西安地鐵三號線某車站基坑降水設計

何小亮,王志碩,胡向陽

(1.西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安 710069;2.中國水電顧問集團西北勘測設計研究院,陜西西安 710065)

西安地鐵三號線某車站基坑降水設計

何小亮1,王志碩2,胡向陽2

(1.西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安 710069;2.中國水電顧問集團西北勘測設計研究院,陜西西安 710065)

以西安地鐵三號線某車站深基坑降水工程為例,結合工程地質及水文地質條件,確定基坑降水的設計參數,介紹深基坑降水的計算方法和設計方案,總結降水施工時應考慮的因素和可能出現的問題,制定降水施工的應急預案,從而為類似的工程積累經驗。

地鐵車站;深基坑;降水設計

近年來,隨著國民經濟的飛速發展,城市建設規模不斷擴大,地下空間的開發日益受到人們的重視,且不斷向著大和深的方向發展。地鐵建設在城市地下空間開發中占據重要的位置。在地鐵建設過程中,與地鐵施工緊密相關的車站深基坑工程,大都涉及降水施工,因此如何取得正確的降水參數,制定合理的降水方案,在地鐵建設中顯的非常重要。

1 工程概況

西安地鐵三號線是西安市城市快速軌道交通線網的主骨架線路,貫穿西安四個開發區和四個行政區,形成了主城區東北至西南方向的主要客流走廊。

擬建車站軌面設計高程為 360.27m～362.42m,頂板埋深約 1.9 m,底板埋深約 11.0 m,為地下一層建筑。車站場地周圍地勢開闊平坦,無房屋和管線,擬采用放坡明挖法施工,針對車站抗浮問題,采取主體結構下設抗拔樁措施。

2 場地水文地質條件

車站場地地貌單元屬渭河一級階地,高程為 369.2 m～369.8m。地層自上而下為:第四系全新統耕植土,沖積黃土狀土、砂類土;上更新統沖積砂類土。

場地地下水類型為孔隙性潛水,平均埋深 10.4m,高程介于 359.66～359.88m之間,水位年最大變幅為 2m。主要賦存于第四系全新統砂類土及上更新統砂類土中,含水層厚度為 30 m。地下水補給主要來自大氣降水、側向徑流及農田灌溉滲漏等,排泄方式主要為徑流排泄、人工開采、潛水越流排泄等。地下水的徑流方向與區域總體地形趨勢一致,由南向北。

3 基坑降水設計方案

3.1 設計計算

(1)基坑涌水量計算

基坑長度 181.8 m,寬度 33.9 m,長度與寬度比值為5.36,小于 10,為塊狀基坑,因此選用“大井法”計算基坑涌水量。潛水非完整井基坑涌水量計算模型如圖 1所示。

圖1 潛水非完整井基坑涌水量計算模型

按圓形基坑出水量非完整井計算公式估算車站主體部分基坑涌水量 Q

基坑底進水 Q1=4kSr0

基坑壁進水

計算得:

Q1=2321.09 m3/d,Q2=30441.6m3/d;

總涌水量 Q=Q1+Q2=32762.69m3/d。

(2)降水井深度計算

H≥H1+H2+I×r0+l+l0

式中:

H為降水井深度,m;H1為基坑開挖深度,11m;H2為降水水位距基坑底的深度,1 m;i為降水曲線坡度,0.1;r0為基坑等效半徑,60.4 m;l為過濾管長度,10 m;l0為沉淀管長度,2m。則降水井的深度 H=30m。

(3)單井出水量計算

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-99)8.3.4公式計算管井單井最大出水量

q為單井最大出水量,m3;rs為濾管半徑,0.25m;K為滲透系數,35m/d;l為過濾管長度,10 m。

計算得q=3081.4m3/d。根據現場抽水試驗,在滿足降深的條件下,單井出水量為 2600m3/d＜3081.4 m3/d,滿足設計要求。

(4)降水井數量計算

井點數量 n=1.2 Q/q=16(取整)

計算時 q取 2600 m3/d;根據地區經驗,為滿足抽水需要,本工程計劃增設 4口降水井,即共布置 20口降水井,間距根據基坑平面大小及形式按 26m～30m布置。

