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大型地鐵站深基坑降水施工技術(shù)研究論文
摘 要：本文以某地鐵站工程為例，詳細(xì)介紹了在飽和淤泥質(zhì)軟土地層中如何進(jìn)行深基坑降水施工，重點(diǎn)說(shuō)明了該工程深基坑降水的措施和效果，以期對(duì)今后類似地下工程的施工具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：地鐵站；深基坑；降水
1， 前言
工程界習(xí)慣上將開(kāi)挖深度超過(guò)6米的基坑列為深基坑。80年代以前我國(guó)深基坑工程較少，當(dāng)時(shí)修建的多層和高層建筑的地下室多為一層，深度一般不超過(guò)5m，采用常規(guī)的方法進(jìn)行降水和開(kāi)挖困難不大。至80年代末期我國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)一些較深的基坑，在北方地區(qū)由于土質(zhì)較好、地下水位低，已有10m以上的基坑；而在上海一帶的軟土地區(qū)，亦開(kāi)始出現(xiàn)少量的兩層地下室，開(kāi)挖深度8m左右。
地鐵工程建設(shè)首先面臨的是車站深基坑工程，從80年代末至今，我國(guó)在深基坑工程的研究、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，研究、開(kāi)發(fā)了一系列適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的設(shè)計(jì)方法與施工技術(shù)。在我國(guó)已取得數(shù)萬(wàn)平方米的超大型基坑及開(kāi)挖20多米的深基坑設(shè)計(jì)與施工的成功經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的迅速發(fā)展，地下工程施工技術(shù)也有了飛速發(fā)展，地下連續(xù)墻、SO工法、水泥攪拌樁、旋噴樁等成熟施工工藝得到廣泛運(yùn)用，施工中使用了各種先進(jìn)的大型施工機(jī)械，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量和安全。但由于深基坑工程具有技術(shù)難度高、不可預(yù)見(jiàn)的因素多等特點(diǎn)，其安全可靠性不僅影響基坑工程本身，而且往往會(huì)影響周邊環(huán)境。如設(shè)計(jì)、施工錯(cuò)誤和不當(dāng)，亦會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果，因此要求我們不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，提高施工技術(shù)和管理水平。
2，工程背景
2.1 工程概況
某地鐵站為地下二層島式站，長(zhǎng)166.6m，標(biāo)準(zhǔn)段寬17.2m，南、北端頭井寬21.4m。東西兩端(車站北側(cè))各有一個(gè)風(fēng)道，南北兩側(cè)共有三個(gè)出入口。車站主體采用地下連續(xù)墻作基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻深：標(biāo)準(zhǔn)段26.5m，端頭井28.0m；墻體厚度：標(biāo)準(zhǔn)段為0.6m，端頭井為0.8m。它既是車站施工階段的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋土墻，又是車站使用階段永久結(jié)構(gòu)的一部分(與內(nèi)襯墻一起作為永久性結(jié)構(gòu)側(cè)墻)。地下連續(xù)墻墻體間采用柔性接頭，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，抗?jié)B等級(jí)S8。車站主體東端II級(jí)基坑范圍及兩端頭井內(nèi)采用水泥攪拌樁抽條加固，基坑內(nèi)加固范圍為底板以下3m，基坑外大抗力被動(dòng)區(qū)加固自頂板上1m至底板下1m。
2.2，地質(zhì)情況及基本要求
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地的地層情況按其水文地質(zhì)特性，地下水類型可分為兩類：潛水與承壓水。
�。�1）潛水含水層
自地表以下至36.54m范圍內(nèi)第③一⑥層的土均為飽和的粘性土，其特性均為透水性很弱的地層，地下水位主要受大氣降水、蒸發(fā)的影響而變化，水位在地表下1.25m左右。
�。�2）承壓含水層
承壓含水層主要由第⑤-2層粘質(zhì)粉土與⑦-1層砂質(zhì)粉土及第⑦-2層灰色粉砂組成，第⑤-2層粘質(zhì)粉土為微承壓含水層，其水頭高度為地表以下5m左右，⑦-1層砂質(zhì)粉土及第⑦-2層灰色粉砂為第一承壓含水層，該層土的承壓水頭高度一般在地表以下4.9m左右。這兩層土在本場(chǎng)地分布的深度約為地表以下22～44m范圍內(nèi)，局部地段兩含水層連通。
根據(jù)基坑開(kāi)挖及基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工的要求，降水(壓)要達(dá)到以下效果：通過(guò)降水及時(shí)疏通開(kāi)挖范圍內(nèi)土層的地下水，使其得以固結(jié)，以提高土體強(qiáng)度和自穩(wěn)性，防止開(kāi)挖面土體失穩(wěn)。降低下部承壓水層的承壓水水頭，防止基坑底部土體隆起或突涌的發(fā)生，確保施工時(shí)基坑底板的穩(wěn)定性。
3，基坑降水降壓設(shè)計(jì)方案
3.1，降水(壓)井布置
