1、 降水工程施工方案第一节 工程概况一、场区地下水情况第一层上层滞水，埋深-3.24-4.46m,水位标高41.2742.48m，分布于上层杂填土中；第二层层间潜水,埋深-15.50-15.80m水位标高30.1830.48m,分布于标高28.1630.17m以上的细砂层1和卵石层中。含水层厚度约2.0m；第三层承压水,埋深-17.15-17.59m,水位标高28.6128.85m,存在于22.2826.64m以下的细砂1及卵石层中。含水层厚度约16.0m,承压水头约26.70m；第四层也是承压水,分布于-47.80m以下的细砂及卵石层中；地层组成及地质水文情况详见本工程勘察报告、地质水文报告。2、二、基坑开挖标高及受地下水位影响情况1. 中心建筑椭圆形基坑,主要开挖标高:-27.00m、-33.60m和-43.00m,受第二层潜水、第三层承压水的影响,-33.60m和-43.00m,受第四层承压水水头压力的影响。2. 南侧建筑主要开挖标高-8.00m、 10.00m及-18.00m,其中-18.00m受潜水影响，其他部位受上层滞水影响。3. 北侧建筑主要开挖标高12.0，仅受局部上层滞水影响。三、降水工程特点1. 超常深基坑开挖降水;中心建筑-27.00m、33.60和43.00，降水深（幅）度14.00、19.00m和23.00。是目前国内最深、最大的城市建筑基坑降水工程。2. 基坑3、进入承压水层，计算基坑出水量最大。 本工程中心建筑进入承压水层7-14m，最深23.00m，由于开挖范围大，水位降深大，渗透系数大（200300m/d），如全部采用常规降水，总出水量高达20万m3/d.如-43.00m基坑采用帷幕降水，其他部分采用常规降水，出水量也达10万m3/d，是单体建筑基坑降水计算出水最大的工程。四、特殊的工程地理环境及降水方案的选择与评估1. 本工程位于天安门广场西侧，是全国政治文化中心，中心建筑基坑开挖边线东距人民大会堂90余米，场区北临长安街及地铁复八线，西面和南面都是密集居民区和商业区，特殊的地理位置，使超常深基坑降水，对周围环境产生的影响十分重要，必须作到万无4、一失。2. 根据降水工程的特点和难点，经过精心设计，反复论证，提出了多种降水方案，进行优化选择。其中对如下两个降水方案进行了重点讨论。第一种方案：-43.00m台仓基础采用地下连续墙帷幕降水，其他部位采用桩、锚支护常规降水。此方案具有工期短、造价低，且可以采用分步、分期降水、地下水回灌等新技术，减少出水量及对周围环境的影响，是一个挑战性的降水方案，但需经过大量降水设计参数的采集试验；对周围环境的影响也需经过权威专家评估，这在短短的投标期间是不可能完成的。第二种方案：选择了中心建筑基坑采用地下连续墙帷幕降水，其他部位采用常规降水的安全、稳妥的降水方案。经专家评估确认，选用第二种降水方案。第二节 5、主要降水方法一、基坑降水方案以基坑部位、降水方法、地下水类型划分，分别采用中心建筑地下连续墙帷幕降水，南侧建筑-18.00m基坑管井井点降水、上层滞水渗井井点降水和减压井及回灌井（见附基坑降水方案一览表 1-2-1）。1. 中心建筑地下连续墙帷幕降水：1) 基坑周围采用落地式地下连续墙，在进行边坡支护的同时形成降水帷幕，阻止地下水渗入基坑，防止降水漏斗对周围环境产生影响。2) 坑内降水井布置在基坑内，井孔直径600mm，井管为325mm钢壁管和桥式滤管，井孔与井管间填48mm滤料。由地下连续墙顶标高开始打井，井深约25.00m。3) 降（抽）水井布置在地下连续墙帷幕周边肥槽内，井中距连续墙外皮6、1.80m，井距25.00m，预计在基坑内布置降水井22口，台仓内也布置降(抽)水井2口。4) 井内安装扬程大于30m，出水量20m3/d的潜水电泵。