基坑降水施工组织设计.docx
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基坑降水施工组织设计
上海虹桥综合交通枢纽工程—地铁虹桥
西站及西交通广场基坑工程
降
水
施
工
组
织
设
计
申垒工程公司（上海）
二零零七年十二月二十九日
目录
一、工程概况1
1.概述错误！
未定义书签。
2.周围环境1
3.场区工程地质与水文地质条件6
二、基坑围护及降水4
三、基坑底板稳定性分析7
四、疏干降水设计9
五、降压井降水设计12
六、降水运行15
七、安全运行应急预案17
八、施工工艺及技术要求19
1.概述工艺流程19
2.设备选型19
3.施工技术要求19
4.降水技术要求21
5.成井施工控制表23
九、降水对环境影响的分析和控制24
十、质量保证措施24
十一、工期保证措施25
十二、施工材料计划与主要机械设备：
26
十三、特殊情况下的应急措施
十四、施工组织体系27
十五、质量·安全及文明施工保证体系和实施措施
1施工质量保证体系图28
2安全措施29
3文明施工措施30
十六、轻型井点施工工艺流程:
十七、附图32
一、工程概况
1概述
插图1：
虹桥枢纽总图
虹桥综合交通枢纽规划范围东起外环线、西至华翔路、北起北翟路、南至沪青平公路，规划用地约26.26km2。
枢纽内引入了核心区的概念，枢纽核心区内各交通主体的平面布局由东向西依次为：
航站楼、东交通中心、磁浮、高铁、西交通中心（详见插图1）。
枢纽的规划和布局体现了城市公共交通体系共享的设计理念：
在虹桥枢纽中，铁路和机场负责城市的对外交通，而城市轨道交通、高速磁悬浮、公交等城市公共交通体系负责城市内部客流集散的同时也在铁路和机场间形成了强力的联系。
虹桥交通枢纽结构清晰，便于各节点的分阶段实施，虽然投资方不同，实施年度也不同，但在统一的规划下，枢纽有着明快的实现前景。
枢纽研究范围的扩大具有很强的前瞻性，对周边路网乃至整个城市路网的研究和改造，使枢纽内道路系统成为整个城市道路系统的一部分，为改善城市道路情况、带动区域发展打下了很好的伏笔。
集约化、多元化城市交通枢纽的形成，不仅完善了城市功能，也为拓展城市空间、服务区域经济带来了前所未有的契机。
2.周围环境
2.1拟建场区位于上海市闵行区航建路以北、航宇路以南、华航路东西两侧。
2.2.拟建场地土层特性自上而下描述如下：
根据:
上海岩土工程勘察设计研究院有限公司《地质勘探报告》提供数据。
第①1层杂填土，结构松散，成份复杂，上部约1.5m～2.0m以碎砖、碎石、混凝土块等建筑垃圾为主，下部以粘性土为主，含植物根茎等杂质。
第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，含氧化铁斑点及铁锰质结核，土质自上而下逐渐变软，呈可塑～软塑状态，中等压缩性。
该层土在填土较厚区域内缺失。
第③层灰色淤泥质粉质粘土,含云母、有机质，局部夹薄层粉砂，呈流塑状态。
该层土在场地内遍布。
第④层灰色淤泥质粘土，含云母、有机质、贝壳碎屑，局部夹少量薄层粉砂，局部区域以淤泥质粉质粘土为主，呈流塑状态，高等压缩性，土质较均匀。
该层土在场地内遍布。
第⑤1-1层褐灰色粘土，含云母、有机质、钙质结核，局部夹粉质粘土及少量薄层粉砂，呈软塑～流塑状态，高等压缩性，土质较均匀。
该层土在场地内遍布。
第⑤1-2层褐灰色粉质粘土，含云母、有机质、腐植质，夹薄层粉砂，呈软塑～可塑状态，中等压缩性，土质不均匀。
该层土在场地内遍布。
第
层暗绿色粉质粘土，含氧化铁斑点，局部夹薄层粉性土，呈硬塑～可塑状态，中等压缩性。
该层土在场地内局部缺失。
第⑦1-1层灰绿～草黄色砂质粉土夹粉质粘土，含云母，夹薄层粉砂及多量粘质粉土，呈稍密～中密状态，中等压缩性，土质不均匀。
该层土在场地东部局部区域缺失。
第⑦1-2层灰色粉砂，含云母，夹薄层粘性土及粉性土，呈中密～密实状态，中等压缩性。
