大型深基坑盆式開挖深井降水法應(yīng)用研究

1、大型深基坑盆式開挖深井降水法應(yīng)用研究李漢渤(中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300) 摘要：廣州南沙 2 個(gè)干船塢軟土基坑面積大、開挖深，該軟土地 基已經(jīng)過真空預(yù)壓處理， 淤泥層厚且水平向滲透性極差。 鑒于地基土 體中殘留有經(jīng)真空預(yù)壓處理后的排水板， 為含水層中地下水在豎向滲 流提供了良好通道， 結(jié)合地質(zhì)條件、 通過理論推算并開展了深井降水 試驗(yàn)研究， 最后選用深井井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)方案。 實(shí)踐證明干開挖施工安 全、高效，深井降水法適用、合理。該成果可為類似項(xiàng)目的降水工程 提供一定的指導(dǎo)作用，并可為 JTS 147-12010港口工程地基規(guī)范 修訂提供實(shí)踐依據(jù)。關(guān)鍵詞：基坑； 真空預(yù)壓

2、； 深井點(diǎn)降水； 干地開挖 中圖分類號(hào)： TU 473 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1002-4972(2013)-0169-06Application of deep well point precipitation in foundation pit excavation(The Second Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510300, China)LI Han-bosoft soil foundation in the pit is already treated

3、by vacuum preloading, and the mud is very thick and its lateral permeability is very poor. Some drainage boards are buried under the soil, and they provide a good channel for the study on the deep pilot test area, we select a deep well point precipitation method, which ensures safe and efficient wel

4、l precipitation. The results of the research may serve as a guide for similar projects, and provide a practical basis for the amendment of Port Engineering Foundation Norms (JTS 147-12010).dry construction conditions for the excavation processing, and is proved suitable and rationali for the use of

5、a deep vertical seepageof underground water. Based on the geologic condition, theoretical projections and by launching a Abstract: Two dry dock excavation pits in Nansha of Guangzhou are both large in area and quite deep. The Key words: foundation pit; vacuum preloading; deep well point precipitatio

6、n; dry excavation 基坑降水方案主要涉及到方法的合理選擇和 工程量的正確配置兩個(gè)問題。一般選擇降水工程 的最小抽水量或降水的最小費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù) 1-2 。 本文以廣州南沙中船龍穴造船基地修船項(xiàng)目一期 工程中 2 個(gè)大型、深厚軟基干船塢工程為研究背 景，根據(jù)其水文、地質(zhì)條件，通過降水理論計(jì)算 及試驗(yàn)研究，選擇合適的降水設(shè)計(jì)方案，節(jié)能顯 著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，可為同類工 程借鑒。1 基坑降水方案選擇 1.1 工程概況廣州中船龍穴造船基 地修船項(xiàng)目為 2 個(gè) 30萬噸級(jí)干船塢， 1#塢 LBH=360 m65 m13.3 m，2#塢 L BH=300 m74 m 13.3

7、m，兩塢間距坑頂寬 363 m，長(zhǎng) 522 m，周長(zhǎng) 1 715 m，開挖坑頂 32 m?；娱_挖規(guī)模：屬大 型一級(jí)基坑，開挖基總面積 166 883 m2，坑底面積 83 563 m2，開挖 土方 175萬 m3；塢區(qū)坑頂高程 4.7 m，坑底高程 -9.10收稿日期： 2013-01-30作者簡(jiǎn)介：李漢渤（ 1964），男，高級(jí)工程師，從事港口及航 道工程施工技術(shù)工作。?水運(yùn)工程 2013 年22.35 m；邊坡 13，留二級(jí)馬道，每級(jí)高 5.0 m。 1.2 工程地質(zhì) 條件-10.1 m，塢口結(jié)構(gòu)坑高程 -17.65 m，總深度達(dá)1.4 降水方案選擇鑒于該場(chǎng)地已進(jìn)行過真空預(yù)壓處理， 地基

