鄭州某地鐵車(chē)站深基坑降水方案設(shè)計(jì)

周　閃　杜明芳　趙曉偉

(河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南鄭州　450001)

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鄭州某地鐵車(chē)站深基坑降水方案設(shè)計(jì)

周閃杜明芳趙曉偉

(河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南鄭州450001)

結(jié)合鄭州地區(qū)某地鐵車(chē)站的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，選取合適的基坑降水參數(shù)，進(jìn)行車(chē)站基坑降水方案設(shè)計(jì)，保證基坑工程的安全施工，并將止水帷幕與管井相結(jié)合的降水方式在鄭州類(lèi)似工程進(jìn)行推廣應(yīng)用。

鄭州地鐵車(chē)站深基坑降水設(shè)計(jì)

1　工程概況

該車(chē)站位于鄭州市商務(wù)外環(huán)路與眾意西路交叉口，為地下兩層三跨島式車(chē)站。車(chē)站長(zhǎng)度為140m，站臺(tái)寬11m，車(chē)站外包總長(zhǎng)226.0m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬20.1m，采用鉆孔灌注樁加鋼支撐的支護(hù)形式。車(chē)站主體采用明挖法(局部蓋挖法)施工，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開(kāi)挖深度為16.64m，端頭盾井處開(kāi)挖深度為18.88m。

1.1工程地質(zhì)條件

該車(chē)站場(chǎng)地屬于黃河沖洪積平原，場(chǎng)地30m深度范圍內(nèi)主要為第四系全新統(tǒng)(Q4)地層，車(chē)站范圍內(nèi)地層巖性從上到下依次主要為：0～10m砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土，夾有粉砂、細(xì)砂，為中密—密實(shí)細(xì)砂。

車(chē)站底板位于第②34黏質(zhì)粉土層；止水帷幕底位于第③23A黏質(zhì)粉土層。

1.2水文地質(zhì)條件

本車(chē)站基坑下的地下水類(lèi)型主要為第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水，含水層主要賦存于黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土層中，實(shí)測(cè)地下水位埋深約4～5m。微承壓水主要賦存于細(xì)沙中，根據(jù)勘測(cè)抽水試驗(yàn)及區(qū)域水位地質(zhì)資料，承壓水靜水位埋深14m左右，承壓水頭4m左右。受地形地貌、地層巖性、地下水補(bǔ)給來(lái)源的因素影響，地下水年變化幅度為1.5～2m。地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水和地下水徑流補(bǔ)給，以地下水徑流為主。

2　基坑降水方案設(shè)計(jì)

2.1基坑降水的目的和作用[1]

地下水問(wèn)題是基坑工程中最常見(jiàn)的難題之一[2]。該車(chē)站位于鄭州東區(qū)，地下水位較高，埋深在4～5m，基坑外降水對(duì)周邊環(huán)境的影響較大。本工程采用坑內(nèi)外降水相結(jié)合的方案，保證施工的安全性，減少地下水對(duì)結(jié)構(gòu)的浮力，確保地下工程施工的抗浮穩(wěn)定性。

2.2參數(shù)確定

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)地抽水試驗(yàn)[3-4]確定潛水層滲透系數(shù)。結(jié)合鄭州地區(qū)基坑降水經(jīng)驗(yàn)，潛水層滲透系數(shù)室內(nèi)及建議值見(jiàn)表1。

2.3管井布置[5]

本工程基坑止水帷幕采用φ850@600mm三軸攪拌咬合樁，該工法樁垂直度好，樁間咬合緊密，樁身達(dá)32m。設(shè)計(jì)井徑為600mm，過(guò)濾器位于地面以下4～23.5m，長(zhǎng)19.5m，下設(shè)沉淀管3m。濾管外纏100目的尼龍濾網(wǎng)，距地面深度約26.5m，濾管與井壁空隙采用級(jí)配碎石回填。

表1　滲透系數(shù)

(1)封閉式降水抽水量驗(yàn)算

攪拌樁[6]作為隔水帷幕將潛水層、微承壓水層土全部隔斷，坑內(nèi)外地下水失去水力聯(lián)系，降水效果良好，故基坑內(nèi)降水管井可根據(jù)鄭州地區(qū)經(jīng)驗(yàn)布置，本基坑內(nèi)部管井可采用梅花式，每隔15m布置一口井，共17口井。封閉式降水模式示意如圖1。

圖1　封閉式降水模式

在無(wú)地下水及降水補(bǔ)給的情況下，當(dāng)?shù)叵滤唤抵粱拥?m時(shí)，應(yīng)抽出水的體積為

(1)

式中W——應(yīng)抽出水的體積/m3；

F——基坑面積/m2，基坑長(zhǎng)度226m，寬度20.1m，F(xiàn)=226×20.1=4 542.6m2；

M——疏干的含水層厚度/m(標(biāo)準(zhǔn)段：16.64-4+1=13.64m)；

r——降水半徑/m，r=0.29×(226+20.1)/2=35.6m；

i0——水力坡度，取值0.1；

μ——含水層厚度/m，取0.15m。

將各參數(shù)代入公式(1)，可得W=11 725.70m3，分?jǐn)偟?7口管井，每口應(yīng)抽出的水量為689.75m3。

允許井壁進(jìn)水流速Vj=70.65m/d；

實(shí)際進(jìn)水流速

(2)

式中，Q為設(shè)計(jì)單井出水量/(m3/d)，考慮配置10m3水泵，設(shè)計(jì)單井出水量為240m3/d；Dk為井徑(0.6m)；L為過(guò)濾管長(zhǎng)度(3m)。