5) 坑内降（抽）水井要随挖土的深（高）度，逐节拆除直至坑底标高以上1.0m。肥槽回填土时,如需保留部分降（抽）水井,再进行接井。6) 坑内降水井的排水管道为200mm钢管，设在地下连续墙顶部，还要设置集水箱进行二次提水至地面。2. 南侧建筑-18.00m管井井点降水：1) 中心建筑南侧东西长约80m，南北宽约40m，基坑底标高-18.00m，采用桩锚支护不能隔水，因此，须采用管井井点降水。本基坑要求将潜水全部疏干,因此,降水井进入承压水,采用抽7、渗结合,抽吸少量承压水,利用水头高差，加速潜水渗入承压水层.经计算出水量约2200m3/d（详见基坑降水计算书），因承压水位随季节年变幅约3.0m，除冬季外可自渗至下层。2) 管井降水井，井孔直径f600mm井管f300mm水泥砾石管，为增加孔隙率，潜水层底标高下，安装2m长的钢板网过滤器（水泥砾石管孔隙率约15%，钢板网过滤器约60%），以加速层底残余潜水流入井内。3) 管井降水井有由- 8.00m开始打井，井深20.00m，井距7.50m，布置在东、西、南护坡桩外侧，井中距桩外皮1.30m ,共布置降水井23口，注意降水井要布置在护坡桩后面，防止被锚杆击穿。4) 降水井井内安装扬程大于308、m，出水量5m3/d的潜水电泵，要用调整出水量及降深,防止过多抽吸承压水。5) 地面排水管为150mm钢管2-3排，抽出的地下水经沉淀箱后部分排入临近的市政管道内。3. 减压井及回灌井:1) 台仓坑底标高-43.00m,已进入粉质粘土层, 因本工程勘察报告未提供-47.80m以下的地层组成及其他水文地质参数,参考地铁复八线有关资料进行了验算并提出减压井方案;经验算,坑底有被承压水顶穿的可能,因此须采用减压井抽水,降低承压水头约16.0m,方可保证基底安全。2) 经计算,台仓承压水头降低16.0m,总出水量约25000m3/d,水头稳定后维持出水量约18000 m3/d。据此,在台仓周围布置169、口减压井(其中两口同周边减压井重合，详见基坑降水井点平面布置图)。3) 根据本工程的勘察报告,-33.60m的坑底也有被第四层承压水顶穿的可能,为稳妥安全,在基坑周边地连墙内侧也设减压井,两口坑内降水井间布置一口减压井,由-12.0m开始打井。共布置周边减压井20口。连同台仓共布置减压井36口。减压井布置在周边是为了便于抽水。4) 减压井井孔直径f600mm，井管为f325mm钢管，其中井底以上12.0m为桥式滤管，其余为钢壁管。井孔与井管之间、滤管部分填48mm滤料，粉质粘土层范围内用粘土球止水，其他部位填混合料。5) 减压井内安装扬程大于150m，出水量80m3/h的潜水泵。6) 周边减压10、井由-12.00m开始打井，井深44.00m，台仓减压井起始标高为-20.00m，井深36.00m，要随着挖土深度逐节拆至坑底标高+50cm。7) 抽出的地下水经f300mm排水管及二次扬水装置排入地面回灌井，及市政雨水或污水管道。8) 减压井封井采用填碎石,压灌水泥浆法。9) 由于减压井出水量较大，采用回灌方式将水回灌地下。回灌井采用“深抽浅灌”，即减压井抽第四层承压水，回灌至第三层和第四层承压水层内。10) 回灌井井孔直径f700mm，井管为f325mm钢管和桥式滤管，井深85m，其中-35.00-85.00m为桥式滤管，周围填48mm滤料，035.0m为钢壁管，井孔与井管间填红粘土止水。11、回灌井管边侧绑一根f50mm,长60m测水管,观测回灌水位。11) 地铁复八线天安门西站构造相同的回灌井，平均单井回灌量约4000m3/d，本工程单井回灌量按3000 m3/d计算，6口回灌井平均每天回灌15000 m3/d（扣除回扬井），回灌台仓减压井出水量约80%。12) 为保持单井回灌量，回灌井每七天回扬一次。