C5基坑降水设计方案.docx
《C5基坑降水设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C5基坑降水设计方案.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
C5基坑降水设计方案
一、工程概况
工程投资单位：
上海白龙港污水处理有限公司
工程设计单位：
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司
工程监理单位：
上海上咨建设工程咨询有限公司
工程施工单位：
上海城建市政工程（集团）有限公司
项目概况：
上海市白龙港污水处理厂位于浦东新区合庆镇，北至张家浜，南部边界距凌白公路约500米，东至长江大堤，西至人民塘路，本工程为白龙港污水处理厂提标改造工程BLG-C5标西南地块布置20万m3/d生物处理设施,由B1鼓风机房、B2蓄水池、B3生物反应池、B4二沉池、B5除臭装置、B638#变配电房、B7雨水泵房、T4箱涵、进水管线等组成，其中B1鼓风机房、B3生物反应池、B4二沉池、B638#变配电房采用桩基基础，工程项目总用地面积41429.05m2，总建筑面积56629m2，结构类型为剪力墙、框架结构。
部位
结构底标高m
（计算至垫层底，垫层厚度100mm）
基础厚度（mm）
开挖深度（m）
备注
B1-鼓风机房
承台底标高-0.40
承台高度800
4.8
B2-蓄水池
底板底标高2.50
板厚500
1.9~3.1
B3-生物反应池
中间底板底标高-1.80
四周底板底标高-1.95
板厚500
板厚650
6.2~6.35
B4-二沉池
底板底标高为0.45
板厚450
3.95
3—4轴间局部部位底板底标高为-2.05
B6-38#变配电房
承台底标高2.00
承台高度800
2.4
T4-箱涵
垫层底标高0.3
垫层厚100
4.1
进水管线DN3000
垫层底标高-0.5
垫层厚200
4.9
进水管线DN800
垫层底标高-2.6
垫层厚200
7
本工程主要考虑生物反应池与二沉池基坑的降水，基坑面积约42000㎡，生物反应池基坑采取二级放坡开挖，开挖面标高为6.2~6.35m，地面标高0.000m（吴淞高程4.400）。
二沉池基坑采取一级放坡开挖，开挖面标高为3.95m，3—4轴间局部加深部位开挖面标高为6.45m，地面标高0.000m（吴淞高程4.400）。
基坑剖面如下图：
周边环境：
周围建筑物情况经现场实地踏勘，本工程现场周边环境条件及现状主要表现为：
本工程基坑东侧为原白龙港老厂区，厂区内除臭设备距离本基坑为23~24米；进水泵房距离本基坑为25米；沉砂池距离本基坑为30.4米。
图1基坑东侧构筑物图2除臭装置、进水泵房
图3进水泵房水池图4沉砂池
二、降水目的
根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，本次降水的目的：
⑴加固基坑内和坑底下的土体，提高坑内土体抗力，从而减少坑底隆起和
围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
⑵减少坑内土体含水量，防止土体在开挖过程中发生纵向滑坡，方便挖掘
机和工人在坑内施工作业。
⑶通过及时疏干基坑内地下水，防止开挖过程中产生管涌、流砂等不良现象
发生，保证施工顺利进行。
三、编制依据
Ø《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
Ø《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
Ø《工程建设标准强制性条文》（2013）
Ø《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
Ø《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-2016）
Ø《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）
Ø《市政地下工程施工质量验收规范》（DG/TJ08-236-2013）
Ø《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）
Ø《上海市建设工程基坑降水管理规定》
Ø《供水水文地质手册》
Ø《基坑降水手册》
Ø江苏省地质工程勘察院
相关招标、设计资料
四、场区工程地质与水文地质条件
4.1工程地质条件
（1）地质环境
土层及岩性基本特性：
据地质勘察资料,按地基土时代成因、物理力学性质特征差异，基坑土方开挖范围内土层基本岩性特征如下：
土体参数表
层号
土层名称
一般层顶埋深（m）
比贯入阻力Ps
（MPa）