第⑦夹层灰色粉质粘土夹粉砂，厚度约为2.3m～12.1m，含云母，夹粉性土，呈可塑状态，中等压缩性，土质不均匀。
该层土在场地内遍布。
第⑦2层草黄～灰色粉细砂，主要由云母、石英和长石组成，夹少量粉性土，呈密实状态，中等～低等压缩性。
该层土在场地内遍布。
2）基坑开挖深度大，第一级基坑开挖深度为地面下11.15m,第二级开基坑开挖深度为地面下21.14m,第三级基坑，开挖深度为地面下29.08m。
突涌可能性，如下表1所示。
承压水突涌可能性计算判别表表1
基坑开挖深度
（m）
第⑦层顶板埋深最小值
（m）
承压水水位埋深（m）
计算参考孔号
PCZ/PWY
是否突涌
29.1
30.0
3.0（上海市高水位埋深）
Z5
0.07
是
6.5（实测最高水位）
0.08
是
注：
上表中计算时地基土重度取平均饱和天然重度，估算结果供设计参考。
根据上表中估算结果，本工程基坑PCZ/PWY远小于1.05，故基坑会产生第⑦层承压水突涌，应采取深井降水减压措施。
（4）基坑回弹
第④、⑤1-1、⑤1-2层软粘性土在卸载作用下会发生回弹，当基坑开挖深度越大、卸载越多，回弹量越大。
当坑底下设有桩或坑底土受加固后，有利于减少回弹量。
故应注意应上述土体回弹会对基坑支护结构、周围邻近已有建筑物、地下管线等产生不利影响。
（5）流砂、管涌现象
第③层土局部夹多量粉性土，该层土在水头差的作用下，易产生流砂或管涌现象，故在基坑开挖前应采取相应措施，应将地下水降至坑底下一定深度。
（6）软土流变问题
由于基坑周边以第③、第④、第⑤1层软弱粘性土为主，上述土层具有较明显的触变及流变特性，在动力作用下土体强度极易降低，因此在开挖过程中应尽量减少土体扰动。
开挖中应充分利用土体时空效应规律，严格掌握施工工艺要点：
沿纵向按限定长度逐段开挖，在每个开挖段分层、分小段开挖，随挖随撑，按规定时限开挖及安装支撑并施加预应力，按规定时间施工底板钢筋混凝土，减少暴露时间。
3.场区工程地质与水文地质条件
3.1地下水类型
拟建场地地下水主要有：
浅部土层的潜水、深部土层（第⑦层）中的第一承压含水层及第
层中的第二承压含水层。
因本工程涉及深基坑，故浅部的潜水、第⑦层第一承压含水层均与工程建设密切相关。
3.2潜水
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迳流侧向补给，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，年平均地下水水位埋深离地表面0.5～0.7m。
由于潜水与大气降水和地表水的关系十分密切，故水位呈季节性波动。
地下水的水温：
埋深在4m范围内受气温变化影响，4m以下水温较稳定，一般为16～18°C。
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为0.20～2.30m（相应标高为3.97～2.30m）。
3.3第一承压含水层（第⑦层）
本工程第⑦层为上海市第一承压含水层，根据上海地区的区域资料，承压水埋深一般在3～11m，均低于潜水水位，并呈年周期性变化。
根据邻近“新建京沪高速铁路上海虹桥站房工程”承压水观测孔资料，第⑦层承压水水位埋深为6.43～8.28m。
3.4土层渗透性
为满足本工程基坑开挖降水设计的需要，本次勘察完成了1个注水试验孔（W1），并利用邻近“新建京沪高速铁路上海虹桥站房工程”1个注水试验孔（YW4）资料，另外进行了室内渗透试验，经对试验成果进行统计，其渗透系数场地平均值见表2。
渗透系数一览表表2
层序
土名
现场注水试验测得渗透系数k（cm/s）
室内渗透试验测得渗透系数
KV（cm/s）
KH（cm/s）
②
粉质粘土
1.05E-06
1.72E-06
③
淤泥质粉质粘土
1.69E-05～2.11E-05
7.27E-06
1.39E-05
④
淤泥质粘土