13) 回灌井6口，布置在南侧建筑的东侧和西侧各3口，要布置在远离基坑锚杆区的地段，防止被锚杆击穿。 周边减压井因暂缺设计参数,暂不布置回灌井。应当指出的是,业主暂未提供-47.86m以下的地质水文资料,开工前要进行详勘,根据详勘资料进行设计与校核，因此，减压井及回灌井的数量有可能12、增加或减少。基底稳定验算及减压井出水量计算详见后附“基坑降水设计计算书”。4. 上层滞水渗井井点：1) 上层滞水存在于-3.24m-4.46m的杂填土内，水量因补给源而异，可利用地层的组成特点，利用渗井将杂填土、粉质粘土夹层穿透，使上层滞水导入下层细纱和卵石层消散。2) 渗井井孔直径f300mm，井深不小于12.00m，井孔内填24mm滤料或水洗粗砂。3) 渗井井距1.53.0m，根据滞水量确定，出水量较多时1.50m，反之3.0m，如水量极少可不布置渗井井点，计划布置渗井约 300 个。4) 当出水量大，自渗效果不明显时，可在渗井内安装f50mm井点管，配备射流泵箱及排水总管进行强制抽水，每13、20个井点配备一台射流泵箱。5) 滞水量很大，分布集中时，要挖探坑，寻找补给源，如为管道漏水要堵漏治理，切断补给源是治理滞水最好的办法。5. 在基坑坑边，布置f127mm水位观测孔10个，其中观测承压水位6个(30m深)，观测潜水位4个(20m深)用减压井观测第四层承压水位。位置见图 1-2-1 基坑降水井点平面布置图。6. 坑内钢管井降抽水井、水泥砾石管井、减压井、回灌井及水位观测孔，构造及止水位置，详见图 1-2-2 各类管井构造简图。7. 沉降观测点布置见第九章工程测量方案。二、降水施工1. 管井施工： 管井包括-18.00m内管井井点,坑内抽水井、减压井以及回灌井。1) 管井降水施工工14、艺流程： 放线定井位挖泥浆沟（坑）埋设钢护桶井机就位成孔下井管填滤料封井洗井安装排水管装泵抽水2) 打井采用泵吸反循环钻机，自造浆护壁，地下有旧房基或卵石粒径过大时可采用CZ-22冲击钻。3) 成孔后立即下井管，钢管井接头要焊牢，并包塑料布，水泥砾石管要用竹片夹牢、绑紧，防止弯曲或脱落。4) 填滤料要从井孔四周均匀回填，防止将井孔挤偏。水泥砾石管要加井盖。5) 洗井采用空压机气举法，要从井底逐节，逐层吹洗，将井底泥砂吹净，洗出清水为止。6) 潜水泵用钢丝绳吊在井内，置泵标高为坑底设计标高下4.50m，根据出水量及降深调整置泵位置，直至达到降水要求。7) 管井水泵分别连接与出水口径相匹配的橡胶管15、，与地面排水管相连。2. 渗井井点施工：1) 渗井钻孔（井）采用长螺旋钻机，滞水量大，塌孔严重时采用门式正循环钻机。2) 成孔（井）后立即填滤料，防止塌孔，缩径，影响渗水效果。3) 大型机械难以就位的地段，可采用套管法成孔。4) 渗井内安装井点管，按照轻型井点工艺要求和规程施工。3. 水位观测孔采用SH30地质钻套管法成孔。4. 降水井和减压井的水泵要保持昼夜连续运转，防止因停泵，使水位上升，造成“涌槽”事故，为此采取以下措施：1) 每面分电闸箱，接水泵不多于3台，每台水泵用一个电插销。2) 现场准备300KW柴油发电机组。3) 专人巡查，发现停泵立即处理。第三节 基坑降水对周围环境的影响基坑16、降水对周围环境产生的影响，主要是地下水下降引起的地层压缩固结，产生地面沉降和大量抽取地下水造成资源超长开采以及打井及回灌井造成的水质污染。一、地面沉降的预测1. 潜水分布于标高28.1630.17m的细砂和卵石层中，含水层厚约2.0m，因砂卵石层压缩模量很大（60120Mpa），用S=H0P/E1-2计算降水引起的沉降量极小，其降水影响半径R=2S（HK）1/2=2x1.8x（2x250）1/2=80.00m，对重要建筑物不会构成影响。2. 