：
对坑内开挖深度以下的承压水，结合开挖工况，分区、分层进行“按需减压”降水，保证基坑安全及施工顺利进行；
⑶在基坑内、外布置水位观测井，根据地下水位监测结果指导降水运行；
⑷开挖过程中，确保减压降水井的不间断工作。
根据减压井抽水量及减压观测井的承压水位，确定开启的减压井数量、抽水速率，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度；
⑸为确保降水井的不间断工作，施工现场配备双电源保证措施，配置备用发电机组。
⑹回灌井措施，对于地铁2号线一侧，如因变形较大，可以在适当位置布置回灌井。
§6基坑底板稳定性分析
本工程基坑开挖深度较大，根据围护结构设计，需考虑下部⑦层承压水的顶托力对基坑底板稳定性的影响，进行稳定性验算，防止高水头承压水从最不利点产生突涌，对基坑造成危害。
开挖过程中，基坑底面的安全稳定性，可按下式进行验算。
hs·γs>F·γw·hw
式中：
F—基坑底面突涌安全系数（取1.10）；
hs—基坑底面至承压含水层顶板之间的距离（m），计算时，承压含水层顶板埋深取最小值（m）；
hw—承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；
γs—基坑底面至承压含水层顶板之间土的层厚加权平均重度，取18.0kN/m3；
γw—地下水的重度（取10.0kN/m3）。
基坑信息表
基坑序号
开挖区域
基坑开挖深度（m）
水位安全埋深（m）
含水层顶埋深（m）
面积（m2）
1
①－a
19.30
7.40
38.00
9467
T1塔楼区
21.80
11.80
38.00
2
①－b
19.30
12.49
30.00
4415
T3塔楼区
20.80
14.95
30.00
3
①－c
19.40
12.40
30.40
1956
4
①－d
19.30
8.23
36.70
4412
T6塔楼区
20.30
9.86
36.70
5
①－e1
10.95
0.00
37.80
1034
6
①－e2
10.85
0.00
37.80
1214
7
②a
19.30
7.15
38.40
10806
T2塔楼区
23.50
14.02
38.40
8
②b
19.30
7.53
37.80
2516
9
③区南部
19.30
12.36
30.20
10761
③区北部
19.30
8.67
36.00
10
④
10.95
0.00
38.30
2850
T5塔楼区
11.95
0.00
38.30
11
南端头井
26.00
23.07
30.60
12
车站南段
26.00
18.68
37.50
3735
13
车站中段
24.00
15.41
37.50
3816
14
车站北段
26.00
18.68
37.60
1900
§7水文地质计算
7.1减压井分析计算
7.1.1渗流计算基本理论
为了有效降低和控制承压含水层水头,确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析，为减压降水设计提供理论依据。
（1）地下水非稳定渗流的控制方程
多孔介质流体不可压缩时非恒定达西渗流场求解的微分控制方程为：
（1）
其中：
E=
；
；
式中：
S——贮水系数；
Sy——给水度；
M——承压含水层单元体厚度（m）；
B——潜水含水层单元体地下水饱和厚度（m）。
kxx、,kyy、kzz——各向异性主方向渗透系数（m/d）；
H——点（x,y,z）在t时刻的水头值（m）；
W——源汇项（1/d）。
（2）定解条件
初始条件：
（2）
边界条件：
（3）
式中：
H0（x,y,z,t）——点（x,y,z）处的初始水位（m）；
——一类边界条件；
H1（x,y,z,t）——点（x,y,z）在t时刻的边界已知水位（m）。
对整个渗流区进行离散可得到数值模型，由此计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。
7.1.2基坑降水预测
本次减压降水设计计算以初始承压水水头埋深3.00m作为前提条件。
由于地下连续墙埋深已达40.00~55.00m（需要降低承压含水层的区域），而承压含水层的顶板埋深为30.00~37.00m左右，同时该工程周边环境复杂，地铁及地下管线较多，所以采用坑内降水方案。
根据稳定性分析的要求以及分区分块施工，本工程降压井设计考虑如下:
（1）施工地铁M13线南京西路站基坑南段
根据计算需要在地铁M13线南京西路站基坑南段内布置12口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，减压降水后承压水位埋深等值线图如图4所示。
图4地铁M13线南京西路站基坑南段减压降水承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（2）施工地铁M13线南京西路站基坑北段
根据计算需要在地铁M13线南京西路站基坑北段内布置6口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图5所示。
图5地铁M13线南京西路站基坑北段减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（3）地铁M13线南京西路站基坑北、南段底板完成后，施工地铁M13线南京西路站基坑中间段
根据计算需要在地铁M13线南京西路站基坑中间段基坑内各布置9口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图6所示。
图6地铁M13线南京西路站基坑中间段减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（4）施工1-a及T1塔楼区，其它区域暂不施工
根据计算需要在1-a区内布置9口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，减压降水后承压水位埋深等值线图如图7所示。
图71-a区减压降水承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（5）1-a区底板完成后，施工1－b区
根据计算需要在1-b区内布置9口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图8所示。
图81-b区减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（6）1-b区底板完成后，施工1－c区
根据计算需要在基坑1－c区内各布置6口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图9所示。
图91-c区减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（7）1-c区底板完成后，施工1－d区