抗拔系数λ
①3
吹填土
②3-1
黏质粉土
0.60～9.80
2.21
0.7
②3-2
砂质粉土
5.00～12.30
3.67
0.7
②3夹
淤泥质粉质黏土
2.95～5.70
0.59
0.7
③
淤泥质粉质黏土
7.20～18.80
0.75
0.7
④
淤泥质黏土
13.00～24.00
0.78
0.7
⑤1
黏土
20.60～31.40
1.04
0.7
⑤3-1
粉质黏土夹粉土
28.50～38.50
1.43
0.7
⑤3-2
粉质黏土与粉土互层
31.50～40.60
2.43
0.7
⑧1-1
粉质黏土
34.00～47.50
1.63
0.7
4.2水文地质条件
（2）水文环境
由于拟建工程东侧临近长江，且浅层以粉性土为主，长江地表水是地下水重要补给源，地下水水位受长江涨落潮影响较大。
根据勘探孔揭露，拟建场地内地下水类型属第四纪松散层中孔隙潜水及微承压水、承压水。
⑴潜水
潜水主要赋存于浅部填土、黏性土、粉性土中，其补给来源为大气降水，附近有众多河流，故与地表迳流互补性较强，以蒸发排泄为主，地下水位随季节、气候的变化较大。
勘察期间测得钻孔中地下水潜水水位埋深在0.50m～4.10m，相应标高在2.30m～6.08m。
按场地地形、地貌及上海地区年平均地下水位，以不利因素考虑，高水位埋深取0.50m，低水位埋深取1.50m。
⑵承压水
根据上海市长期观测资料，承压水水头高度一般均低于潜水位，承压水水头埋深一般为3.0～12.0m，随季节呈周期性变化。
本工程基坑最大开挖深度8m，场地50m深度范围内未揭露承压含水层，故承压水对本工程基坑无影响，不需降水减压。
五、降水工程难点分析与对策
根据本工程围护结构特征和拟建场地的地质水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性更加重要。
5.1降水工程降水难点分析
（1）地质条件复杂，杂填土较厚，含水量极丰富；
（2）第
3层土为砂质土层较厚，达6米左右；
（3）本基坑面积较大，局部开挖深度较深；
5.2降水对策
由于本工程生物反应池、二沉池基坑面积大，开挖深度为3.95~6.45米不等，开挖范围内主要以砂质粉土为主。
砂质粉土的土质较差，土体含水量较高，渗透性较强，如果没有强有力的降水措施，当基坑开挖至该层土时，在水头差的作用下易发生坑壁坍塌，流砂，管涌等不良现场，对基坑开挖影响较大。
为了提高基坑的安全、可靠性，提高被动土的强度和刚度，减小围护的变形,以及我公司类似的工程降水经验，针对生物反应池宜采用真空疏干井降水的方法，针对二沉池宜采用真空疏干井+轻型井点降水的方法。
由于该基坑底在
3砂质粉土层，该层土的土体间隙水较丰富，不易疏干。
鉴于以上情况该工程管井与单（套）排井点影响半径在10.0米为宜，即按影响面积为200㎡以内考虑；
针对本工程特点，充分利用降水设计及地下水控制方面的经验，采用以下措施解决降水工程中的难点：
（1）对开挖深度约在5.0m以上的区域，开挖面位于②3层砂质粉土，考虑布置真空疏干井，用以进行降低水位、降低土体含水量；每台真空泵带3口疏干井，真空度不小于-0.05MPa。
（2）对开挖深度约3.0～4.0m的区域，开挖面位于②3层砂质粉土，考虑布设轻型井点抽水加以疏干处理。
（3）对开挖深度约1.0～2.0m区域，不考虑布设轻型井点和疏干井。
（4）开挖过程中，确保降水井的连续工作。
并有专人定时抽水，合理控制水位，确保土方的正常开挖和垫层的浇捣。
六、疏干井降水有关计算
本工程生物反应池与二沉池基坑面积约42000㎡，根据设计图纸生物反应池开挖深度为6.35米（按最大深度计算），二沉池开挖深度为3.95米，局部加深区域为6.45米，针对生物反应池采用真空疏干井降水的方法，针对二沉池加深区采用真空疏干井，另外采用轻型井点降水的方法。
按不考虑相互降水的影响，计算分析生物反应池、二沉池的降水量。
生物
反应池约25000㎡，二沉池约17000㎡
基坑抽水量的确定原则
本基坑的出水量主要包括开挖范围内抽水量与降雨量，由于对降雨量目前无资料估测，在短时期内因降雨渗入地层内的渗入量不会很大。
因此，本次对基坑的抽水量确定、井数设计与抽水泵的选择只考虑地下潜水的储存量，对于降雨量的排出，采用明排水的施工措施来解决。
6.1疏干井分析计算
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。
坑内疏干井数量按下式确定：
n=A/a井
式中：
n—井数（口）；
A—基坑需疏干面积（m2）；
a井—单井有效疏干面积（m2）；
6.1.1疏干管井数量的估算:
估算公式:
n＝A/a井
式中:
n:
井数，口;
A:
基坑降水面积，㎡;
a井:
单井有效抽水面积，200㎡。
即：
n=A/a井
