第20卷 第1期石家庄铁道学院学报Vol .20 No .12007年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE Mar .2007地铁车站深基坑降水方案设计罗利锐, 刘秀峰, 付国永(石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄 050043) 摘要:根据深基坑降水方案设计的基本原则以及工程地质、水文地质条件,介绍了合理的现场抽水试验及水文地质参数的计算方法,在此基础上分析了天津地铁沙柳路车站深基坑开挖所采用的管井井点降水方案的设计情况。
按该方案顺利地完成了基坑的施工。
关键词:深基坑;井点降水;涌水量中图分类号:T U46+3 文献标识码:A 文章编号:10063226(2007)01004804收稿日期:20061020作者简介:罗利锐 男 1982年出生 硕士研究生1 引言沙柳路车站的地下水位较高,在基坑开挖的过程中,由于水压的作用地下水会不断地渗流到基坑,如不进行基坑降水的工作,将会造成基坑浸水,使现场施工条件恶化,地基承载力下降,在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌等现象。
所以,为了确保基坑施工安全,必须采取有效的降水措施。
2 工程地质、水文地质条件沙柳路站基坑宽约22.1m ,长210m ,全长范围内有东端头井、西端头井和换承交接段三个扩展部分。
基坑北临顺驰太阳城,南挨公路。
地连墙顶标高+2.400m ,基坑底标高标准段-13.544m ,及东端头井-15.020m ,西端头井-15.440m 。
基坑深度影响范围内涉及一层潜水层和三层承压含水层:⑥3层、⑦3层和⑨3层。
其中⑥3层为粉砂,西侧标高为-15.606m 至-18.841m ,东侧标高为-15.141m 至-161712m ,⑦3层为粉砂,西侧没有,东侧标高为-23.812m 至-27.379m ,⑨3层为粉质粘土。
地连墙完全隔断潜水层和⑥3层承压水;⑦3承压含水层仅存在换乘段东侧且向北、向南尖灭,处于地连墙墙脚处,部分隔断,与⑥3层之间被10m 左右的粘土弱透水层阻隔,基本属于透镜体范畴;⑨3层位于⑦3层底,之间相隔2～3m 粘土弱透水层。
向北有延伸,向南尖灭。
3 基坑降水设计方案3.1 第一阶段试验[1]⑥3层承压水头会在施工中由抽水井降至安全水位,且由于地连墙隔断,而不担心抽水引起的基坑外地面沉降问题。
⑦3层没有完全被地连墙隔断,与之相距很近而可能水力联系密切的⑨3层更几乎完全位于地连墙底,于是抽取⑦3层承压水可能会引起基坑外地面沉降。
又工地现场左右恰好紧邻顺驰太阳城和公路,对沉降会极为敏感。
于是最好的办法就是对⑦3层、⑨3层不抽。
可是这两层承压水水头到底多高,不抽是否满足抗浮、抗突涌要求,如果水头太高或弱透水层阻隔不好,需要抽取,又该如何规划抽水量而同时降低水头和减少沉降,针对上述问题进行下面实验。
本次试验由中铁十八局集团有限公司与天津大学建工学院共同完成,试验步骤为在坑外地连墙1.5m 以远外侧安排观测孔,测明⑥3、⑦3和⑨3各承压含水层水头和潜水层水位,共钻16眼观测孔,见图1,⑥3、⑦3和⑨3承压含水层观测孔各1个(图1中已注明),地连墙外其余13个孔为潜水含水层观测孔。
观测孔管材采用P VC 管,直径50mm ,滤水段留孔眼并用120目尼龙网包扎,滤水段穿透整个观测含第1期罗利锐等:地铁车站深基坑降水方案设计49 图1 基坑降水井、降压井、观测孔布置水层,成孔后下PVC 套管,滤水段外侧填埋清洁砂滤料形成砂滤层,滤层以上填埋粘土球阻滞上层水流入管内或流入砂滤层。
试验结果显示⑥3承压含水层观测孔滤水段延伸区间为标高-15.0～-20.0m 区间,⑦3层观测孔滤水段延伸区间为标高-23.0～-27.0m 区间,⑨3层观测孔滤水段延伸区间为标高-29.0～-33.0m 区间。
潜水层观测孔滤水段延伸区间为标高2.0～-13.0m 区间,基坑突涌稳定安全验算公式为γs h ≥γH (1)式中,γs 为土的重度;h 为土层厚度;γ为水的重度;H 为承压含水层顶板以上水位高度。
⑦3和⑨3层承压水水位埋深为3.5～3.7m ,即水位标高为-1.0m 。
根据地质堪察报告,土的重度范围为18.0～22.6k N /m 3,这里为安全计取偏小值18.0。
水的重度取10.0kN /m 3。