9.14E-06～1.25E-05
3.61E-07
8.83E-07
⑤1-1
粘土
9.38E-06～1.29E-05
3.21E-07
5.26E-07
⑤1-2
粉质粘土
1.24E-05～1.42E-05
1.23E-06
2.44E-06
⑥
粉质粘土
7.81E-06～9.62E-06
3.55E-06
4.85E-06
⑦1-1
砂质粉土夹粉质粘土
3.58E-05～1.26E-04
2.43E-06
5.29E-06
⑦1-2
粉砂
3.17E-04
5.07E-04
⑦夹
粉质粘土夹粉砂
2.51E-05～7.28E-05
2.46E-06
3.93E-06
⑦2
粉细砂
1.22E-04～1.70E-04
4.27E-04
6.50E-04
二、.基坑围护及降水
1.围护结构采用地下连续墙，及搅拌桩维护。
本次施工面积约295m×185m=54575m2本工程开挖深度-10m,-20m,-29m，为坑中坑，为防止开挖后坑底突涌，必须采用深井减压降水，降低承压水头，疏干井进行疏干，确保基坑底板保持稳定。
同时在基坑开挖深度内，采用深井结合轻型井点进行疏干预降水，降低潜水水位，使开挖层中土体含水量降低，确保基坑施工安全及开挖出土时不对环境造成污染影响。
二．2.本施工组织设计的编写依据：
2.
（1）基坑围护设计的有关资料和要求；
2.
（2）“岩土工程勘察报告”；
2.（3）供水水文地质勘察规范（GB50027-2001）；
2.（4）供水管井设计施工及验收规范（CJJ10-86）；
2.（5）建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）；
三、基坑底板稳定性分析
本基坑开挖较深，开挖面已处于第⑦1层承压含水层中，故应对基坑开挖过程中采用深井降水，以防止产生高水头承压水从最不利点突涌的不良现象。
开挖过程中，要防止基坑突涌，开挖深度与水位关系以下面公式控制。
F----安全系数（取1.2）
hs----基坑底板至承压含水层顶板距离（m）
hw----承压含水层顶板以上的水头高度值（m）
----基坑底板至承压含水层顶板之间的土的平均容重（kN/m3）
----水的容重（kN/m3）
（1）承压含水层顶板埋深
根据勘察报告,第⑦-1层的层顶标高为-40.95～-36.95m，顶板埋深为31.49m～39.69m。
从最不利的角度考虑，选取承压含水层顶板埋深为31.49m。
（2）承压含水层水头埋深
选取承压含水层水头埋深约3.00m，承压含水层顶板以上的水头高度值为25.0m。
（3）底板稳定性分析
大底板开挖深度深为20.72m，电梯井等最深为25_.94，基坑底板至承压含水层顶板的土层厚度hs=31.49-25.94=5.55m
=18kN/m3
若要满足F≥1.2，承压水头高度值hw≤4.88m，即需降低承压水头20.12m，才能满足底板稳定性要求。
承压水静止水头埋深大约在3.0m左右，故基坑开挖施工时承压水头须在地面28.94m以下以保证施工的顺利进行。
（4）开挖阶段开挖深度与水位埋深稳定性分析
若要满足F=1.2，静止水头为地下3m左右时，基坑开挖深度在11m范围内可以不要降承压水（主要以疏干井工作为主）；基坑深20m左右时，水位控制在地下16m左右，基坑深29m左右时，水位控制在地下30m左右，为保证基坑安全开挖，参照下图。
基坑开挖深度与承压水位关系曲线图
四、疏干降水设计
本工程根据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司《地质勘探报告》提供数据。
坑底开挖面以下至软土层厚度大,浅部性质差.②3-1③④层粉土。
分布区,现查明含水层厚度大、富水性好、透水性差、水量丰富，地下水位埋深约0.50～0.80米”。
基坑在开挖过程中易产生侧壁坍塌、周边及坑底涌水、产生流砂及管涌现象。