在避开坑内加固和支撑位置，保证每个区域均能采用降水井进行有效降水，实际布设125口降水井；
为了正确指导疏干井的运行和实时监测潜水水位，要在基坑内布设2口潜水水位观测井。
故本工程疏干井共布置125口，潜水水位观测井2口。
6.1.2基坑内抽水量的估算
假设条件，基坑外侧的地下水不能流入基坑内;当基坑内降水后其土层中原含水量降低5%～30%。
（经验值取20%）
则Q＝V×（O.05～0.3）×W＝A×S×（O.05～0.3）×W
式中：
Q：
基坑内储水量，m3;
V：
基坑内总的潜水储水量，m3;
A：
基坑面积，㎡
S:
基坑降水深度（S＝开挖深度十降水至基底lm-原地下水位埋深0.5m），m;
W:
开挖范围内土层的平均含水量（％），取30％
由上述参数计算地下水抽水量如下;
即：
基坑：
Q＝V×20%×W＝A×S×20%×W=25000×（6.35+1-0.5）×20%×30%=10275m3；
6.1.3坑内降水井单井出水量按基合德公式计算
单井出水量q=2πrL
式中：
q：
单井出水量，m3/d;2r:
井直径，0.273m;
L:
井壁实际进水面的长度，取10m;
则q=2πrL=8.6m3/d
6.1.4坑内降水井抽水天数计算：
计算公式：
T＝Q/nq
式中:
T:
抽水天数；Q：
基坑储水量
n：
疏干井数量q：
单井出水量
即:
基坑:
T＝Q/nq=10275÷（125×8.6）≈10天；
从以上计算结果可知：
当疏干井全部开启抽水时，约10天后能将基坑内的地下水降至坑底下1米，故上述井数的布置完全满足基坑开挖施工的要求。
6.2轻型井点分析计算
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。
坑内轻型井点数量按下式确定：
n=A/a井
式中：
n—井数（套）；
A—基坑需疏干面积（m2）；
a井—单套有效疏干面积（m2）；
6.2.1轻型井点数量的估算:
估算公式:
n＝A/a井
式中:
n:
井数，单套;（每单套按10根井点管计）
A:
基坑降水面积，㎡;
a井:
单井有效抽水面积，200㎡。
即：
n=A/a井
在避开坑内加固和支撑位置，保证每个区域均能采用降水井进行有效降水，实际布设85套降水井点管；
6.2.2基坑内抽水量的估算
假设条件，基坑外侧的地下水不能流入基坑内;当基坑内降水后其土层中原含水量降低5%～30%。
（经验值取20%）
则Q＝V×（O.05～0.3）×W＝A×S×（O.05～0.3）×W
式中：
Q：
基坑内储水量，m3;
V：
基坑内总的潜水储水量，m3;
A：
基坑面积，㎡
S:
基坑降水深度（S＝开挖深度十降水至基底lm-原地下水位埋深0.5m），m;
W:
开挖范围内土层的平均含水量（％），取30％
由上述参数计算地下水抽水量如下;
即：
基坑：
Q＝V×20%×W＝A×S×20%×W=17000×（3.95+1-0.5）×20%×30%=4539m3
6.2.3坑内单根井点管出水量按基合德公式计算
单根井点管出水量：
q=πdL
式中：
q为单井允许最大出水量（m3/d）；
d为滤管直径（m）；
L:
井壁实际进水面的长度，取4m;
则q=3.14×0.048×4≈0.6m3/d
即每套出水量为6m3/d
6.2.4坑内降水井抽水天数计算：
计算公式：
T＝Q/nq
式中:
T:
抽水天数；Q：
基坑储水量
n：
疏干井数量q：
单井出水量
即:
基坑:
T＝Q/nq=4539÷（85×6）≈9天；
从以上计算结果可知：
当轻型井点全部开启抽水时，约9天后能将基坑内的地下水降至坑底下1米，故上述井数的布置完全满足基坑开挖施工的要求。
6.3总工作量及平面布置
6.3.1整个工作量计划如下表所示：
井类型
数量（口/套）
孔径（mm）
井径（mm）
滤管长度（m）
井深（m）
填砂量（口/m3）
备注
坑内疏干井
137
650
273
7
12
2.45
坑内疏干
观测井
4
650
273
7
12
2.45
潜水观测
坡顶井点
10
200
48
1
6
0.15
坑内井点
75
200
48
1
6
0.15
坑内疏干
6.3.2基坑降水平面图、剖面图：
详见附图
7、降水施工进度
本基坑降水分项工程进度计划：
暂定从2018年3月5日~2018年4月5日，计划天数30天，根据实际情况做相应调整
八、管井、轻型井点施工工艺
8.1工艺流程示意图
8.1.1深井成井工艺
8.2设备选型
本工程降水井钻孔直径为φ650mm，井径φ273mm,成孔深度12米，钻井设备选用8QZJ－160高效轻型水井工程钻机，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，根据施工经验，使用这些钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。