由工程图纸可知东端头井处⑦3承压含水层顶板至基坑底为8m ,顶板以上承压水头高为24m 。
将以上数值代入安全验算公式得:γs h =144,γH =240。
所以γs h <γH ,基坑突涌稳定安全验算公式不满足,⑦3层承压水必须在施工期降低,针对⑦3层承压水的抽水试验也必须得进行。
由工程设计图纸可知东端头井处⑨3层承压含水层顶板最高处(东端头井处)距基坑底为12m ,顶板以上承压水头高为26m 。
将以上数值代入安全验算公式得:γs h =216,γH =260。
所以γs h <γH ,基坑突涌稳定安全验算公式不满足。
⑨3层承压水东端头井处必须在施工期降低。
潜水层和⑥3承压含水层由地质堪察报告可以看出完全阻隔在地连墙内上半部分,下伏10m 或以上粉粘、粘土弱透水层,且⑥3承压含水层紧贴基坑坑底并有局部穿透部分,从以上实际情况看,完全可以将⑥3承压含水层和潜水层穿透形成混合井流,这样便可节省工程造价。
东端头处承压井可同时打穿⑦3承压含水层并局部进入⑨3层承压含水层,可以兼起降低⑦3、⑨3两承压层水位和非完整井降低⑨3承压层水位有利减少沉降的作用。
天津市类似地铁基坑降潜水层一般选取井距20m ,本基坑为结合开挖支护结构空间布置需要扩大井距到24～30m ,坑内潜水⑥3层混合降水井定为18口(地连墙里边的小点),承压井2口(地连墙里边的小圈),见图1。
3.2 第二阶段试验由图1可知,沙柳路站地层内存在影响基坑开挖的承压含水层。
本试验目的主要为确定以下含水层:潜水层、⑥3半承压含水层和⑦3承压含水层的水文地质参数。
本次试验由中铁十八局集团有限公司与天津大学建工学院共同完成,试验在封闭基坑范围内复杂边界条件下进行,历时6d,根据实际条件,选取以下方法:潜水层采用Cooper 2Greene 冲击试验法;⑥3半承压含水层进行单降深抽水,用Boult on 延迟给水解分析;⑦3承压含水层进行单降深抽水试验,采用Theis 解Cooper 2Jacob 直线法和s 2lg t 半对数配线法两种方法分析。
水文地质参数的确定[2,3]。
潜水层Cooper 2Greene 冲击试验分析,实验数据见图2。
分析结果:渗透系数K =0.61(m /d ),给水度μ=0.1。
⑥3半承压含水层单降深Boult on 延迟给水解分析,实验数据见图3。
分析结果:导水系数T =1.5264(m 2/d );储水系数S =0.02。
⑦3承压含水层单降深Theis 解分析,实验数据见图4。
s 2lg t 单对数配线法,实验数据见图4。
导水系数T =0.576m 2/d,储水系数S =0.1。
Cooper 2Jacob 直线法,实验数据见图5。
导水系数T =0.734m 2/d 。
水文地质参数值,潜水层:渗透系数K =0.61m /d,给水度μ=0.1;⑥3半承压含水层:导水系数T =1.5264m 2/d,储水系数S =0.02;⑦3承压含水层:导水系数T =0.576m 2/d,储水系数S =0.1。
基坑涌水量的确定。
基坑面积约4000m 2。
潜水层厚度约17m;潜水层体积68000m 3;潜水层涌水量6800m 3。
⑥3层厚度约4m;⑥3层体积16000m 3;⑥3层水头高约17m;⑥3层涌水量8040m 3。
总涌50 石 家 庄 铁 道 学 院 学 报第20卷图2 潜水层Cooper 2Grene 冲击试验图3 ⑥3半承压含水层单降深试验图4 s 2lg t 单对数配线法图5 Cooper 2Jacob 直线法水量:14840m 3。
图6 Q =0.08m 3/m i n 时模拟结果4 降水设计数值分析根据以上抽水试验结果所提供的水文地质参数,应用有限差分方法对基坑内疏干降水进行三维数值模拟计算,分单井流量一个较大值,一个较小值提供对比。
由数值运算结果可以看出,基坑封闭范围内18眼井足以影响全部降水范围。
单井流量Q =0.08m 3/m in 时模拟结果如图6所示。
单井流量Q =0.02m 3/m in 时模拟结果如图7所示。
5 结语本工程通过对现场进行降水试验,确定了承压含水层的突涌稳定性情况以及水文地质参数的数值并提出降水设计方案,在此基础上进行了三维数值模拟计 第1期罗利锐等:地铁车站深基坑降水方案设计51图7 Q=0.02m3/m i n时模拟结果算,验证了降水方案的可行性,最后依此方案顺利地完成了基坑的开挖。
需要指出的是由于数值计算结果和理论解析解之间存在截断误差,而严密的理论控制方程和实际情况又有不可消除的差别,所以,数值模拟计算成果仅供参考。