根据计算需要在1-d区内布置4口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图10所示。
图101-d区减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（8）1-d区底板完成后，1-a区和1-c区封顶后，施工2－a区
根据计算需要在基坑2－a区内各布置10口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图11所示。
图112-a区减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（9）2-a区底板完成后，施工2－b区
根据计算需要在基坑2－b区内各布置4口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图12所示。
图122-b区减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（10）2-a区和2-b区封顶后，施工3区
根据计算需要在基坑3区内北边和南边各布置5口和9口降压井，可以将水位降至安全承压水位以下，降水后承压水位埋深等值线图如图13和14所示。
图133区北部减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
图143区南部减压降水后承压水位埋深等值线图（单位：
m）
（11）3区封顶完成后，施工4区、1-e1区和1-e2区
根据计算在基坑4区、1-e1区和1-e2区内不需要布置降压井。
坑外如果条件允许，应在适应位置布置承压水位观测孔，暂定10口，在靠近地铁2号线一侧布置3口。
同时专业监测单位应在坑外布置一定数量的浅层水位监测孔。
降压井总数为83口，观测井10口。
由于本工程未做抽水试验，未测定承压含水层的水文地质参数，计算中采用《岩土工程勘察报告》提供的资料和经验数据，因此在钻机进场后应先施工数口井做抽水试验，以准确测定含水层参数及单井涌水量和静止水位，然后确定减压抽水井数，对井群设计作进一步优化。
7.2疏干井分析计算
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，本工程需要疏干的层位包括①1、③、④和⑤1-2层潜水。
坑内疏干井数量按下式确定：
n=A/a井
式中：
n—井数（口）；
A—基坑需疏干面积（m2）；
a井—单井有效疏干面积（m2）；
根据我公司的降水施工经验，上海地区以淤泥质粘土、粘土为主的潜水含水层中，单井有效疏干面积a井一般为150～250m2，由于坑内加固区域较多，故本次取200m2。
（1）1-a区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝9467/200≈47.33，拟定48口疏干井。
井深27.00m。
（2）1-b区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝4415/200≈22.07，拟定23口疏干井。
井深25.00m。
（3）1-c区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝1956/200≈9.78，拟定10口疏干井。
井深25.00m。
（4）1-d区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝4412/200≈22.06，拟定23口疏干井。
井深25.00m。
（5）1-e1区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝1034/200≈5.17，拟定6口疏干井。
井深16.00m。
（6）1-e2区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝1214/200≈6.07，拟定7口疏干井。
井深16.00m。
（7）2-a区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝10806/200≈54.03，拟定55口疏干井。
井深29.00m。
（8）2-b区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝2516/200≈12.58，拟定13口疏干井。
井深25.00m。
（9）3区
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝10761/200≈53.80，拟定54口疏干井。
井深25.00m。
（10）4区
疏干井数量：
n=A/a井＝2850/200≈14.25，拟定15口疏干井。
井深17.00m。
（11）车站南段
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝3735/200≈18.67，拟定19口疏干井。
井深31.00m，南端头井疏干井井深28.00m。
（12）车站中间段
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝3816/200≈19.08，拟定20口疏干井。
井深27.00m。
（13）车站北段
因坑内加固，疏干井数量：
n=A/a井＝1900/200≈9.50，拟定10口疏干井。
井深31.00m。
注：
上述基坑面积从平面图上量出计算所得，与基坑的实际面积略有误差。
疏干井总数为294口。
7.3总工作量
工作量详见下表
名称
数量
孔径mm
井径mm
滤管埋深m
孔深m
坑内减压井
83
650
273
31-44或
39-49
45或50
坑外观测井
10
650
273
31-44或
39-49
45或50
疏干井
303
650
273
4-24
4-26
4-28
25或29
§8降水运行
8.1成井基本要求
1、必须在地下连续墙全封闭后才能进行坑内成井施工。
2、地基加固（如旋喷桩加固）施工结束后，方可进行成井施工，否则地基加固会影响成井质量。
3、疏干井的成孔必须严格按照设计深度施工。
8.2疏干井运行
1、疏干井降水应在基坑开挖前30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行。
2、根据开挖进度，井内水位应控制在基坑开挖面以下一定深度内。
8.3减压井运行
对于减压井，为减少降水对周围环境的影响，必须按需降水，水位控制严格按照基坑稳定性分析中的基坑开挖深度和承压安全水位埋深关系式进行。
降水运行时开启减压抽水井数量和抽水量大小，应根据基坑开挖深度和对应的安全承压水头埋深进行控制。
根据当时承压水初始水位埋深确定基坑开挖安全深度，减压降水随开挖深度的逐渐增加抽水井数，逐步降低承压水头，以尽量减少减压降水引起的对周围环境的影响。
在全部减压井施工结束后，进行一次单井及群
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