同时，为防止基坑侧壁坍塌、基坑内涌水、流砂、隆起,基坑内采用深井与轻型井点相结合的方法降低地下水位，基坑开挖至底部。
基底在卸荷后，处于应力释放状态，加上在基坑内外水头差的作用下，地下水向上的浮力作用，土体极易产生隆起、管涌及流沙现象，为了改良基坑内土的力学物理性质，对土体进行加固，便于基坑开挖和减少围护结构在基坑开挖中的变形，避免不良地质现象发生，本工程开挖基坑上部采用深井与轻型井点相结合的方法降水，深井总计396口、轻型井点计125台套，对基坑进行预降水，采用先布置轻型井点后布置深井顺序施工。
降水工程要达到四个目的1、把基坑内的水位降下去便于土建施工。
2、把土层的含水率降下去便于土方开挖运输。
3、把基底下的土层固结形成一个保护层，防止基底隆起，基坑四周坍塌对周边环境造成破坏。
4、控制水位回升，避免回水形成巨大浮力对己建工程造成破坏。
、井点数量设计、
1、设计所需要的数据：
基坑降水面积：
F=295×185=54575㎡
降水平均深度15.00m
降水土方体积=54575㎡×15m=818625m3
饱和土含水率平均值取40%
静水蓄量=818625m3×40%=327450m3
降水量Q1=327450m3×75%=229215m3
施工用水渗水量+意外渗水量取Q2＝2000m³+2000m³=4000m³
2、单井降水漏斗半R径
：
按照降水初始条件进行计算。
R=2SW√KH
（1）式
其中SW——水位下降值（m）11m
K——土的渗透系数（m/d）0.0182
H——含水层厚度（m）15m
R=11.495m
3、基坑总涌水量计算：
Q2=1.366K（2H-S）S/LgR-Lgr0
（2）式
式中：
K—土的平均渗透系数m/d（0.0182m/d）
H—含水层厚度m（15m）
S—降低水位深度m（11m）
R—井影响半径.m（22.4m）
ro—井计算半径m（22m）
据地质勘察资料得知井点属潜水完整井,涌水量计算适用
（2）式
将以上数据代入公式
（2），
涌水量Q=288.35
挖土前天总涌水量
Q3=288.35×30天=8650.37m3
挖土前30天总排水量Q＝Q1+Q2+Q3＝229215m3+4000m³+8650.37m3＝241865.37m3
结合地质勘察报告中提供数据进行计算，单口井的控制面积约为200m2。
整个基坑（包括放坡开挖区.及坡顶布置两排）共布置疏干井297口，井深15.00m，布置疏干井55口，井深26.00m，设两节滤管见（剖面土1-1）.布置疏干井22口，井深35.00m,设两节滤管见（剖面土1-1）.布置降压井22口，井深46.00m,观测井2口，总计398口（详见降水井点平面布置图）。
在基坑开挖前4周必须开凿完成。
井孔径为450mm，井管和过滤器外径疏干井315mm.降压井160mm，过滤器外包60目滤网，管外回填滤料。
终孔后应用清水冲孔，下管填砾后应洗井，然后下泵抽水，水泵下到离孔底1m的位置。
坑内疏干井布置避开支撑及栈桥（井点布设详见降水井点平面布置图）。
基坑开挖时，坑内的疏干井及基坑放坡开挖的二侧所布置的轻型井点应全部开启，并有提前4周的预降水时间。
坑内的疏干井提前30天降水，基坑逐步开挖到设计标高-10.00m、-20.00m、-和-29.00m，最后浇注垫层时可依次拔出，但放坡范围的疏干井必须待放坡区回填后才能停止抽水。
所有降水井抽出的地下水均应排到坑外的排水系统内。
五、降压井降水设计
1.为了降低承压含水层水头,确保基坑开挖施工顺利进行，须进行降水水文地质计算。
本次计算根据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司《地质勘探报告》提供数据。
以承压水水头埋深3.00m作为条件，降压井过滤器位于第
承压含水层，过滤器长度8m，为非完整井。
选用承压非完整井考虑含水层各向异性的非稳定流，整个计算采用三维渗流和地面沉降耦合模型，降深公式：
}