参 考 文 献[1]姚天强,石振华.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.[2]章荣国,王愿,刘擎,等.缅甸某船坞工程现场抽水试验及基坑降水方案[J].淮阴工学院学报,2006,15(3):74278.[3]陈树林,孙蓉琳,梁杏.基坑降水工程中透水地质渗透参数的确定[J].土工基础,2003,17(3):62264.D ewa ter i n g D esi gn for D eep Founda ti on P it of M etro St a ti onL uo L i ru i, L i u X i ufeng, Fu Guoyong(School of Civil Engineering,Shijiazhuang Rail w ay I nstitute,Shijiazhuang050043,China) Abstract:I n this paper,based on the basic p rinci p le of gr ound2water l owering sche matic design f or deep foundati on p it and the conditi on of engineering geol ogy and hydr ogeol ogy,a reas onable field pump ing test and calculating method are intr oduced and a design of de watering and drainage by p i pe well point method f or deep foundati on p it excavati on of a metr o stati on in Tianjin city is p resented,based on which the constructi on of f oun2 dati on p it was successfully comp leted.Key words:deep foundati on p it;well point gr ound2water;water surging(责任编辑 刘宪福) (上接第47页)stiffness matrix.A lthough many si m p le and reas onable f or mulas of geometric stiffness matrix have been p resented before,these are only used in trusses,fra mes,and bea m s.But if these f or mulas are used in more comp licated structure syste m s,like p lates and shells,the calculati ons of geometric stiffness matrix are much confusing.So we p resent an app licati on using secant method t o analyze geometrically non2linear of structures without geometric stiffness matrix.This paper is mainly separated in three parts.First,documents retr os pect.Second,using se2 cant method t o derive for mulas.Finally,exa mp les analysis and discussi ons are p resented.Only truss syste m is dealt with in this paper,but the result can be referred t o in correlated researches.Key words:truss;geometrically non2linear;linear stiffness matrix;secant method(责任编辑 刘宪福)。