8、土體中殘留的排水板可 為含水層中地下水提供良好的豎向滲流通道，而且其下富含 3 黏性 土粉砂層， 水平向滲透性良好， 故與地基中殘留的排水板構(gòu)成了基坑 降水的豎向和水平的地下水滲流通道。 依據(jù)水文、 地質(zhì)特點(diǎn)及工程要 求降水深度，技術(shù)上適宜采用深井井點(diǎn)降水法，見圖 3。深井井點(diǎn)施 工經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表 2。鑒于深井井點(diǎn)技術(shù)上可靠，且與土方開 挖的干擾及用電量均較小，故選用深井井點(diǎn)。船塢基坑主體主要座落在 2層淤泥層，部分在 3 層含黏性土 粉砂和 31層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土混砂層。 土層滲透系數(shù)見表 1，邊坡及塢室主要土質(zhì)情況柱狀圖見圖 1。1.3 基坑邊坡開挖工藝考慮先利用現(xiàn)有的道路，采用挖掘機(jī)

9、開挖第開挖工藝見圖 2。1 層，然后再修筑下塢臨時(shí)道路，開挖以下各層。表 1 地基加固深度范圍內(nèi)土層滲透系數(shù) cm/s 土層編號(hào) 212131322土層名稱吹填土粉砂淤泥淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土混砂含黏性土粉砂淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土混砂粉質(zhì)黏 土混砂室內(nèi)試驗(yàn)成果1.11101.5610-22.7110-67.4710-68.8910-31.8410-52.2310-6 垂直 Kv3.58 10-61.30 10-51.41 10-29.38 10-6-62.2 10-22.07 10-51.81 10-43.97 10-6-6水平 Kh抽水試驗(yàn)成果建議值 5.010-39.0 10-61.010-55.010-

10、31.0 10-5-6圖 1 地質(zhì)柱狀圖第9 期?圖 2 第 2層土方開挖工藝表 2 深井井點(diǎn)施工經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果 井點(diǎn)類型深井井點(diǎn)井點(diǎn)數(shù)/個(gè) 253建造費(fèi) /萬元240.4維護(hù)費(fèi) /萬元101.2耗電量/(萬 kWh )222.2電費(fèi) /萬元 184.5合計(jì)費(fèi)用 /萬元526.1?m幕圖 3 采用的邊坡深井降水方案2 基坑深井井點(diǎn)降水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 井點(diǎn)降水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括確定降水井的深度、基坑涌水量、 單井出水量、降水井?dāng)?shù)量與井點(diǎn)間距、抽水設(shè)備等 3-5 。經(jīng)分析本工 程井流特點(diǎn)， 符合著名的裘布依 (Dupuuit)微分方程的基本假定 6，故 可使用完整井流的襲布依流量公式。 2.1 潛水

11、含水層厚度確定根據(jù)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)分析： 3 含黏性土粉砂層滲透系數(shù)較高，其 下臥層 1粉質(zhì)黏土混砂層的滲透系數(shù)較低，處于高程 -16.0 m以下， 地面高程為 4.70 m，見圖 4，故可將其視為隔水層。因地下潛圖 4 環(huán)圈無壓完全井計(jì)算簡(jiǎn)圖水位為 3.0 m，故潛水含水層厚 H=3.0 m-（-16 m）= 水面低于開 挖面 1.0 m，且管井在邊坡的邊沿，故 19.0 m。主基坑開挖面高程為 -10.1 m，考慮到降?水運(yùn)工程 2013 年要求井內(nèi)水位最高不高于 -12.5 m，因此，穩(wěn)定的濾管高度： h=16.0 m-12.5 m=3.5 m，降水高度水平距離 X0 用于水力參數(shù)計(jì)算時(shí)暫取