8.3施工技术要求
8.3.1准备工作
合同签订后，即开始施工部署，首先组建项目经理部，落实材料和人员，合理安排人财物，与甲方、监理及工地上各相关单位保持密切协作。
成井期间计划投入3台钻机施工，确保工期内完成。
8.3.2主要机械设备、材料
8.3.2.1主要机械设备：
1、钻机（包括全部附属工具）
3台
2、泥浆泵（1PN或其他型号）
3台
3、排污泵（3″农用污水泵）
3台
4、电焊机（BX-300）
3台
5、深井水泵（QY3-36-1.1）
85台（10台备用）
6、真空泵（JSJ-60）
28台（1台备用）
7、7.5kw离心泵（3BL-9）
28台（1台备用）
8、配电箱（附电线）
9、7.5KW空压机（1.0m3）
按需
1台（洗井用）
10、滤网采用外包孔眼为1~2mm滤网，2~3m
按需
用电量估算：
成井阶段共配备钻机（包括全部附属工具）3台，泥浆泵（1PN泵或其他型号）3台，排污泵（3”农用污水泵）3台，电焊机（BX-300）3台； 深井水泵（QY3-36-1.1）电动机功率为1.5KW，85台；7.5kw离心泵（3BL-9），28台（1台备用）；7.5KW空压机（1.0m3），1台。
计划30天内完成布置、洗井。
整个降排水系统用电量为：
（85*1.5+57*7.5+12*3）=591Kw。
为预防计划停电、临时停电和突然停电，拟配备自备发电机（150KW）2台
8.3.2.2主要工程材料：
Φ273钢板井管（壁厚疏干井为4㎜），钢丝真空管，水带、潜水泵、真空泵等。
专人负责进料，工程师核定，确保井壁管、过滤管、填砂、粘土等材料的质量。
材料不到位，质量不符合要求不能开钻。
8.3.3进出场、定位、埋设护孔管
由甲方提供“三通一平”，钻机进场。
钻井井位确定后应由甲方或监理签字认可，基础牢固，应放在硬粘土或碎石道渣上。
钻机安放稳固、水平、护孔管中心、磨盘中心、大钩应成一垂线。
埋设护孔管要求垂直，并打入原状土中10-20cm，外围用粘土填实夯实，井管、砂料到位后才能开钻，钻孔孔斜不超过1％（对转盘采用水平尺校平），要求整个钻孔孔壁圆整光滑，钻进时不允许采用有弯曲的钻杆。
8.3.4钻进清孔
钻进中保持泥浆比重在1.1～1.2，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生一次弯曲，特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。
每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后应彻底清孔。
在成孔过程中，泥浆池应定期清理废浆并及时对泥浆进行外运，泥浆外运由专业单位进行运输，运输距离30KM。
8.3.5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，每节井管的两端口要找平，其下端有45度坡角，焊接时二节井管应从二个方向找直，并有二人对称焊接，确保焊接垂直，完整无隙，保证焊接强度，以免脱落。
为了保证井管不靠在井壁上和保证填砂厚度，在滤水管上下部各加一组扶正器4块，保证环状填砂间隙厚度大于185mm，过滤器应刷洗干净，过滤器孔径均匀且不小于1cm，外包一层30～40目滤网。
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。
井管到位后下钻杆泥浆稀释到1.08左右，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。
8.3.6填滤料
稀释泥浆比重在1.08后关小泵量，将中粗砂徐徐填入，并随填随测中粗砂顶面的高度，不得超高,填砂高度严格按设计图纸进行。
井管下入后立即填入滤料。
滤料应具有一定的磨圆度，滤料含泥量（包括含石粉）≤3%，粒径2～4mm。
填砾料时，滤料沿井管外四周均匀填入，宜保持连续。
要避免填料速度过快或不均造成滤管偏移及滤料在孔内架桥现象，洗井后滤料下沉及时补充滤料，要求实际填料量不小于95%理论计算量。
8.3.7止水
在填滤料顶部填2.0m厚的优质粘土填实，一直填到地面，才能开始空压机洗井。
8.3.8洗井
疏干深井采用空压机洗井方法，要求洗井到水清砂尽为止，确保洗井质量。
采用空压机抽水洗井（空压机抽水洗井，吹出管底沉淤）：
其原理如下，当压缩空气通过进气管通到排水管下部时，排水管中变成气水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度，这样管内外产生压力差，排水管外的泥水混合物，在压力差作用下流进排水管内，于是井管内就变成气、水、土三相混合物，其密度随掺气量的增加而降低，三相混合物不断被带出井外，滤料中的泥土成分越来越少，直至清洗干净。
