中航101大厦B区深基坑降水工程设计.docx
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中航101大厦B区深基坑降水工程设计
中航商用飞机发动机有限公司研发中心建设项目
101总部及研发大楼基坑围护工程
基坑降水专项方案施工组织设计
编写:
审核:
批准：
北京中航勘地基基础工程有限公司
二零一一年一月
基坑降水专项方案审批表
建设单位：
中航商用飞机发动机有限责任公司监理单位上海建科建设监理咨询有限公司设计单位：
上海岩土工程勘察设计有限公司施工单位：
北京中航勘地基基础工程有限公司
编制人：
刘军权编制日期：
2011.2.22
项目申请表
项目部技术科：
按照上海市相关规范规程进行编制，请予审批。
项目部有关各管理岗位：
技术：
材设：
施工：
安全：
审核意见：
项目经理：
（公章）
年月日
公司审核确认
公司有关各科（部）室：
生产科：
技术科：
安全科：
材料科：
设备科：
审核意见：
总工程师：
（公章）
年月日
备注
一、工程概况
1、地理位置
本工程位于上海市闵行区东至莲花南路、西至规划道路、南至剑川路、北至塘泗泾。
2、工程建设概况
序号
项目
内容
1
工程名称
中航商用发动机有限责任公司研发中心项目
101总部及研发大楼基坑围护、降水及土方工程施工
2
建设地点
上海市闵行区东至莲花南路、西至规划道路、南至剑川路、北至塘泗泾。
3
工程建设单位
中航商用飞机发动机有限责任公司上海闵行分公司
4
工程设计单位
中国航空规划建设发展有限公司
5
基坑围护设计单位
上海岩土工程勘察设计研究院有限公司
本工程±0.000相当于绝对标高5.35m，场地整平后地面绝对标高为4.50m（相对标高为-0.85）。
本工程B区主楼采用卸土+SMW工法桩+二道混凝土支撑作为围护结构，A区、C区及B区裙房区域采用两级放坡围护。
局部电梯井落深区均采用高压旋喷
A区、C区及B区裙房采用轻型井点降水，B区主楼采用深井降水。
本工程主体为高层框架桶结构高层建筑，其中基础为两层地下室桩基。
基坑开挖深度12.45（局部达15.25m）。
根据施工需要基坑降水工程的全部设计工作。
本基坑平面为规则四边形，南北长62.67m，东西长58.30m，共3654m2。
基坑围护采用型钢水泥土搅拌墙，坑内设两道钢筋混凝土支撑。
二、工程地质条件与水文地质条件
2.1、工程地质条件
经本次详细勘察揭露，结合前期勘察资料分析，本区间地基土在55m深度范围内均为第四纪松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成，一般具有成层分布的特点。
由上至下发育土层主要为：
①1填土、②灰黄色粘土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土、⑤灰色粘土、⑥暗绿粉质粘土、⑦1草黄色砂质粉土、⑦2灰色粉细砂。
2.2、水文地质条件
据上海地区区域资料地下水主要有浅部粘性土层中的潜水，部分地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水。
浅部土层中的潜水位埋深，离地表面0.3—1.5m，年平均地下水位离地表面0.5—0.7m。
深部承压水位（第⑦1层），埋深在3—11m之间。
潜水位受降雨、潮汛、地表水的影响而变化；承压水水位年呈周期性变化。
据有关资料，地下水的温度，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℃。
根据岩土工程勘察报告，有关土层渗透系数详见表2-2。
表1：
土层渗透系数成果表
层序
土名
室内试验渗透系数（cm/s）
渗透系数建议值
k（cm/s）
含水率
%
层厚
（m）
KV
KH
②
粉质粘土
1.8E-07
3.12E-07
5.0E-07
33.2
1.37
③
淤泥质粉质粘土
3.54E-07
5.87E-07
5.0E-06
43.4
6.56
④
淤泥质粘土
6.36E-07
9.42E-07
9.0E-07
47.4
9.01
⑤
粘土
2.01E-07
2.43E-07
4.0E-07
41.4
7.28
⑥
粉质粘土
2.02E-07
2.97E-07
5.0E-06
24.8
2.97
⑦1
砂质粉土
1.48E-04
2.54E-04
3.0E-04
27.2
7.77
三、设计依据与降水目的
3.1设计依据
1、GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》
2、GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》
3、DGJ08-37-2002上海市《岩土工程勘察规范》
4、JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》