12、 15 m。 Sw=H-h=19.0 m-3.5 m=15.5 m。井點(diǎn)管至基坑中心2.3 深井結(jié)構(gòu)結(jié)合施工設(shè)備考慮， 成孔孔徑為 800 mm；井管選用內(nèi)徑 300 mm 的 PVC 集水管；選擇 100 目的玻璃絲濾布，孔眼直徑約 0.005 mm， 可防止粉砂質(zhì)土顆粒進(jìn)入；采用中粗砂作濾料；選用雙壁波紋濾管， 管身布滿 20 mm孔，內(nèi)層 100目玻璃布，外裹雙層土工部，下部封 底，見圖 5。2.2 水力參數(shù)及深井計(jì)算 根據(jù)本工程的土層特點(diǎn)， 計(jì)算含水層的復(fù)合計(jì)深井降水區(qū)內(nèi)的水 力坡度、 16 設(shè)計(jì)影響區(qū)內(nèi)水力坡度。由此可計(jì)算出降水井深度為 23 m；根據(jù)地下水滲流的基本理論以及 “大井

13、法” 原理，按面狀基坑、 均質(zhì)含水層、潛水完整井進(jìn)行有關(guān)水井出水量 q=72.5 m3/d；根據(jù)基 坑總出水量 Q、設(shè)計(jì)力計(jì)算，得到基坑涌水量為 Q=4 079.05 m3/d； 單滲透系數(shù)為 KP =2.405 m/d；采用水力坡度 110 設(shè)圖 5 集水井管構(gòu)造3 基坑邊坡深井降水試驗(yàn) 3.1 降水試驗(yàn)?zāi)康臑榇竺娣e降水提供合理的降水參數(shù)（井距、井深和抽水泵等）； 為基坑開挖邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、 監(jiān)測(cè)報(bào)警值選擇和坡率優(yōu)化提供科學(xué)依 據(jù)；分析外界地下水水源補(bǔ)給情況。根據(jù)施工總體安排，選擇 0+0600+220 作為試驗(yàn)區(qū)，深井井點(diǎn) 布置在 0+0800+170?；觾?nèi)外共施工了 9口試驗(yàn)深井， 并

14、在井管周 圍布置了觀測(cè)管，見圖 6。單井出水量 q 及基坑的尺寸、周長(zhǎng) L，可以計(jì)算出的管井?dāng)?shù)量 n。 井距 l =28 m和在相同井距下每級(jí)邊坡平臺(tái)上不同 初步認(rèn)為邊坡可按間距 28 m布置深井、需設(shè) 87個(gè)。深井抽水采 用 QY6-60-1.5 型抽水泵（流量 166 個(gè)，而坑底則按 3050 m 間距布 置深井、需設(shè)8 m3/h ，揚(yáng)程 60 m，功率 1.5 kW ），開工后先進(jìn)行深井分布做 詳細(xì)調(diào)整，確保降水效果。降水試驗(yàn)，待取得初步數(shù)據(jù)后，再對(duì)整個(gè)基坑的圖 6 抽水試驗(yàn)井和監(jiān)測(cè)儀器布置總平面?3.2 深井降水試驗(yàn)結(jié)果分析 3.2.1 單井 單井試驗(yàn)區(qū)地下水及孔隙水壓動(dòng)態(tài)曲線見圖達(dá)到

15、進(jìn)入 710。單 井平均出水量約 3.0 m3/h；隨著開挖深度3 層（透水層）后，單側(cè)水位便迅速下降， 1 2 d 內(nèi)就觀測(cè)不到 水位，這證明了原土層中的排水板“垂直透水”作用明顯。m/?圖 7 SJ9 單井區(qū)地下水動(dòng)態(tài)曲線 m/?圖 8 單井區(qū)觀測(cè)井地下水水位動(dòng)態(tài)曲線aPk/?圖 9 單井區(qū) 7 m 深處孔隙水壓力動(dòng)態(tài)曲線 aPk/?圖 10 單井區(qū) 16 m 深處孔隙水壓力動(dòng)態(tài)曲線3.2.2 群井1114群井試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)井地下水位及孔隙水壓動(dòng)態(tài)曲線見圖 m/?圖 11 群井區(qū)試驗(yàn)井地下水水位動(dòng)態(tài)曲線5.03.0m/?1.0?-1.0-3.0-5.0?圖 12 群井區(qū)觀測(cè)井地下水水位動(dòng)態(tài)曲線

