深井降水在武汉地铁东亭车站的应用
摘 要:通过对武汉地铁四号线水文地质进行分析,结合工程实际情况进行计算,确定降水井参数,并在施工中加强监测,采取信息法控制抽水,将地下水降至基坑下2m,通过对周边建筑物变形观测,采取应急措施,从而保证了工程围护结构的顺利实施。
关键词: 深井降水, 水位, 监测, 信息法
1 工程概况
东亭站是武汉市轨道交通四号线一期工程的一个车站,站址位于武汉市武昌区,中北路和秦园路、黄鹂路的交叉路口。本车站采用明挖法施工,局部盖挖顺作,采用钻孔灌注桩+旋喷止水桩+内支撑系统支护。车站标准段基坑宽19. 7 m,标准段基坑深度约为15. 8 m,盾构井处基坑深度约为16. 6 m,盾构井集水坑处基坑深度约为19. 0 m。
2 场地岩土工程条件
2.1 地形地貌
拟建场地地形相对平坦,地势起伏不大,地面高程一般在25. 92 m~29. 30 m之间,拟建场地地貌为丘陵~平原地貌类型的过渡地段,地貌单元总体属长江
级阶地。
2.2 工程地质条件
工程地质条件见表1。
2.3 场地水文地质条件
场区地表水体不发育,未发现有河、沟、塘等地表水体分布。
拟建场地地下水类型可分为上层滞水,孔隙承压水和基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存于 层人工填土层中,无统一自由水面,大气降水、生活排水渗入是其主要补给来源,静止水位在地面下0. 40 m~3. 2 m。孔隙弱承压水主要赋存于（七）-1层粉质粘土混粉砂, （七）-3层粉土夹粉质粘土,⑦-2层圆砾土中,与长江有一定的水力联系。其上覆粘性土是其隔水顶板,下卧基岩•15b层是其隔水底板。勘察期间实测承压水位埋深在地面下11. 5 m,相当于标高14. 8 m左右。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中,总体水量较小且不均匀。
根据地质报告以及水文地质抽水试验报告,地层综合渗透系数K=4. 1 m /d,影响半径约为151. 3 m。
3 基坑底面抗突涌稳定性分析
根据工程地质剖面图对比分析,车站基坑底绝大部分位于承
压含水层（七）-1层粉质粘土混粉砂或（七）-3层粉土夹粉质粘土中,基坑底已完全揭露承压含水层,基坑底承压水会出现突涌,因此应对地下承压水进行治理。据本地区类似工程经验和场地水文地质条件,承压水的处理采用井点降水结合隔水帷幕进行。
4 承压水水头及降深设计
根据地质报告实测承压水稳定水位在地面下约11. 5 m,而车站标准段基坑深度约为15. 8 m,盾构井处基坑深度约为16. 6 m,盾构井集水坑处基坑深度约为19. 0 m。
从前面分析可以得出在基坑开挖过程中为了防止坑底突涌,必须提前对承压水头采取降低措施,最终将水头降至基坑底面以下2. 0 m,因此必须把承压水头高度至少降低:
车站标准段基坑: 15. 8-11. 5+2. 0=6. 3 m;
车站盾构井基坑: 16. 6-11. 5+2. 0=7. 1 m;
车站盾构井集水坑基坑: 19. 0-11. 5+2. 0=9. 5 m。
5 基坑涌水量计算
根据现场抽水试验结果,结合拟建基坑平面布局概况,按照JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程附录F.0.3条计算基坑涌水量:
Q=2.73k[MS/lg(1+R /r0)]。
其中,Q为基坑涌水量,m
3/d;M为承压含水层厚度,m;k为渗透系数,m/d;R为降水影响半径,m;r
0为基坑等效半径,m,矩形基坑等效半径r
0=0.29(a+b),不规则块状基坑等效半径r
0=
。
6 深井降水设计
根据地质报告结合地区类似工程经验分析,本车站范围内承压含水层（七）
