止水帷幕结合抽排基坑降水技术

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  摘要:开挖面积大的深基坑,降水时间长,降水量大,不能满足绿色施工的要求,且降水会 对周边建筑物产生不良影响。施工中采用止水帷幕结合抽排基坑降水技术,可减少降水,避免降水对周边环境的影响,绿色环保。
  关键词:止水帷幕;坑内抽排;降水
  一、工程概况
  1.1工程规模
  姜唐湖进洪闸工程是临淮岗洪水控制工程中的骨干工程,设计洪水百年一遇水位26.9m,进洪流量2400m3/ s。共计14孔,每孔净宽12m,闸孔总宽196.82m,闸底板高程19.70m,下游抛石槽挡土墙建基面高程为6.50m,其开挖深度12.6m。
  1.2工程地质
  姜唐湖进洪闸自然地面高程为19.10~20.8m,闸址区地层主要为第四系冲、洪积地层,自上而下可分为8层,闸室持力层为第3层粉质粘土和重粉质壤土,其下第4层为轻粉壤土、夹砂壤土,第5层为细砂,其层底高程为9.00m。
  1.3水文地质
  闸址区地下水主要为存于第2层粉质壤土中的潜水和第5层细砂中的承压水,潜水位高程19.00m左右,承压水位高程在18.50m左右。
  二、选择降水方法
  2.1降水的分区
  姜唐湖进洪闸上下游之间纵向达207.750m,上游抛石槽与闸室之间开挖浅,闸底板建基面高程17.60m,验算承压水头的作用,不会造成地基突涌破坏。基础施工只需降排潜水,依据基坑粉质粘土土质,可用基坑周边挖排水沟、集水井明排。
  承压水作用验算如下:承压水高程18.50m,隔水层底高程13.00m,隔水层底面积单位面积上受到的承压水浮托力γωz应小于建基面以下隔水层的土重γz0,γ为土的湿密度,其取2.01t/m3,则地基土不会发生突涌破坏,即γωz≤γz0
  z0=(18.5-13)/2.01=2.75m,小于残留隔水层厚度3.9m。
  消力池与下游抛石槽之间挖方较深,需要同时降排地表潜水和承压水,并且降水面积大,约5.3万㎡降水深度12m,降水持续时间长。从降水费用和降水的安全性进行分析,选择降水方法。
  2.2深基坑降水
  姜唐湖进洪闸消力池与抛石槽之间是深基坑施工,有降水面积大,降水深度大,降水量大,降水持续时间长和施工干扰大等诸多特点,若按传统的井点降水法需在坑内,坑外布置较多的深井井点,抽水的管路对土方开挖和基础施工干扰较大,从而加大了降水安全性的风险,长时间连续降水运行维护费用很高。通过对费用,安全性和施工便利、工期等诸因素的权衡比较,采用在基坑周围使用水泥土截渗墙形成封闭的截水帷幕,截渗墙插入承压水层下的相对不透水层内进行止水,而不需进行连续的大量降排地下水,既保护了地下水资源,也避免大量降水对闸室结构的影响。
  三、止水帷幕水泥截渗墙的设计
  3.1止水帷幕的厚度计算
  截水帷幕的渗透系数宜小于1.0×10-6㎝/s,依据水泥土强度和渗透性之间的关系,取含水层土样做水泥配比试验,取得不同水泥掺入比和不同水灰比的水泥土料抗压强度,渗透系数,渗透破坏比降等指标。
  防渗墙的厚度δ=△H/J=11/80=15㎝
  式中△H—防渗墙两侧的水头差取18.5-7.5=11.0m
  J—水泥土计算允许渗透比降,取80(水泥土破坏比降大于200)。
  3.2止水帷幕插入深度的计算
  落底式竖向截水帷幕应插入不透水层,其插入深度可按l=0.2hw-0.5b进行计算。
  式中l—帷幕插入不透水层的深度
  hw—作用水头,取18.5-7.5=11m
  b—帷幕厚度,取15㎝
  l=0.2×11-0.5×0.15 取2.1m
  3.3基坑与截水帷幕布置
  截水帷幕尽量靠近基坑布置,从而减少截水帷幕的工程量。
  四、止水帷幕水泥土截渗墙的施工
  4.1地质复勘
  使用地质钻机复勘承压水下不透水层的层面高程,确定水泥土截渗墙底高程作为控制依据。
  4.2水泥的掺入比确定
  室内配比试验确定水泥的掺入比为15%,换算实搅每米深度的掺入量,进行控制。
  4.3施工机械与搅拌工艺
  使用BJS-Y25型三轴小直径深层搅拌机,三轴之间的轴距32㎝叶片外径38㎝,满足搅拌土体相交处的厚度大于15㎝,为保证工程质量,采取二搅一喷的工艺进行施工。
  五、基坑滞水量的计算与深井布置
  基坑内总排水量Q=V×0.7W=330000×0.7×0.33=76230m3
  V—基坑内总挖掘的土方量,取33万m3(含降水至基底0.5m以下方量)
  W—地基土每立方米天然平均含水量,取0.33m3
  由于抛石槽开挖最深,且该部分工序少,便于施工和管井的保护,将管井布置在抛石槽处的挡土墙前端1m处。
  六、深井井点的构造
  深井井点间距一般取20m,井底超降水水位6-8m,管材使用透水率不小于25%的无砂水泥管,管内径一般不小于35㎝,依据透水层的颗粒分析取用滤料和滤布的规格。该工程使用管外10㎝厚的粗砂作为填隙滤料,并且井外缠绕80目的滤布一层,做到出水不出砂,从而保证地基土层的完好。
  七、深井点的施工
  使用回转钻清水造浆护壁成孔,托盘(浮板)法安装透水井管。钻探施工达到设计深度,宜超钻0.3~0.5m,用大泵量冲洗泥浆,减少沉淀,下管后及时注入清水,稀释泥浆密度接近1.05后,投入装备好的滤料,滤料应超填2.m以上。洗井对单井的出水量影响较大,采用分级自上而下和抽停相间的程序进行抽水洗井,可取得较好的效果。
  八、结论
  实践证明,姜唐湖进洪闸采用该方法施工是成功的,最深处下游抛石槽均满足了干地施工。这种方法在城区深基坑施工中值得借鉴,可避免大量降水对既有建筑物的影响。
  参考文献
  【1】JGJ120-2012,《建筑基坑支护技术规程》【S】.北京:中国建筑工业出版社,2012.
  【2】DL/T5425-2009《深层搅拌法技术规范》【S】.北京:中国电力出版社,2009.
  【3】《井点降水设计与施工》【S】.上海:上海科学普及出版社,2004.
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