西安地铁三号线某车站基坑降水设计

何小亮,王志硕,胡向阳

(1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室,陕西西安 710069;2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西西安 710065)

西安地铁三号线某车站基坑降水设计

何小亮1,王志硕2,胡向阳2

(1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室,陕西西安 710069;2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西西安 710065)

以西安地铁三号线某车站深基坑降水工程为例,结合工程地质及水文地质条件,确定基坑降水的设计参数,介绍深基坑降水的计算方法和设计方案,总结降水施工时应考虑的因素和可能出现的问题,制定降水施工的应急预案,从而为类似的工程积累经验。

地铁车站;深基坑;降水设计

近年来,随着国民经济的飞速发展,城市建设规模不断扩大,地下空间的开发日益受到人们的重视,且不断向着大和深的方向发展。地铁建设在城市地下空间开发中占据重要的位置。在地铁建设过程中,与地铁施工紧密相关的车站深基坑工程,大都涉及降水施工,因此如何取得正确的降水参数,制定合理的降水方案,在地铁建设中显的非常重要。

1 工程概况

西安地铁三号线是西安市城市快速轨道交通线网的主骨架线路,贯穿西安四个开发区和四个行政区,形成了主城区东北至西南方向的主要客流走廊。

拟建车站轨面设计高程为 360.27m～362.42m,顶板埋深约 1.9 m,底板埋深约 11.0 m,为地下一层建筑。车站场地周围地势开阔平坦,无房屋和管线,拟采用放坡明挖法施工,针对车站抗浮问题,采取主体结构下设抗拔桩措施。

2 场地水文地质条件

车站场地地貌单元属渭河一级阶地,高程为 369.2 m～369.8m。地层自上而下为:第四系全新统耕植土,冲积黄土状土、砂类土;上更新统冲积砂类土。

场地地下水类型为孔隙性潜水,平均埋深 10.4m,高程介于 359.66～359.88m之间,水位年最大变幅为 2m。主要赋存于第四系全新统砂类土及上更新统砂类土中,含水层厚度为 30 m。地下水补给主要来自大气降水、侧向径流及农田灌溉渗漏等,排泄方式主要为径流排泄、人工开采、潜水越流排泄等。地下水的径流方向与区域总体地形趋势一致,由南向北。

3 基坑降水设计方案

3.1 设计计算

(1)基坑涌水量计算

基坑长度 181.8 m,宽度 33.9 m,长度与宽度比值为5.36,小于 10,为块状基坑,因此选用“大井法”计算基坑涌水量。潜水非完整井基坑涌水量计算模型如图 1所示。

图1 潜水非完整井基坑涌水量计算模型

按圆形基坑出水量非完整井计算公式估算车站主体部分基坑涌水量 Q

基坑底进水 Q1=4kSr0

基坑壁进水

计算得:

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

总涌水量 Q=Q1+Q2=32762.69m3/d。

(2)降水井深度计算

H≥H1+H2+I×r0+l+l0

式中:

H为降水井深度,m;H1为基坑开挖深度,11m;H2为降水水位距基坑底的深度,1 m;i为降水曲线坡度,0.1;r0为基坑等效半径,60.4 m;l为过滤管长度,10 m;l0为沉淀管长度,2m。则降水井的深度 H=30m。

(3)单井出水量计算

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)8.3.4公式计算管井单井最大出水量

q为单井最大出水量,m3;rs为滤管半径,0.25m;K为渗透系数,35m/d;l为过滤管长度,10 m。

计算得q=3081.4m3/d。根据现场抽水试验,在满足降深的条件下,单井出水量为 2600m3/d＜3081.4 m3/d,满足设计要求。

(4)降水井数量计算

井点数量 n=1.2 Q/q=16(取整)

计算时 q取 2600 m3/d;根据地区经验,为满足抽水需要,本工程计划增设 4口降水井,即共布置 20口降水井,间距根据基坑平面大小及形式按 26m～30m布置。

3.2 降水设计方案

(1)降水井布置。沿基坑开挖线外侧布设降水井,降水井距离基坑边缘 2m,井间距一般为 26m～30 m,共布设 20口井。为了随时掌握基坑水位变化,在基坑内布设 5个观测井,深度30m。本场地以农田为主,地形平坦,无房屋和管线,对工程降水引起的地面沉降和不均匀沉降要求较低,因此本工程不设置回灌井,降水井布置如图 2所示。

图2 降水井平面布置图

(2)降水井结构。井口高于地面以上 0.5m,防止地表污水渗入井内;钻孔口径 800 mm;成井深度 30 m;下部沉淀管接滤水管底部,直径与滤水管相同,长度 2 m;管井类型与规格:采用水泥井管(无砂水泥砾石滤水管及细砾混凝土隔水管),内径500mm,外径 600mm;滤水管孔隙率不小于 15%;井管固定与连接:井管采用竹片铁丝绑扎固定;在自然水位下,接头采用不少于 2层 60目塑料滤网包裹封缠;管外滤料规格:采用 3mm～5 mm天然砾石,填砾厚度 8 cm～10 cm;观测井结构与降水井相同。

4 基坑降水工程的主要问题

(1)基坑采用放坡明挖法施工,坑内主要地层为第四系全新统冲积黄土状土和砂类土,为了避免降水施工时基坑斜坡出现滑移、坍塌等现象,应对基坑斜坡进行适当的支护,并做好排水工作,避免地面水冲刷坡面和坑内积水。

(2)场地位于河间三角地带,地下水补给丰富,基坑下部中、粗砂均为强透水层,渗透系数大,尽管降深较小,但基坑涌水量较大。因此,为保证降水工程正常运行,应在施工区域内合理布置排水沟,能够迅速将大量地下水排入城市管道或附近河道中。

(3)当降深不能满足设计要求或个别降水井出现故障不能正常工作时,应加大泵量或增加水泵数量,若仍未达到设计降深,可将观测井作为临时降水井进行降水作业,以保证降水位达到设计要求。

(4)基坑开挖及施工过程中应委托专业监测单位对基坑变形和周边环境进行监测,加强信息化施工,监测数据必须提交一份给降水单位,当基坑发生变形或周边环境出现异常情况时,监测单位必须通知降水单位,从而使降水单位根据数据实时调整抽水井数以及抽水井位置。

5 结论

(1)降水是保证深基坑开挖安全的重要措施,特别是在渗透系数大、地下水补给丰富、基坑涌水量大的一级阶地地层条件下,保证降水效果是基坑开挖顺利实施的关键。

(2)应正确选择计算参数,合理制定降水设计方案,根据现场反馈情况对方案进行动态调整,努力达到最优化。

(3)综合考虑降水施工过程中可能出现的各种问题,制定工程应急方案,在出现紧急情况时保证工程安全。

总之,降水设计是一项理论性、实践性很强的工作,要充分掌握场地水文地质条件,考察临近工点的降水经验,从而制定有效、合理的降水方案,以确保工程安全顺利地进行。

[1]常士骠,张苏民.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]张永波,孙新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社,2000.

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[5]王蓉.西安地铁五路口车站基坑降水设计[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,陕西延安人,在读研究生,主要从事工程地质研究工作。