承压水由于含水层厚度大，影响范围也较大，人民大会堂及地铁复八线天安门西站均在影响范围之内，其中地铁复八线及天安门西站持力层就在位于容易因降水产生固结沉降的17、粉质粘土层，且地基沉降尚未稳定，为此我们将挖深及降深都较大的中心建筑采用地下连续墙帷幕降水，就防止了基坑降水对其产生的影响。 基坑南侧建筑-18.0m 基坑采用管井井点降水，由于排降的潜水降深小，其北侧有帷幕墙，东西侧设回灌井,不会因降水而对周围环境造成影响。3. 减压井抽降的是-50.00m以下的第四层承压水头,即使降低16.00m,水头仍在第三层承压水,即不排降第三层承压水,不会引起粉质粘土层的固结沉降,且采取回灌及地连墙加深等措施,因此,降水都不会引起地面有较大沉降。二、防止因基坑降水引起周围地面沉降的措施 除采用帷幕止水及回灌外，还应采用以下措施:1. 保证降水井、回灌井成井质量，井管18、接头要接牢，接缝缠塑料布，滤料符合设计要求，使管井排降水含砂量控制在1/100000。2. 采用分次降水，即边打井边洗井边抽水，用调整泵深来调整控制降水深度，以使水位缓缓平稳下降，因剧烈水位下降会增加沉降量。3. 保持连续抽水，防止水位忽起忽落，因水位反复起落每次都会产生固结沉降，次数愈多，叠加沉降愈大。4. 在现场周边及主要建筑物设置沉降观测点，定期对其进行沉降观测，发现异常立即采取措施处理。5. 水位观测孔观测频率为：基坑开挖阶段,水位每天一次；进入土建结构施工阶段,水位每周三次。地面沉降观测点观测频率见测量方案。三、水资源保护措施1. 台仓减压井出水量的80%通过回灌井回灌地下。2. 回19、灌井密封，防止污水流入，每次回灌都要请有关部门进行水质化验，符合回灌要求时方可回灌。3. 打井原土自造泥浆护壁，封井止水采用自然红粘土，洗井用气举法，不得使用化学剂。第四节 主要机械配备及施工进度一、基坑降水主要施工机械配备及插入施工时间1. 正式挖土前三天，配备长螺旋钻机2台，正循环钻机2台，进行渗井施工，每天可完成渗井50口。连续作业6天可完成全部渗井。2. 中心建筑地下连续墙完成1/3时，立即插入坑内打坑内降水井和周边减压井，配备泵吸反循环钻机8台，每天成井4口，连续作业6天可完成，注意必须先做地下连续墙，再打降水井，防止地下连续墙施工泥浆堵塞降水井。要边打井边进行坑内降水井的水泵安装和20、排水管组装，抽水7天后即可挖土。3. 台仓减压井配备反循环钻机3台,每天成井3口，连续作业6天可完成全部台仓减压井。4. 南侧-18m基坑管井同护坡桩施工平行作业，护坡桩成桩后，立即插入打降水井，泵吸反循环钻机4台，每天成井4口，连续作业5天可完成-18.00m基坑管井边打井，边进行水泵管道组装，群井抽水7天后方可挖土。5. 回灌井采用泵吸反循环钻机5台，每天平均打井2口，6口回灌井共打3天，安泵组装管道5天共计8天，原则上，除渗井需提前插入外，降水工程见缝插针、不占工期，按要求完成进度计划。综上所述,降水工程主要施工机械为长螺旋钻机2台,正循环钻机2台,泵吸反循环钻机10-12台.第五节 质21、量安全要求1. 开工前对全体职工进行技术、质量、安全交底，建立现场质量安全保证体系，作到分工明确，责任到人，确保施工质量和安全。2. 打井前要摸请地下障碍物情况，以保证施工安全。3. 保证成井质量，井孔直径，井深不得偏小，井位位移10mm，井斜百米不得大于2度。4. 滤料要符合要求，含泥（屑）量不小于5%。5. 管井降水井，回灌井抽排水含砂量不大于1/5万。6. 施工机械不得碰压降水井及供电、排水系统。7. 卵石层中承压水渗透系数大，一旦停泵，水位回升很快，降水井、减压井运行期间,必须在现场配备专用发电机。8. 土钉锚杆施工要躲避降水井，防止将其击穿。9. 遵守值班制度，夜间值班人员不得睡觉，22、防止煤气中毒及触电事故.