降水井施工方案.docx

基坑降水施工方案
1工程概况
1.1 工程位置及内容
武汉市轨道交通四号线一期工程武昌火车站站位于武昌火车站西广场北侧，车站中心里程为CK14＋356，为地下二层结构。车站基坑宽度为20.8～27米，总长度233.7米，占地面积为11440平方米。设计划分为A、B、C三个施工区段:A区段位于中山路西侧;B区段位于中山路高架车道下方，穿越中山路;C区段位于现邮电宾馆下方。基坑开挖深度为15.5～17米，车站主体标准段围护结构采用钻孔灌注桩，桩径1000㎜，桩心间距1200㎜，基坑内设三道钢管（锚索）支撑，钻孔桩间设单排高压旋喷止水帷幕，桩径600㎜，桩底进入基坑下不小于2米；车站出入口及通道距主体结构较近，底板最大埋深约9米，围护结构采用土钉墙。
本工程基坑的安全等级为一级。车站主体结构的基坑变形保护等级为一级。
1.2地质条件
1.2.1工程地质
地铁武昌站站所在地区属于长江三级阶地区，地面标高24.5～27.2米。车站开挖范围内各各土层由上而下依次为：
1-1杂填土：上部多为沥青水泥路面，下部由碎石、灰渣和一般粘性土等混合构成，厚度0.5～2.3米。
1-2素填土：灰褐～黄褐色为主，稍湿-饱和、较松散，主要由粉质粘土组成，分布于场区部分地段，厚度1.0～4.9米。
2粉质粘土：黄褐～灰褐色，含氧化铁，夹灰色条纹，呈饱和、可塑状态，厚度3.3～～5.2米，层顶埋深1.0～5.7米。
3粘土：棕黄～黄褐色，局部为棕红色，饱和、硬塑～坚硬，含铁锰氧化物、高岭土，分布较均匀，厚度4.5～12.6米。
4粉质粘土：褐黄～黄色，可塑状态为主，饱和，含氧化铁及高岭土，砂性较重，分布于场地大部分地段。厚度1.0～21.4米。
5-1粘质粉砂：黄色、饱和、稍密～中密，含氧化铁及少量高岭土、云母片，厚度0.7～10.2米。
5-2粘质中砂：黄色、饱和、中密，含氧化铁及及云母片，厚度3.5～16.0米。
6-1角砾夹中粗砂：黄色、饱和、中密～密实，角砾或砾石粒径一般为0.3～3㎝，局部夹少量卵石，厚度1.0～7.0米。
7粘土：黄褐～灰褐色为主，呈饱和、可～硬塑状态，局部夹碎石及未完全风化之岩块，该层主要分布于K12～13及B5～K7地段，厚度4.7～15.0米，层顶埋深3.5～36.0米。
8灰岩：灰色，为较完整灰岩，主要分布于场区K13号孔地段。隐晶质结构，块状构造，层顶埋深14.5米。
1.2.2 水文地质
工程范围内的地下水主要表现为上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上层滞水主要存于人工填土中，水位不连续，无统一的自由水面，主要接受地表水与大气降水补给，水量一般较小。
弱承压水存于粘质粉砂、粘质中砂、含角砾中砂屋等砂层等砂类土及碎石类土层中，与长江有水力联系，水量可观。
基岩裂隙水主要存于强风化泥岩，石英砂岩中，除石英砂岩中基岩裂隙水具一定水量外，水量一般很少。
2 降水目的
根据本站基坑开挖及基础底板结构施工的设计要求，降水的目的为：
(1)通过降水及时疏干开挖范围内土层的地下水，使其得以压缩固结，以提高土层的水平抗力，防止开挖面的土体隆起，改善土体开挖运输性能。
(2)在基坑开挖施工时做到及时降低基坑中的地下水位，保证基坑的开挖施工的顺利进行。
(3)及时降低下部承压含水层的承压水水头，防止基坑底部发生涌水翻砂，以确保施工时基坑底板的稳定性。
3 降水设计
3.1各土层的物理力学性质指标
见表3.1-1
层物 表3.1-1各土层物理力学指标(取自岩土工程勘察报告)标
层号
岩土
名称
平均层厚
密实度或状态
抗剪强度
静侧压力系数k0
渗透系数
粘聚力c
内摩擦角
(kpa)
（0）
――
(10-7cm/s)
(1-1)
杂填土
2.68
松散~稍密
9
18