式中：
s―――水位降深（m）
T―――导水系数（m2/d），T＝Krm
Ur＝r2S/（4Tt）
S―――贮水系数
B―――越流因数（m）
r―――抽水井到观测井距离（m）
t―――抽水时间（d）
M―――含水层厚度（m）
Kz―――垂向渗透系数（m/d）
Kr―――径向渗透系数（m/d）
l―――抽水井过滤器下端到含水层顶板距离（m）
l’―――观测井过滤器下端到含水层顶板距离（m）
d―――抽水井过滤器上端到含水层顶板距离（m）
d’―――抽水井过滤器上端到含水层顶板距离（m）
经计算，在深基坑内需布置22口降压井，井深46m疏干井在基坑开挖前必须开凿完成。
基坑开挖时利用布置在坑内的22口降压井抽水，可达到降压防止坑底突涌，另外，还需布置观测孔2口。
将2口观测井资料输入模型以确定含水层参数，对井群进一步优化。
22只降压井井深为46.00m的完整井，过滤器长8.00m，孔径为400mm，一径到底，井管和过滤器的外径为160mm，2只观测井井深为46.00m，过滤器长3.00m，孔径为400mm，一径到底，井管和过滤器的外径为160mm。
钻孔要求圆直，孔斜不超过1度，填砾要求四周厚度均匀，填砾砾径要按地层粒径设计的天然砾石，成孔成井工艺都必须符合“供水管井设计施工及验收规范”的有关各项要求，井损失不大于4m。
井数统计表
名称
数量（口）
孔径mm
井径mm
井深m
降压井J#
22
400
160
46.00
观测井C#
2
400
160
46.00
疏干井1#
297
450
315
15.00
疏干井G#
55
450
315
26.00
疏干井S#
22
400
160
35.00
共计
398
轻型井点
125
150
25
7.00
六、降水运行
降水运行分为二个部分
（1）疏干井降水运行
疏干井施工完成后，应立即投入预抽水，使用我公司自主研发DH48S/S电子自动控制系统，本系统可对多达数百水泵进行24小时自动控制，可根据施工需要任意调节抽水时间和流量，能对预先设定降低水位全天侯控制，能确保降水质量，能有效解决“人工控制”中的诸多弊端，为确保降水工程质量奠定基础。
预抽水应提前在基坑开挖前30天左右进行，随开挖深度的加深可割除上部井管，井内水被疏干时可随井内水位恢复即时开泵与关泵。
（2）降压井降水运行及预测
静止水头为地下3.00m左右时，从安全角度分析，基坑开挖深度在11m范围内不需要降低承压水头（主要以疏干井工作为主）。
基坑深10.00m左右时，水位控制在地下12.00m左右；基坑深20.00m左右时，水位控制在地下21m左右；基坑深29.00m左右时，水位控制在地下30.00m左右_。
所有降水井井口必须放在±0.00m的平台上，并保证抽水和维修水泵在此平台上操作，降压抽水后应进行封井，并割除井管，大底板和楼板的补洞由甲方负责。
大底板补洞和防水的设计由设计单位出图。
开挖到底时大底板施工，开启22口井可以将水位降至30.00m左右。
大底板施工完成后，包括养护阶段和地下室及上部结构施工阶段，应由设计单位提供基础及上部结构的抗浮力，逐步减少降压井的开启数量，直至降水全部结束。
降水结束应由总包单位开具停止降水的通知书。
在全部降压井施工结束后进行一次4-5口井的群孔抽水，观测各井水位，应根据每个井的实际位置和实际出水量输入计算机和群孔抽水计算参数，对上述三个阶段的计算结果与群孔抽水的结果进行校核，同时应根据基坑开挖和支撑施工的工况对降水运行进一步细化，提出每个工况下开井的数量和井号，计算出该工况下承压水位的安全深度，以指导降水运行。
减压降水运行过程中每天将抽水量和承压水位的动态情况报告总包和监理，总包方应每天将各工况的进展情
况及监测资料抄送降水项目部，监测资料应每天报送降水项目部，以便制作各种图表，掌握降水运行的过程。
（3）封井
降水结束后，总包在±0.00m平台上进行封井，封井结束后通过检验达到效果后再割除井管，然后进行底板和楼板的补洞工作。