以往地鐵車站降壓井的井位一般布置在基坑的兩側(cè)(外側(cè))，但由于該地鐵站場(chǎng)地所限，場(chǎng)地南側(cè)便道僅有4m寬，地下埋有污水管、雨水管等三根地下管道，布井的空間較小，且在管線附近不宜布井，易引起管線的沉降變形。而在場(chǎng)地北側(cè)是車站的主要施工便道，吊車、挖機(jī)、車輛移動(dòng)頻繁。如果布置在北側(cè)，不僅井的數(shù)量要增加，而且難以保證井的完好性以致影響降水的正常進(jìn)行。
鑒于上述因素，降壓井布置在基坑內(nèi)偏南側(cè)。但是降壓井布置在基坑內(nèi)，在降水施工結(jié)束后必須采取有效的封井措施，并在施工過(guò)程中不能截割與碰擊，對(duì)井管的保護(hù)要求較高。具體布置為：坑內(nèi)布置5口降壓井，坑外布置2口觀測(cè)井。采取真空深井井點(diǎn)降水方案，基坑內(nèi)設(shè)15口 273降水井降潛水，單口井點(diǎn)的有效降水面積約為250m2，井點(diǎn)間距為15～16m。
3.2，降水(壓)井構(gòu)造與設(shè)計(jì)
(1)井口應(yīng)高于地面以上0.50m，以防止地表污水滲入井內(nèi)，采用優(yōu)質(zhì)粘土或水泥漿封閉，其深度不小于4.0m，保證管內(nèi)真空度達(dá)到要求。
(2)降水井成孔孔徑 500mm，降壓井成孔孔徑 550mm，降水井與降壓井的井壁管均采用直徑 250mm的焊接鋼管。
(3)降水井與降壓井均采用橋式濾水管，濾水管外均包一層30目~40目的尼龍網(wǎng)，濾水管的直徑與井壁管的直徑相同。降水、降壓井的濾水管位置均根據(jù)各井位對(duì)應(yīng)的地質(zhì)剖面來(lái)設(shè)計(jì)：降水井設(shè)2段濾水管，長(zhǎng)3m和4m，分別設(shè)于基坑底以上第④層土和基坑下第⑤層土中；降壓井的濾水管布置在第⑤-2層(微承壓含水層)與⑦-1層(承壓含水層)中。
(4)沉淀管主要起到過(guò)濾器不致因井內(nèi)沉砂堵塞而影響進(jìn)水的作用。沉淀管接在濾水管底部，直徑與濾水管相同，長(zhǎng)1.00m，沉淀管底口用鐵板封死:根據(jù)本場(chǎng)地的地層情況，降水井的深度不宜超過(guò)⑤-2層的頂面深度，為了確保降水井底部濾水管的長(zhǎng)度，主體結(jié)構(gòu)內(nèi)的降水井均不設(shè)沉淀管，降壓井設(shè)沉淀管。
(5)采用潔凈的粗砂從井底向上至地表以下4.0m，于井管與孔壁之間的空隙均勻圍填。采用顆粒磨圓度較好的粗砂，從井底向上至濾水管頂部以上2.0～4.0m圍填。
(6)在降水(壓)井粗砂的圍填面以上采用優(yōu)質(zhì)粘土圍填至地表并夯實(shí)，將降水井管口密封保證不漏氣。降壓井封井采取在井管內(nèi)先填瓜子片碎石，然后注漿再灌注混凝土的封堵方法。
3.3，主要施工工藝及控制措施
3.3.1，降水井注意事項(xiàng)
（1）嚴(yán)格密封降水并井管，保證真空管路系統(tǒng)在土方開(kāi)挖前真空度達(dá)到-0.06Mpa以上，土方開(kāi)挖過(guò)程中，真空度會(huì)有所下降，但須控制在-0.03MPa以上。
�。�2）降水井隨著基坑開(kāi)挖，暴露井管隨時(shí)割除封堵。為方便挖掘機(jī)在基坑內(nèi)作業(yè)，井管隨著土方開(kāi)挖而分段割除，并用粘土回填密實(shí)，保證有足夠抽水能力的真空度。
3.3.2，降壓井注意事項(xiàng)
（1）基坑開(kāi)挖階段：根據(jù)基坑不同部位在不同開(kāi)挖深度分別計(jì)算需降低承壓含水層的承壓水水頭高度。由基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于承壓水的頂托力，計(jì)算得基坑開(kāi)挖階段承壓水位需降低值根據(jù)計(jì)算，在基坑的不同部位開(kāi)挖到危險(xiǎn)深度時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟相應(yīng)部位的降壓井進(jìn)行抽水，并及時(shí)觀測(cè)相鄰部位停抽井的實(shí)測(cè)水位深度(即需降承壓水的水頭高度)來(lái)調(diào)整是否需增開(kāi)相鄰部位的降壓井。
�。�2）主體結(jié)構(gòu)施工階段：上體結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑完成并達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度后，底板與地下墻連成整體共同作用，其抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)算能夠滿足大于下伏承壓水頂托力的要求，故主體底板澆筑完成并達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度后可停止降承壓水。
4，結(jié)論
本工程采用降水、降壓井結(jié)合地質(zhì)條件，運(yùn)用真空及多段濾管等措施，比較好的處理了淤泥質(zhì)粘性土滲透系數(shù)低及局部地層缺失后的微承壓水與承壓水聯(lián)合作用的難題。在降水過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)土體空隙中的自由水一般在30天內(nèi)基本被抽出，且前期抽出量大，后期抽出量小。降壓井抽水可明顯看出承壓水補(bǔ)給量很大，必須使降壓井的影響半徑足夠，并保持一定的抽水速度，來(lái)保證整個(gè)基坑底板的穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)
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