季节性施工措施见第七章其他土建分项工程施工方案。第六节 施工准备工作1. 进行测量放线，根据打井起始标高确定井深，根据帷幕或护坡桩位置确定井位。2. 作好施工用电：打井每台钻机用电30KW，抽水用电每台水泵4-10KW，打井用电约300KW。抽水用电约250KW.3. 作好施工用水：现场设置f50自来水龙头不少于4-6个，供打井用。同市政等有关部门联系，在绒线胡同和人民大会堂西侧路指定雨水或污水井不少于 4个，以排放抽出的地下水附： 基坑降水计算书一、 基坑降水1. 由于降水最大的中心建筑采用了落地式地连墙，隔断了地下水的来源，降（抽）水目的只是抽取帷幕内原有积水，湿作23、业施工水及帷幕渗水；出水量难以确定，仅从土方要求水位下降的工期及帷幕内积水量估算确定坑内布置24口降（抽）水井，单井出水量约400 m3/d。2. 南侧-18.00m，要求潜水全部疏干，虽管井已进入承压水。用抽取承压水替换潜水，故仍按潜水完整井计算。基坑面积 A=80 m40 m=3200m 2 降水深度 S=30.50 m -28.70 m =1.80m 含水层厚度 H=30.50 m -28.50 m=2.0m 渗透系数 K=200m/d 基坑半径 r0=（A/）1/2=（3200/）1/2=32.0m 抽水影响半径R=2SKH=72m 基坑涌水量 Q=1.366K(2H-S)S/Lg(124、+R/r0)=1081.872/0.512=2113.03m3/d 由于需将潜水全部疏干，含水层又薄，采用井距7.50 m，是根据在坑边形成降水帷幕及护坡桩间距的倍数（防锚杆击穿）确定的，井深是由置泵高度和沉淀高度确定的。因此，井距、井深都不能按常规公式计算确定。用小流量潜水泵抽吸少量承压水，加速潜水下渗是根据管井抽渗结合的原理确定的。抽取承压水量 5t/h24h0.7523口=2070m3/d （其中0.75为井利用系数） 2070m3/d2113.03m3/d抽取承压水量小于潜水计算出水量。二、 台仓基坑抗渗流稳定验算： 台仓基底标高-43.00 m，已进入粉质粘土层（隔水层），这层隔水层25、的厚度与下层承压水的关系是，基坑稳定验算的重要数据，目前我方掌握两份资料，一份业主提供的地质勘察报告，另一份是地铁复八线天安门西站地层组成情况，排除两份资料在其他地层组成上的差异，就涉及台仓安全的粉质粘土层而言，业主提供勘察报告粘性土层底埋深为-47.86 m，下层承压水厚度未提供，地铁天安门西站，粘性土底标高为-50.35 m（已换算为本工程相对埋深），下面有一层厚4.40 m的砂砾石（即承压水层），再下面是粘性土层，（见附图 1-2-4地铁天安门西站地层参考示意图），承压水头标高-22.7m-23.70m（已换算为本工程相对标高）。 根据招标文件关于地质水文资料指出：“投标人有义务通过自己26、的努力核查这些资料的准确性”的精神。在业主提供的地质水文资料埋深以外的范围内参考了地铁天安门地层资料进行了基底稳定验算：1. 基底稳定验算：1) 基底涌水土层厚度 D=50.35 m-43.00 m =7.35 m2) 承压水头高度 h=50.35 m-22.70 m =27.65 m3) 涌水层土的饱和重度 rm=20KN/m34) 水的重度 rw=10KN/m35) 承压水水压力Pw Pw=rwh=10KN/m327.65 m=276.5KN/m26) 覆度重g g=D rm =7.35m20KN/m3=147.3KN/m27) 安全平衡计算:满足g=KPw判为安全,K为安全系数取1.1 27、147.3 KN/m2128.1KN/m2 安全。 以上根据“建筑基坑工程技术规范”（YB9258-97）有关公式计算，由于未考虑土的粘结力、摩擦力以及减压井释放的压力，所以计算结果是偏安全的。 