16、120.0100.0aPk80.0/?60.0?40.020.0?圖 13 群井區(qū) 7 m， 10 m 深處淤泥孔壓動(dòng)態(tài)曲線aPk/?圖 14 群井區(qū) 16 m 深處相對(duì)強(qiáng)透水層孔壓動(dòng)態(tài)曲線除了對(duì) 9 眼試驗(yàn)井實(shí)施監(jiān)測(cè)外， 同時(shí)，也對(duì)后期陸續(xù)完成的深井 的出水量進(jìn)行了觀測(cè)。對(duì)編號(hào) 1#47#的單井進(jìn)行 45 d 的觀測(cè)，其平 均流量的情?水運(yùn)工程 2013 年況統(tǒng)計(jì)為：第 115 d，3.74 m32.88 m3/h；第 1630 d， 理論計(jì)算值 /h；第 72.5 m31345 d/d 基本一致。， 0.83 m3/h。與單井出水量 3.2.3 結(jié)果分析 水位基本上是同步下降的，而且下降趨

17、勢(shì)非常明 1) 深井降水效果明顯，抽水深井周圍地下顯。按日降深估算，即每 4 d降深 1 m，要降到基坑底高程以下 需 30 d 左右。于淤泥中日降深。2）地基深層透水層中地下水水頭降深遠(yuǎn)大水頭日降深為 3） 群 井試驗(yàn)區(qū)觀測(cè)期間，深層含水層中0.27 0.29 m，淤泥中日降深為 0.12 40.18 m）試驗(yàn)區(qū)中心孔隙 水壓力保持每天。的速率下降。23 kPa 通過分析抽水試驗(yàn)成果，專家一致認(rèn)為：邊坡降水深井應(yīng)布置 199口，間距取 20 m，在上下平臺(tái)間布置成梅花形狀； 基坑內(nèi)疏干深 井應(yīng)布置 543.3 個(gè)，間距取邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算40 m。整個(gè)基坑共需布置 253口深井。邊坡降水前， 采

18、用無側(cè)限 抗壓及直剪試驗(yàn)指標(biāo)，計(jì)算的抗滑安全系數(shù)為 0.7630.947；降水后， 采用十字板抗剪強(qiáng)度計(jì)算，抗滑安全系數(shù)約 1.553.4 。邊坡穩(wěn)定性得 到保障。邊坡安全監(jiān)測(cè)報(bào)警值調(diào)整進(jìn)行試驗(yàn)段開挖后， 發(fā)現(xiàn)邊坡變形的速率較大， 雖達(dá)到報(bào)警但邊 坡仍穩(wěn)定，經(jīng)專家討論，并參照一些工程實(shí)例等經(jīng)驗(yàn)，對(duì)報(bào)警值進(jìn)行 修訂，見表 3。表 3 修訂后監(jiān)測(cè)警戒值監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)警戒值 /mm 日變量 累積變量深層側(cè)向位移（測(cè)斜） -5,5 -100,100圍護(hù)墻頂水平位移 -5,5 -100,100圍護(hù)墻頂垂直位移 -10,10-200,200基坑外地下水位-300,300-1 000,1 0003.5 應(yīng)用效果分析 試驗(yàn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和試驗(yàn)段的土方開挖效果表明該基坑采 取深井井點(diǎn)降水可行而且有效， 因此試驗(yàn)是成功的。 采用深井降水效 果非常明顯，不但節(jié)約了成本，且創(chuàng)造了高效的干地開挖施工條件，開 挖邊坡穩(wěn)定。開挖工效：本工程最早開始抽水時(shí)間為 2006年 10最高峰使用的 主要設(shè)備有反鏟月，直至邊坡回填后終止，平均運(yùn)行時(shí)間約 25 臺(tái)、 25 t運(yùn)土汽 1 a。車 51臺(tái)、推土機(jī) 14臺(tái)。開挖生產(chǎn)效率若按每天平均，則最高峰挖土 18 000 m3/d，平均 10 500 m3/d。4 結(jié)論 明該地基邊界外地下水水源補(bǔ)給