5、JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》
6、GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》
7、DBJ08-61-2001上海市《基坑工程设计规程》
8、中航勘察设计研究院《岩土工程勘察报告》
9、上海岩土工程勘察设计研究院提供的相关基坑围护设计图纸
3.2降水目的
因围护结构已经隔绝了基坑内外的水利联系，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、疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；
2、降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度；
3、减弱深层水的向上补给。
四、降水设计
采用围护明挖施工时，需及时疏干开挖范围内土层中含水，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，对基坑开挖范围内土层疏干。
参照上海市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-2001），结合本工程实际情况，本次降水工程疏干井单井有效抽水面积A取3654m2。
坑内降水井数量计算公式：
式中：
N—基坑内降水井数量（口）；
A—基坑面积（m2）；
S—单井有效降水面积，根据经验数值为
200—250（m2），取中间值230（m2）；
根据以上公式，共布设疏干井数量如下：
口，取16口。
按照每4口深井设置一台真空泵共需布置4台套轻型井点真空。
另经计算，本工程不需要考虑降下部承压含水层水位。
根据以上计算，在本工程共布设16口疏干井，井号J1—J16，井深除电梯井落深区内三口井井深为21m外，其它均为20m。
布设3组轻型井点，井号Q1—Q3。
本基坑地层主要为粉质粘土及淤泥质粘土，土体含水率比较高但渗透系数很低，土体中可被排出的自由水相对较少。
根据上海地区经验值基坑降水最多可排出土体中实际含水率的6—7%的含水量。
为满足土方本开挖需要将基坑内潜水水位降至开挖面以下0.5米，本基坑需将地下潜水位降至12.95m，位于④层淤泥质粘土顶板下3.45m。
在此范围内土体渗透系数加权平均数W为：
W=
=41.64%
按基坑开挖深度12.45m计算，取最大值按7%计算本基坑可排出的水量为：
1326m3。
平均每口降水井最多排水83m3。
五、管井构造与设计要求
5.1管井构造
1、井壁管：
井壁管均采用焊接钢管，坑内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，防止井内沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。
5.2设计要求
1、井口高度：
井口应高于地表以上0.20～0.50m，以防止地表污水渗入井内；
2、埋填滤料：
疏干兼降压井滤料从沉淀管底向上填至地表以下3.00m；降压井滤料从沉淀管底填至顶部过滤器以上2.00~3.00m；
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，降压井根据需求埋填粘土球。
详细滤料及粘土埋填情况见附图2“降水井结构示意图”。
5.3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、出水含砂量：
抽水稳定后，出水含砂量不得超过2万分之一（体积比）；
3、井内水位：
抽水稳定后，井内的水位应处于安全水位以下。
六、基坑底板在降水过程中的稳定性分析
基坑底板的稳定条件:
基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于等于承压水的顶托力。
即：
式中:
H—基坑底至承压含水层顶板间距离,m;
RS—基坑底至承压含水层顶板间土的平均容重,kN/m3;
h—承压水头高度至承压含水层顶板的距离,m;
Rw—水的容重,kN/m3;
Fs—安全系数。
本场地承压含水层顶板的最高埋深为28.80m,承压水水头最高值按3.0m计。
根据不同结构基坑的开挖深度,各部位基坑的上覆土的厚度等计算参数及基坑底板稳定性分析计算结果见下表。
基坑稳定性分析
计算参数
计算结果
H
（m）
RS（km/m3）
h
（m）
Rw
（kn/m3）
Fs
上覆土压力kPa
承压含水层的顶托力kPa
差值
kPa
基坑底板稳定性
16.35
17.97
25.80
10
1.1
293.81
283.80
10.01
基本稳定
经计算基坑稳定性安全系数满足要求，但安全系数仅为1.14。
施工中应做好突涌防范应急准备。
并做好降水井的管理，保证降水效果。