2.8
(1-2)
淤泥
2.24
流塑
10
4

7.4
(2)
粉质粘土
3.24
可塑
27
13
0.43
2.4
(3)
粘土
8.16
硬塑~坚硬
37
16
0.33
1.45
(4)
粉质粘土夹粉砂
5.73
可塑~硬塑
松散~稍密
28
12
0.38
1.67
(5)
粉细砂
6.20
中密
0
33

11.5m/d
(6)
粉细砂
3.66
密实
0
35

14.5 m/d
(7)
中砂夹角砾

密实
0
39

18.8 m/d
3.2降水设计要求
根据设计图及地质资料情况，地下水埋深11.2m，施工时水位降低值达到7.636m，降水深度达到18.836m；孔隙承压水主要赋存于Q3al+pl层砂类土中，渗透系数达到11.5m/d～18.8m/d。根据这两个特征，决定在基坑四周采用深井井点均匀降水的方法将施工中的水位降低至基底下2m。
3.3降水井设计
基坑的隔水帷幕采用旋喷桩，用该工法施工桩垂直度好，桩与桩之间搭接好，桩的深度达23米，已进入底板以下4米左右。降水采用降水管井，根据地区的经验，采用均匀布井。水的涌水量与场地水文地质条件、基坑的形状大小及补给水边界条件等有关。根据地勘资料本降水井可按承压非完全井计算，同时本车站A区、B区、C区三段分开施工，所以对三段进行分开计算。
1、基坑排水量计算
基坑排水量可依据下式进行计算：

1)渗透系数的确定
K=∑Kihi/∑hi
Ki、hi-----各土层的渗透系数（m/d）与厚度（m）
根据设计可求得K=16m/d。
2)承压水层厚度 M值确定
M取值： M=18.9m，由地勘料得。
3）井点系统的影响半径R0
R0=R+r0
R-----由经验公式确定的影响半径,
r0-----环形降水范围的假想半径
(1)影响半径R
无观测孔，由经验公式R=10×sk1/2=305m；s=7.64m
确定环形降水范围的假想半径r0
(2)因为基坑为长方形，且l/b＞2.5;
r0=η(l+b)/4
式中η-系数(m2),查表得A、B区:η=1.15；C区:η=1.12
l-基坑长度(m)
b-基坑宽度(m)
得： A、B区: r0=22.7m ；
C区: r0=43.1m ；
(4)基坑涌水量

得： A、B区: QA = QB =4478m3/d;
C区: QC=6399m3/d;
2、降水井数计算

q为单井管涌水量，计算每根井点最大出水量q=120rLk1/3=302m3/d，本工程取300 m3/d ，得：A、B区: nA = nB =16个；C区: nC=24个；考虑到开挖顺序，在施工B区时可与A、C区共用8个井，故本工程共需降水井48个，降水离基坑边的距离为4米其布置见图1。

施工A区降水井布置图 施工B区降水井布置图
（其中 为 与A、C区共用的降水井）

施工C区降水井布置图

3、井点管长度
L=D-h+s+r0/10=24.4m,其中滤管长4m。
4、校核水位的实际降低数值
井点数量确定后，根据根据下式确定所采用的布置方式是否能将地下水位降低到规定的标高，
=29.2m
实际可降水位s=H-h=39.1-29.2=9.9m,超出需要降低水位数值7.64m，满足降深要求，故布置可行。
3．4主要机具、设备
1）井管
井管由滤水管、吸水管、沉砂管三部分组成，共长24.5m，为直径φ500mm无缝钢管，具体见图2。
滤水管：长4m，在钢管上分三段开孔，在开孔的管壁上焊φ6mm垫筋，要求顺直，与管壁点焊牢固，外包41孔/cm2镀薪钢丝网各两层或尼龙网，上下管之间用对焊连接。
吸水管：采用与滤水管同直径钢管制成。
沉砂管：采用与滤水管同直径钢管，下端用钢板封底
2）水泵
根据单井涌水量、管井长度选定抽水机具为潜水泵，型号：QY-25，流量：15m3/h，扬程25m，电机功率2.2kW。
3）排水管
用ф500mm混凝土管，并设0.3%的坡度，与附近下水道接通。
4）成孔设备
φ600井点管孔采用ZO300型反循环钻机成孔，泥浆护壁。
4、降水施工工艺
4.1工艺流程   
井点测量定位→挖井口、安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砂砾过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井