-1层粉质粘土混粉砂、（七）
-3层粉土夹粉质粘土以及
-2层圆砾土均不纯净, （七）
-3层粉土中粘粒含量较高,且有粉质粘土夹层分布,
-2层中圆砾骨架间由粘性充填,这两层渗透性均较弱,属弱~中透水层。另外承压含水层沿车站纵向厚度变化较大,综合考虑,承压含水层渗透系数和影响半径均较小,虽然基坑底已揭露承压含水层,基坑底必定出现突涌,但涌水量不会很大,承压水补给速度也不会很快。
为防止降水时出现掉泵现象,降水井设计时采用完整井,井底深入基岩最少为2. 0 m,井深设计为28. 0 m较为适宜。完整井井深为28. 0 m(已经不能再深),井底已深入基岩2. 0 m~3. 0 m,为避开车站底板,防止降水井穿越车站底板而给土建施工带来影响;同时防止降水井穿越车站底板后,后期封井可能造成的渗漏影响,因此降水井应尽量布置在止水帷幕外侧。
降水设计时,含水层厚度从（七）
-1层粉质粘土混粉砂顶板至
-2层圆砾土层底板,平均取为20. 2 m;由于承压含水层沿车站纵向厚度变化较大,此平均厚度取值稍微偏大,偏大部分可作为安全储备,在雨季以及长江汛期时使车站基坑安全有可靠保障。降水设计时,盾构井平面尺寸暂按20. 0 m×20. 0 m考虑,采用“天汉”系列基坑工程设计软件计算得:当设置26口降水井时,能够满足设计的降深要求。
7 降水井施工要点
降水井孔径为600 mm,井管直径250 mm,井深28. 0 m;井管底部1. 0 m为沉淀管,其上17. 0 m长为滤水管。滤水管眼直径15 cm,采用梅花形排列,孔隙率大于20%,外壁垫钢筋骨架包尼龙网缠铁丝。井管壁与井孔壁间填滤料,滤料为直径1 mm ~3 mm的石英砂,滤料填深19. 0 m。滤水管之上为实钢管至出口,实钢管管壁与井孔壁间用风干粘土球捣实至地面,粘土球填深9. 0 m。设计各降水井出水量均为10 m3/h。
观测井孔径为300 mm,井管直径108 mm,井深25. 0 m;下部10. 0 m长为滤水管。滤水管眼直径15 cm,采用梅花形排列,孔隙率大于20%,外壁垫钢筋骨架包尼龙网缠铁丝。井管壁与井孔壁间填滤料,滤料为直径1 mm~3 mm的石英砂,滤料填深12. 0 m。滤水管之上为实钢管至出口,实钢管管壁与井孔壁间用风干粘土球捣实至地面,粘土球填深13. 0 m。
降水井成井后应进行洗井并进行试抽,以检验单井出水量。试抽24 h后出水口水中的含砂率应小于1/100 000。
8 降水监测及应急措施
本站基坑分大部明挖法施工,局部盖挖顺作2个开挖段,同时有盾构施工井开挖段,在3个开挖段的基坑边设置4个水位观测孔,对水位进行监测。在降水井施工期间,对已形成的降水井的水位,每天观测1次~2次;降水前期对水位、流量及含砂量每天观测1次~2次;降水中期每天观测1次;降水后期每7 d~10 d观测1次,雨天加测水位。将每天观测的水位及流量结果进行整理,绘制Q—t和s—t关系曲线,分析水位下降的趋势及流量变化,预测地下水位降低到设计深度的时间和确定抽水泵的安装与数量调整。同时对周边建筑物进行沉降观测,一旦发现问题,可采用回灌方法,提高建筑物附近的地下水位,减少建筑物的沉降量。
9 建议
应做好地表水体疏排工作,防止大面积地表水汇入坑内。基坑开挖应尽量避开雨季或丰水季节,雨季会使地下水位上升,影响坑壁的稳定。因此,需做好基坑内的排水工作,保证基坑在开挖期间能获得干燥的作业空间。
参考文献:
[1] JGJT111-98,建筑与市政降水工程技术规范[S].
[2] JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].
[3] JGJT8-97,建筑变形测量规程[S].
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