同时在基坑开挖过程中需密切注意降水井内水量、水位变化情况。
七、降水井施工技术措施
7.1降水井施工流程：
施工机械设备选用GPS-10型或XY—100型工程钻机及其配套设备。
成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。
7.2钻进成孔
成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
泥浆循环宜在泥浆池中进行循环，在现场不具备泥浆池的条件下，可考虑在基坑中开挖一个小泥浆池进行泥浆循环。
7.3清孔换浆
钻孔钻进至设计标高后，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1.10，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。
使用完后的泥浆通过泥浆箱运出场地进行处理。
7.4安装井管
井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。
首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。
封堵沉淀管底部，为保证沉淀管底部封堵牢靠，下部封堵铁板不小于6mm。
其次要检查井管焊接，井管焊接接头处应采用套接型，套接接箍长20mm，套入上下井管各10mm；套管接箍与井管焊接焊牢、焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于6mm。
检查完毕后开始下井管，下管时为保证滤水管居中，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），扶正器采用梯形铁环，上下部扶正器铁环应1/2错开，不在同一直线上。
7.5埋填滤料
填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30m～0.50m，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调到1.05，然后开小泵量按井的构造设计要求填入滤料，并随填随测滤料的高度，直至滤料下至预定位置。
填滤料时，根据孔口返水情况调整泵量。
填滤料过程中要跟踪滤料上返高度，
7.6洗井措施
在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机先进行空压机抽水，待井能出水后提出钻杆再用活塞洗井。
活塞直径与井管内径之差约为5mm左右，活塞杆底部必须加活门。
洗井时，活塞必须从滤水管下部向上拉，将水拉出孔口，对出水量很少的井可将活塞在过滤器部位上下窜动，冲击孔壁泥皮，此时应向井内边注水边拉活塞。
当活塞拉出的水基本不含泥砂后，可换用空压机抽水洗井，吹出管底沉淤,直到水清不含砂为止。
洗井完毕后，试抽成功则代表成井完成。
八、降水运行管理
1、降水运行前应做好降水供电系统，配备独立的电源线，并备有双电源；
2、所有抽水井应在供电电箱插座、抽水泵电缆插头及排水管上做好对应的标示，并在每次发生变动时进行相应的标示变更，便于抽水运行管理；供电电箱应定期进行检查并备有检查记录；
3、降水正式运行前降水工人应熟悉水泵开启、电路切换，以确保降水连续进行，避免因供电原因造成井底突水；
4、降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录；
5、正式降水前必须进行试运行，进一步检验供电系统、抽水设备、排水系统及应急预案能否满足降水要求；试运行结果进行记录并备案，根据试运行结果，对于无法满足降水要求的部分进行相应整改；
6、疏干井应成井一口投入降水运行一口，并尽可能保证在基坑正式开挖前二十天加载真空负压抽水，确保能及时疏干基坑开挖范围内土体并降低其水位在当前开挖面以下2m；疏干井真空度在开挖前应保持在0.06Mpa左右，开挖后应保持在0.04Mpa左右。
7、疏干井抽水时，抽水泵开启间隔时间自短至长；抽水井内水抽干后，在5～10分钟应立即停泵，防止电机烧坏；在停泵30分钟左右再开启抽水泵进行抽水；对于出水量较大的井每天抽水的次数相应增多。
8、抽水期间，出现疏干井正常运行但长期疏干达不到预期效果，应注意检查基坑围护结构渗漏情况。
9、基坑开挖后，疏干井割管时应及时测量井深，及时采取清淤措施。
10、在开挖需要降压的土层时，降压井应在每层开挖前1～2天内按预设降压工况安排开启相关降压井。
11、抽水过程中各应做好抽水井流量及观测水位观测数据记录；抽水井应均安装流量表进行流量测量；疏干井水位观测时可考虑利用一口抽水井抽水后静止12小时测量其水位，降压井水位观测可利用相应观测井进行。
12、疏干井开挖时应移除抽水泵，开挖后割除开挖面以上井管；开挖过程中应有专人看护避免开挖时碰撞。
九、施工机械配备
根据设计工程量及施工现场情况，本工程的主要机械设备配备如下：