3．4抽水试验
      3．4．1试验目的
为了评定含水层的
为了进一步确定该场地水文地质参数，根据设计要求，抽水试验必须在井群正式施工前进行，试验选用井位图上降水井作为抽水井，另一降水井暂作为观测井，采用深井潜水泵，井打好后，先各抽1－2天或更长时间，以确保抽水时流量稳定，待水位恢复，抽水开始前应测定孔内和潮水水位变化情况，则抽水试验应选择井内水位波动相对平稳的时段。开始进行抽水试验，观测前，测量两口井的初始水位。观测水位时间间隔：抽水开始0－10分钟，每分钟观测1次共10次；10－30分钟，每2分钟观测1次；，30－100分钟每5分钟观测1次；100分钟以后每50分钟观测一次。如48小时仍无法大致完整绘出S－lgt和lgs-lgt曲线，时间还可能继续延长，根据抽水试验得到参数，分析第5-2层与第5-3、6-2、6-2层土可能存在的水力联系情况，选用合适公式确定相关水文地质参数，根据测得的水文地质参数，再重新进行井群计算，优化降水方案，选配适当流量的抽水泵，制定相应的降水运行方案。
  3．4．1试验目的
抽水需要每天24小时派人现场值班，并做好抽水记录，每天报水位、流量。记录内容包括降水井涌水量Q和水位降深S，并在现场绘制S-T，Q-T，S～Q曲线与基坑开挖深度附近监测资料绘于同一图上，了解其相关关系，以掌握抽水动态，指导降水运行达到最优。选择有代表性的井及时抽干井内的水观测恢复水位，以准备掌握水位降深，又不过大影响降水正常运行。抽水运行期间还必须注意观测沉井进展情况，记录沉井标高，注意收集沉井监测资料变化情况。
5.2.14、在基坑开挖前20天开始进行预降水，降水深度为底板下2m。主体结构施工完成后停止抽水。
6降水的运行
(1) 试运行:首先准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。
在降水井的成井施工阶段要边施工边抽水，即完成一口投入运行一口，力争在基坑开挖前，将基坑内地下水降到基坑底开挖面以下2.00m深。水位降到设计深度后，即暂停抽水，观测井内的水位恢复情况。
(2) 降水运行
1、降水运行中的水位和出水量的控制
降水井在基坑开挖前二十天进行，以便提前疏干地层滞水，降低地下水位，提高土层自稳能力，顺利进行无水作业。
降水井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间自短至长，降水井内的每次抽水后，应立即停泵，对于出水量较大的井每天开泵抽水的次数应适当增多。
降水运行过程中，做好各井的水位观测工作，及时掌握承压含水层水头的变化情况。
降水运行期间，现场实行24小时值班制，值班人员要认真做好各项质量记录，做到准确齐全。
降水运行过程中对降水运行的记录，及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。降水运行记录每天提交一份，对停抽的井及时测量水位，每天1～2次。
(3) 降水运行的注意事项
做好基坑内的排水准备工作，保证基坑内雨水及其它渗漏积水能及时抽干。
降水运行阶段要经常检查泵的工作状态，一旦发现不正常及时调换或修复。
降水运行阶段保证电源供给，如遇电网停电，及时起动备用发电机，保证降水效果。
7封井方案
因为本工程降水井布置在基坑外，且地下水为弱承压层，以后对车站结构的危害较小，故采用一般封井方法。降水结束以后提出水泵，向井内填充黏土，距地面2米范围内灌人素C15混凝土，具体见图2。
1）准备工作
（1）项目经理部组建后，即开始施工部署，落实材料和人员，合理安排人财物，与业主及工地上各单位保持密切协作。
   （2）专人负责进料，工程师核定，确保井壁管、过滤管（外包尼龙网）、围填砂、粘土等材料的质量。
  （3）进出场、定位、埋设护孔管，由甲方提供“三通一平”，钻机进场。钻井井位双方按设计方案校核井位，保证钻机移到位，基础牢固平稳，磨盘水平“三点一线”，（孔位、磨盘、大钩成一垂线），各项准备工作就绪，井管、砂料到位，埋设护孔管要求垂直，护孔管尽可能进入原状土层内20－50cm，外围用粘土填实，保证泥浆返出孔外，孔斜误差不超过1%。
    管井钻孔
2） 5.2.4钻进清孔，钻进前测量好钻具总长，精确计算机上余尺，控制钻进深度，钻进中保持泥浆比重在1.15－1.25，钻进中对地层要分层描述，确定降水含水层的确切层位和岩性。终孔深度达到后，即可清孔，调浆宜慢，清孔后泥浆比重1.10左右，孔底岩粉≤10cm。
    5.2.5下井管，按设计井深事先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。井管应平稳入孔、焊接垂直，完整无隙，确保焊接强度，以免脱落，为了保证井管不靠在井壁上和井管外有一定的填砾厚度，在滤水管上下各加两组扶正器，保证环状填砾间隙厚度大于150mm，过滤器应刷洗干净，缝隙清楚，桥式过滤器缝隙均匀。下管要准确到位。自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构，下好井管后，把井管居中固定。
    5.2.6填砾冲孔，下入钻杆至离沉淀管底50cm，井口加上补心进行换浆，逐步调稀泥浆到比重1.08左右时边填边测，一边填一边开小泵量泥浆循环。填砾达到要求深度后停止。
    5.2.7止水封孔，为了防止上部泥浆及降水直接渗入砾料内影响成井质量，等填砾结束20分钟后，上部填粘土。
   5.2.8洗井
    洗井要求采用活塞和空压机联合洗井方法，缺一不可。要求洗井台班至少2个台班，确保洗井质量，直至井内出清水，基本不含砂，出水量大，井底沉砂不大于20cm。
    5.2.9下泵试抽
    洗井结束后，待水位恢复可按设计下泵，下入深度宜在滤水管下半部分即16-18m深的位置，以保证足够的降深。排水管道及电源线路一定要先连接好，试抽3个小时，测定井内水位及观测孔水位变化，安装水表测流量，预估降水试验运行途径，等水位恢复后，积极配合抽水试验。
    5.2.10合理安排排水及电缆电路
    原则上各井排水管和电缆一齐铺设，排水要畅通无阻，就近往南边随塘河排放，连接合理，电缆应绝缘有一定抗拉、抗压强度。