当井管内泥砂多时，可采用“憋气沸腾”的办法，即采取反复关闭、开启出水管上的气水土混合物的阀门，使井中水沸腾来破坏泥皮和泥砂滤料的粘结力，直至井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止，或用潜水泵直接洗井，洗井时间一般为4～6小时。
洗井应在下完井管、填好滤料后立即进行，一气呵成，以免时间过长，护壁泥皮逐渐硬化，难以清除，影响渗水效果。
绝不允许搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。
洗井冲除尘渣，直到井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止。
8.3.9下泵抽水
疏干井：
成井施工结束后，试抽水，深井潜水泵安放在离井底1m的位置。
1）抽水试验方法
拟采用承压非完整井稳定流抽水试验的方法，进行两次降深的抽水试验；
2 ）涌水量及水位变化
在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一定范围内波动，而且没有持续上升或下降的趋势。
当水位降深小于10m，水位波动值不超过5cm，一般不应超过平均水位降深值的1％，涌水量波动值不能超过平均流量的3％。
3 ）观测频率及精度
（1） 水位观测时间在抽水开始后第10~30min进行观测，以后每隔1h观测一次，稳定后可延至3h观测一次。
水位读数在抽水井中精确到厘米（cm），在观测井中精确到毫米（mm）；
（2） 涌水量观测应与水位观测同步进行；水表读数应准确到0.001 m3；
4）恢复水位观测要求
停泵后立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同。
若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。
试验结束后参考相应施工数据，确定管井的孔深，过滤器的长度等。
有必要时根据现场实际情况调整。
8.4成井施工控制表
序号
检验项目
质量标准
检查方法
成
孔
阶
段
井位
<500mm
经纬仪、钢尺
孔深（mm）
±500mm
测绳、钻杆
垂直度
1%
水平尺
井径
>650mm
测量钻头
泥浆比重
1.15-1.20
比重计
沉渣厚度：
≤300mm
测绳
成
井
阶
段
泥浆比重
1.05-1.08
比重计
井管及滤管长度
±500mm
钢尺
填砂厚度
+1000mm
测绳
粘土厚度
+1000mm
测绳
洗井
出水变清
目测
抽
水
安装泵
±5m
钢尺
水位
±20mm
水位计
流量
±2m3/h
泵流量
8.5轻型井点施工工艺
8.5.1主要施工工艺流程
8.5.2准备工作
轻型井点的施工准备工作首先是需要根据工程的情况特点和地质条件等进行轻型井点的设计计算，根据计算结果准备所需的井点设备、动力装置、井点管、滤管、集水总管及必要的材料。
本工程轻型井点冲孔直径为200，井孔Φ48，成孔深度6米。
8.5.3 埋设井点管的程序
先排水总管再沉设井点管井点管与总管接通安装抽水设备。
8.5.4井管沉设
水冲法：
井点管的沉设一般用水冲法进行，并分为冲孔与埋管填料两个过程。
水冲法时先用起重设备将直径50~70mm 的冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压水泵（一般压力为0.6~1.2Mpa），将土冲松。
冲孔时冲管应垂直插入土中，并作上下左右摆动，以加速土体松动，边冲边沉。
冲孔直径一般为200mm，以保证井管周围有一定厚度的砂滤层。
冲孔深度宜比滤管底深0.5~1.0m，以防冲管拔出时，部分土颗粒沉淀于孔底而触及滤管底部。
在沉设井点时，冲孔是保证质量的重要一环。
冲孔时冲水压力不宜过大或过小。
另外当冲孔达到设计深度时，须尽快减低水压。
井孔冲成后，应立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。
砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利插入的关键。
一般宜选用干净中粗砂，填灌均匀，以保证水流通畅。
井点填好砂滤料后，须用粘土封好井点管与孔壁上部空隙，以防漏气。
8.5.5连接和试抽
用连接管将井点管与集水总管和水泵连接，形成完整系统。
井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查是否有漏气现象。
抽水时，应先开直空泵抽取管路中的空气在真空吸力作用下被吸入集水箱，井点真空度应≧0.06Mpa,空气经真空泵排出，当集水箱存了相当多的水时停抽，正常的排水是细水长流、出水澄清。
8.5.6井点施工允许偏差与检验方法
序号
检查项目
允许值或允许偏差
检查
升级会员 