3.2 降水設計方案

(1)降水井布置。沿基坑開挖線外側布設降水井,降水井距離基坑邊緣 2m,井間距一般為 26m～30 m,共布設 20口井。為了隨時掌握基坑水位變化,在基坑內布設 5個觀測井,深度30m。本場地以農田為主,地形平坦,無房屋和管線,對工程降水引起的地面沉降和不均勻沉降要求較低,因此本工程不設置回灌井,降水井布置如圖 2所示。

圖2 降水井平面布置圖

(2)降水井結構。井口高于地面以上 0.5m,防止地表污水滲入井內;鉆孔口徑 800 mm;成井深度 30 m;下部沉淀管接濾水管底部,直徑與濾水管相同,長度 2 m;管井類型與規格:采用水泥井管(無砂水泥礫石濾水管及細礫混凝土隔水管),內徑500mm,外徑 600mm;濾水管孔隙率不小于 15%;井管固定與連接:井管采用竹片鐵絲綁扎固定;在自然水位下,接頭采用不少于 2層 60目塑料濾網包裹封纏;管外濾料規格:采用 3mm～5 mm天然礫石,填礫厚度 8 cm～10 cm;觀測井結構與降水井相同。

4 基坑降水工程的主要問題

(1)基坑采用放坡明挖法施工,坑內主要地層為第四系全新統沖積黃土狀土和砂類土,為了避免降水施工時基坑斜坡出現滑移、坍塌等現象,應對基坑斜坡進行適當的支護,并做好排水工作,避免地面水沖刷坡面和坑內積水。

(2)場地位于河間三角地帶,地下水補給豐富,基坑下部中、粗砂均為強透水層,滲透系數大,盡管降深較小,但基坑涌水量較大。因此,為保證降水工程正常運行,應在施工區域內合理布置排水溝,能夠迅速將大量地下水排入城市管道或附近河道中。

(3)當降深不能滿足設計要求或個別降水井出現故障不能正常工作時,應加大泵量或增加水泵數量,若仍未達到設計降深,可將觀測井作為臨時降水井進行降水作業,以保證降水位達到設計要求。

(4)基坑開挖及施工過程中應委托專業監測單位對基坑變形和周邊環境進行監測,加強信息化施工,監測數據必須提交一份給降水單位,當基坑發生變形或周邊環境出現異常情況時,監測單位必須通知降水單位,從而使降水單位根據數據實時調整抽水井數以及抽水井位置。

5 結論

(1)降水是保證深基坑開挖安全的重要措施,特別是在滲透系數大、地下水補給豐富、基坑涌水量大的一級階地地層條件下,保證降水效果是基坑開挖順利實施的關鍵。

(2)應正確選擇計算參數,合理制定降水設計方案,根據現場反饋情況對方案進行動態調整,努力達到最優化。

(3)綜合考慮降水施工過程中可能出現的各種問題,制定工程應急方案,在出現緊急情況時保證工程安全。

總之,降水設計是一項理論性、實踐性很強的工作,要充分掌握場地水文地質條件,考察臨近工點的降水經驗,從而制定有效、合理的降水方案,以確保工程安全順利地進行。

[1]常士驃,張蘇民.工程地質手冊(第四版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

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[3]韓傳梅等.深基坑降水工程試驗及降水方案設計[J].地下水,2007,29(6):40-46.

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[5]王蓉.西安地鐵五路口車站基坑降水設計[J].山西建筑,2009,35(27):111-112.

Dew atering design of Deep Foundation Pit in a Station of X i'an M etro Line 3

HE Xiao-liang1,WANG Zhi-shuo2,HU Xiang-yang2
(1.Department of Geology/The Key Laboratory of Continental Dynam ics,Northwest University,Xi'an 710069,shaanxi 2.Northwest Hydro Consu lting Engineers,CHECC,Xi'an 710065,shaanxi)

The dewatering design of a station of Xi'an Metro Line 3 was taken as an examp le to tell us how to determ ine the design parameters,the calculation method and design of dewatering engineering of deep foundation pit according to the conditions of engineering geology and hydrogeology.The article discussesmany kinds of factors and existent p roblems of dewatering construction,and the emergency schemeswere prepared as the p recautions for emergencies related to the underground water.

metro station,deep foundation pitand dewatering design

P642

B

1004-1184(2011)01-0012-02

2010-08-15

何小亮(1985-),男,陜西延安人,在讀研究生,主要從事工程地質研究工作。