施工主要机械配备表
序号
设备名称
规格型号
数量
设备能力
1
成井钻机
GPS-10型
1—2台
37KW
2
泥浆泵
3PNL
按需
22KW
3
86泵
按需
7.5KW
4
电焊机
ZXF
按需
5.5KW
5
空压机
ZV
按需
7.5KW
6
潜水泵
QDX3-25-0.75
按需
0.75KW/台
7
真空泵
2S-185
按需
5.5KW/台
十、附图
附图1：
降水井平面示意图
附图2：
降水井结构示意图
轻型井点降水布置
1、降水原理：
轻型井点降水是利用其真空吸力，把土层中的地下水经插入土中的井点管的滤管吸入，再由井点管→集水总管→真空泵机组排出坑外。
2、轻型井点套数的确定及平面布置：
本基坑A区、B区裙房基坑内设置临时井点22组，每组长度约50m。
支管长6m，支管间距1.2m～1.5m布设，超深部位设二级井点3组；C区基坑内设置临时井点16组，每组长度约50m，支管长6m，支管间距1.2m～1.5m布设，超深部位设二级井点2组。
以上各井点管在土方开挖时分段拆除
具体布设位置见《降水平面布置图》。
3、方案数据
基坑要求降水深度：
≥开挖底面下－0.5米。
底面下井管深度：
－0.8~－1.2米。
影响半径：
r＝8.0米。
总泵数：
真空泵43台。
最大用电量为：
285KW。
4、主要方案设备：
本基坑采用的轻型井点降水设备JSJ－60型射流真空泵机组为目前市场上通用的井点降水设备，机组主要技术参数：
最大抽吸深度：
－9.6m。
最大抬升高度：
＋8.0m。
适用真空度：
－0.04~－0.08Mpa。
最大排水量：
60m3/h。
离心泵电机场机功率7.5kw。
5、施工准备：
设备进场前详细进行现场勘察，了解场地情况及周边环境优劣，以利施工。
了解水源，电力位置及最大可用量，并将施工总用电量通知现场电工，配合其合理安排，临场临时用电的管线架设，落实按插电箱，以利安全用电。
主要设备检修：
设备提前1天进场，进场后选择场地堆放好，并做最后检修，确保设备完好投入使用。
6、施工组织计划：
工程责任人全面负责组织施工人员、安排设备、施工质量、进度、安全生产等工作，并作好与其它协作单位的协调联络工作，确保工程安全、质量、进度。
安装初期施工人员8人，其中配电工、机修各1人；设备正常出水后设值班人员3人，机修1人；工程结束时施工人员5人。
根据设备能力及相关协作单位施工，井点管冲孔工期为7~12天（因不可抗拒因素除外）。
施工进度计划表：
序号
任务
名称
工作日
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
1
井点系
统安装
2~3
2
井点系
统运行
30
3
井点系
统拆除
3
7、施工管理网络
8、轻型井点工艺流程：
定位：
根据现场情况，确定井点布置方位（根据井点降水平面布置图）。
开沟：
深1.5米，为排放冲孔用水，若表面是杂填土，必须清除到原土，方便井点插入。
冲孔：
用高压水枪冲孔，孔径约0.3米，孔深超过井点管（连滤头）长度0.5米
置管：
成孔后迅速放入支管，放入后以管口出水为合格。
填砂：
井点管放入后四周及时填砂，以粗砂为宜，每孔约350kg。
安装：
井点管和总管用弹簧软管连接，两端用12＃铁丝扎紧，以防漏气，总管和机组连接。
机组位置以设在总管中部为好。
若考虑排水位置或场地具体情况，亦可放在端处（每组总管各自分开）。
铺设排水管道（排放口应在沉淀池），抽去沟内明水，并用粘土填封孔口，以防漏气。
开机抽水。
9、可能出现的问题及解决方法：
故 障
解 决 办 法
机组真空
度不够
先关闭机组和总管的连阀门，检查机组真空度。
若机组未达到要求（真空度<－0.04Mpa），是总管和井点泄露，找漏、杜绝。
若机组达不到要求，检查离心泵叶轮、射流泵喷嘴等。
井点管
不出水
先观看，确定井点管是否出水。
不能确定，可用手摸井点管，其温度比总管冷，说明出水；其温度比总管热，说明是死管，可用敲击、摇动使其复活。
出水不
稳定
机组出水不稳定，时大时小，是因为初抽水时地下水过大，不稳定造成的，后阶段地下水少了，则较稳定，若地下水仍很大，属抽水不稳定，但不影响降水质量。
含气量大
机组出水含气量较多，可能是总管和井点管漏气，要检查、杜绝。
也可能是地空气抽水，但只要真空度达到要求，可视为正常。
停机
可能是停电、控制箱出故障、机组电机故障，要及时逐步检查解决。
若抽腹地下水，停机时间允许较长（小于8小时），其它情况停机时间不得大于3小时。
10、特殊情况下的应急措施：
1、准备好两台备用φ100口径潜水泵，一旦暴雨灌满基坑立即将雨水排到下水道中，保证基坑围护安全。
2、准备好两台电动机，一旦发动机发生故障，立即换上备用电动机保证设备连续运转。
3、准备好数台备用射流泵，一旦工作泵发生故障，立即换上。
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