七、安全运行应急预案
降水成功与否直接关系到整个工程的安全，所以在施工过程中不能忽视一些影响降水安全的因素，为了保证一切正常，事先考虑好应急措施。
（1）双电源保证措施
为了防止大面积停电的突然发生以及现场电路系统故障，必须提供双电源保证措施，当有一路工业用电的同时配备柴油发电机，发电量为100kW。
为了保证柴油发电机处于完好工作状态，定期（1~2周）试运行一次，保证应急时柴油发电机必须能够即时发动供电，同时在电路设计时采用双向闸刀，确保工业电与柴油发电机供电自由切换，保证停电10分钟内能将降水井的电源得到更换，确保在基坑开挖过程中降水不得长时间中断，否则造成的后果无法估量，要求电工及发电机工现场24小时值班，随时待命，以防万一。
（2）排水保证措施
排水是否正常将直接影响降水运行，根据降水最高峰估算，每天大约排水3000吨左右，要求在施工区域内合理布置排水沟，排水沟断面为300mm×300mm以上，并且有一定坡度，能够迅速将大量地下水排入城市管道中，要求市政管道入口比排水沟低1.00m以上，并且通径不小于400mm，为了防止雨季排水不畅，市政管道入口不少于2只，以备急用，如排水不畅，可以从井口直接接软管向排水口进行排放。
（3）井管保护
基坑开挖时必须注意保护降水井管，坑内井必须保证在挖土时不被破坏，孔位根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设计的支撑相碰，并最终固定在支撑附近。
如降压井井管遭到损坏，大量水流入基坑，甚至降水无法降到设计要求，由此造成的一切后果将由责任方负责。
（4）监测措施
因基坑开挖深度比较深以及降水深度比较大，及时沟通和了解专业监测单位对基坑围护结构和周边环境进行监测数据，加强信息化施工。
八、施工工艺及技术要求
1.概述工艺流程
准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→洗井→下泵试抽→合理安排排水管路及电缆电路→试验→正式抽水→记录。
2.设备选型
本工程降水井孔径为φ400mm，设计最深井为46.00m，本工程钻井设备选用807J-160型钻机，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，钻头直径按设计及规范要求选用φ490mm。
根据施工经验，使用这些钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。
3.施工技术要求
（1）准备工作
合同签订后，即开始施工部署，首先组建项目经理部，落实材料和人员，合理安排人财物，与甲方及工地上各相关单位保持密切协作。
（2）材料到位
专人负责进料，工程师核定，确保井壁管、过滤管、填砂、粘土等材料的质量。
材料不到位，质量不符合要求不能开钻。
（3）进出场、定位、埋设护孔管
由甲方提供“三通一平”，钻机进场。
钻井井位确定后应由甲方签字认可，基础牢固，应放在硬粘土或碎石道渣上。
钻机安放稳固、水平、护孔管中心、磨盘中心、大钩应成一垂线。
埋设护孔管要求垂直，并打入原状土中10～20cm，外围用粘土填实夯实，井管、砂料到位后才能开钻，钻孔孔斜不超过1％（对转盘采用水平尺校平），要求整个钻孔孔壁圆整光滑，钻进时不允许采用有弯曲的钻杆。
（4）钻进清孔
钻进中保持泥浆比重在1.10～1.15，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生一次弯曲，特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。
每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后
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