c、深井井管沉放前要清孔，清除孔内泥渣。
d、井管下设时，将预先制作好的井管用吊车或三木搭借卷扬机分段下设，分段焊接牢固，直下到井度。井管安放应力求垂直，并位于井孔中间；管顶部比自然地面高500mm左右。井管下入后，及时在井管与土壁间用铁锹分层填充砂砾滤料。粒径选用3～8mm细砾石。填滤料要一次连续完成，从底填到井口下1m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。管周围填砂滤料后，安设水泵前应按规范先清洗滤井，冲除沉渣。采用压缩空气洗井，洗井应在下完井管、填好滤料、封口后8h内进行，一气呵成，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化，难以破坏，影响渗水效果。
e、潜水泵在安装前，对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查。如无问题，始可放入井中使用。深井内安设潜水电泵，可用绳索吊入滤水层部位，上部应与井管口固定。设置深井泵的电动机座应安设平稳，转向严禁逆转（宜有止回阀）。潜水电动机、电缆及接头应有可靠绝缘，每台泵应配置一个控制开关。主电源线路沿深井排水管路设置。安装完毕应进行试抽水，满足要求后始转入正常工作。

抽水实验目的:进一步确定测定含水层参数，评价含水层的富水性，确定井的出水量特性曲线,了解含水层中的水力联系和含水层的边界条件，为评价地下水资源,制定井群布置或疏干方案提供依据。
降水运行安全保障