由以上可得，實(shí)際進(jìn)水流速為42.46m/d<70.65m/d，實(shí)際配置管井滿足抽水量要求。

(2)無(wú)止水帷幕基坑涌水量驗(yàn)算

本工程止水帷幕采用三周水泥攪拌樁，考慮地層差異性及施工因素等，止水帷幕或存在滲漏水現(xiàn)象未能截?cái)嗟叵滤难a(bǔ)給。以下對(duì)無(wú)止水帷幕下的降水效果進(jìn)行進(jìn)一步分析。

群井按大井簡(jiǎn)化的均質(zhì)含水層承壓水非完整井的基坑降水涌水量[4]，可按下式計(jì)算

(3)

式中Q——基坑涌水量/m3；

K——土層滲透系數(shù)，取13m/d；

M——承壓水層厚度，取11m；

S0——基坑地下水位降深，取13.64m；

l——過(guò)濾器在承壓含水層進(jìn)水部分長(zhǎng)度，取4m；

R——影響半徑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式取236m；

r0——基坑等效半徑，0.29×(226+20.1)=71.37m。

代入公式(3)，可得基坑總涌水量為8 104.15m3。

因考慮群井抽水，參考《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》(JGT111—1998)，群井抽水中水位干擾影響最大井的出水能力為q=4×315×24/100=302.4m3/d。

管井配置數(shù)量為：n=1.1Q/q=29.48≈30口。

考慮止水帷幕施工的差異性[7]，以及涌水量計(jì)算的差異性[8]，結(jié)合鄭州地區(qū)基坑降水施工經(jīng)驗(yàn)，在基坑外部每隔20m設(shè)置一口管井，共設(shè)置26口作為安全儲(chǔ)備。

基坑外部降水根據(jù)基坑內(nèi)管井抽水效果實(shí)測(cè)坑外降水井水位情況，若水位下降超過(guò)50cm/d、或累計(jì)下降超過(guò)100cm，說(shuō)明止水帷幕有個(gè)別地方滲漏，應(yīng)同時(shí)啟動(dòng)相近坑外降水井?；觾?nèi)外管井布置如圖2。

圖2　管井布置

(3)排水路徑

基坑北側(cè)設(shè)置直徑為350mm的排水暗管(鋼管)，每隔30m設(shè)置磚砌集水井，經(jīng)沉淀后流入場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)有市政雨水管道。

3　降水監(jiān)測(cè)

3.1對(duì)周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)[9]

基坑監(jiān)測(cè)貫穿于基坑工程施工的全過(guò)程。對(duì)于本基坑工程而言，安全等級(jí)為一級(jí)，基坑監(jiān)測(cè)頻率按表2進(jìn)行。

表2　監(jiān)測(cè)頻率

3.2含水層地下水位的監(jiān)測(cè)[10]

地下水位的監(jiān)測(cè)主要是管井降水位的測(cè)量，地下水水位測(cè)量是控制地下水是否達(dá)到目的的主要措施。水位測(cè)量主要通過(guò)水位觀測(cè)孔進(jìn)行，降水工程中設(shè)置數(shù)只水位觀測(cè)孔是必要的，同時(shí)也可以通過(guò)備用降水井和未抽水的降水井進(jìn)行水位觀測(cè)。

3.3抽水量的監(jiān)測(cè)

認(rèn)真做好抽水記錄，根據(jù)抽水時(shí)間計(jì)算排水方案，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)井的數(shù)量和時(shí)間確定每天抽取地下水的總量。

4　結(jié)論

(1)深基坑所處地質(zhì)狀況復(fù)雜，各地層含水情況不均，基坑降水參數(shù)選取難度很大，正確的選擇參數(shù)對(duì)基坑降水設(shè)計(jì)有重要的意義。

(2)基坑內(nèi)布設(shè)排水暗管和集水井，以應(yīng)對(duì)暴雨或其它突然而來(lái)的明水。

(3)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該基坑周邊建筑物、地下管線、地表沉降等均在可允許范圍內(nèi)，基坑開(kāi)挖降水對(duì)周邊建筑物、管線、道路沒(méi)有造成不良影響。

(4)止水帷幕和管井相結(jié)合的降水方案，可阻止基坑外地下水向基坑內(nèi)的滲入，減少基坑內(nèi)的涌水量，可縮短基坑降水的工期，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。該方案可在鄭州地區(qū)地鐵建設(shè)中推廣使用。

[1]吳林高，等.工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M].北京：人民交通出版社，2003

[2]吳昌瑜，李思慎，謝紅.深基坑開(kāi)挖中的降水設(shè)計(jì)問(wèn)題[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999(3):92-94

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[4]郭愛(ài)俠.西安地鐵二號(hào)線北客站基坑降水工程單井多落程抽水試驗(yàn)研究[J].中國(guó)水運(yùn)，2008，8(6):241-242

[5]GB50296—2014管井技術(shù)規(guī)范[S]

[6]錢(qián)萬(wàn)周.深層攪拌樁止水帷幕在軟土地層施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008(25)：115-116

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[12]建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)院.JGT111—98建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999

Deep Foundation Pit Dewatering Design of Subway Station in Zhengzhou

ZHOU ShanDU MingfangZHAO Xiaowei

2016-03-04

周閃(1991—)，男，碩士研究生。

1672-7479(2016)04-0058-03

TU46+3

B