根据同理,如按照本工程的地质勘察报告中粉质粘土层厚度,-33.60m基底也不够稳定,但鉴于暂缺有关地质水文参数,故只提出减压井方案,而不进行出水量计算。2. 台仓减压井计算 根据以上验算，需降低承压水头16.00 m基底方可安全。 计算参数 渗透系数 K=250m/d降水深度 S=16.00m/d降水面积 A=62m45m=2790 m2（减压井内包面积）抽水影响半径R=10S（K）1/3=2530m28、基坑半径 r0= （A/）1/2=29.80m含水层厚度M=4.40m总出水量Q: Q=2.73KMS/Lg(1+R/ r0)=48048/1.934=24834.85 m3/d单井出水量估算 g=120rsL（k）1/3 r s 过滤管半径取 =1724m3/d L过滤管进水部份取4.40m K渗透系数250m/d计算井数 N=1.1Q/g=1.124834/1724=15.85口 取16口。以上根据“建筑基坑支护技术规范”（JGJ120-99）有关公式计算，根据实际经验总出水量偏大，随着抽水时间的延续，出水量将减少1/3。回灌井是根据地铁复八线天安门西站相同构造的回灌井实际回灌量确定的。环29、境影响.超常降水，出水量影响半径都很大，采用地连墙帷幕降水，防止了对周围环境的影响。.潜水含水层薄（约2.0m），抽水影响半径约80m，砂卵石降水固结沉降小，对周围环境不会造成较大影响。布井方式.地连墙内侧肥槽内布井（包括台仓内），井距25m，共24口。.由-12.00m开始打井，井深25.00m。.沿护坡桩外侧布井，井距7.5m（护坡桩桩距倍数），共布置降水井23口。.由-8.0m开始打井，井深20m。管井类型及水泵型号.f600mm井孔，f325mm钢井管，其中滤管为桥式滤管。.20t潜水泵。.f600mm井孔，f300mm（内径）水泥砾石井管，井下10m安装长2.0m钢板网过滤器。.5t30、潜水泵。降水方法.落地式地连墙帷幕隔断潜水、承压水。.坑内设降（抽）水井，抽坑内积水及帷幕少量渗水。.管井井点利用水头差，抽渗结合降水。.管井底进入承压水，要控制泵流量。少量抽吸承压水，使上层潜水渗入。.除冬季外，水位降低有可能全部引渗。降水目的.滞水、潜水全部疏干。.承压水位，降深10-14m，最深23m。.滞水、潜水全部疏干。.降低少量承压水头。部位中心建筑（椭圆基坑）南侧-18.00m基坑.埋深浅，水量少，对周围环境很少产生影响，但对浅基民房及管线稍微有影响。.深层抽水、降水范围小，同时采用回灌措施，对周围建筑物不会产生较大影响。.出水量80%回灌地下，节省水资源。(不含周边减压井).沿31、基坑周边布井，井距1.5m-3.0m，根据水量确定，无滞水部分不布井，共打渗井约300个。.由地面开始打井，井深12.0m。.沿台仓周围布减压井16口，沿基坑周边布置-33.60m减压井20口。.回灌井布置在坑上帷幕外，东西侧各3口。.减压井由周边-12.00m,台仓-20.00m开始打井。.回灌井由地面开始打井，井深85.0m。.f300mm井孔，填2-4mm滤料或水洗粗砂。轻型井点管f50mm钢管和滤管。.轻型井点S射流泵。.f600mm井孔，f325mm钢管及桥式滤管。.80t潜水泵。.渗井将上层粘性土内滞水引渗至下层细砂、卵石层内消散。.水量集中或污水不便引渗下层时，采用轻型井点（真空井点）强制抽水。.挖探（沟）找补给源加以治理。.减压井抽水，降低承压水头。.回灌井“深抽浅灌”，将水回灌第三、四承压水层。.保持连续抽水，备发电机。.封井采用填碎石，压力灌浆。.排降上层滞水。.降低第四层承压水头约16.0m，防止台仓基底隆起。.在目前47.80m以下地质水文资料暂缺情况下,-33.60m也需打减压井。南北侧建筑（含裙房）减压井