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上海某超深圆形基坑工程及漏水处理

302 2021-01-25 11:42:03


一、工程简介及特点

上海某公司1780mm热轧不锈钢工程位于宝山区长江四路以北,在钢三路、钢四路、中央大道及热轧南路围成的区域内,是"十五"期间国家重点技术改造项目和国债专项资金贴息贷款技改项目。


旋流池北边紧邻中央大道,南邻新建的 1780mm 热轧加热炉,并与 1780mm水处理系统的厂外冲渣沟相连接,形成完整的水处理系统。


旋流池埋深33m,为一外径约 30.10m的圆简结构,简外壁为1.0m 厚地下连续墙围扩结构和0.8m 厚内衬相结合的整体复合墙体;筒内结构由上层顶板(0.2m)、中部一层泵站平台(-11.810m)、一道吸水槽及托梁(-17.910m)、内径6.5m 高约22m 的内简及池内冲渣沟组成,底板(-29.984m)厚 3.0m,属大体积混凝土。


基坑呈正"40"边形,圆井基坑支护采用地下连续端围护和内衬整体复合墙体结构.地下连续端厚为1000mm,深度51.10m.基坑直径为 28.1m,基坑开挖深度达 33.134m,地下连续墙入土系数(即地下连续墙入土深度 D与基坑开挖深度H之比)仅为0.60,地下连续墙既做围护结构又兼做地下结构的外墙,墙体既要承受水、土的水平荷载,又委承受竖向荷载,同时起防渗作用。该基坑工程突出特点有∶


(1)地下连续培成槽最深达53.0m,且基坑最大开挖深度为33.134m.为同类工程中最深的基坑工程之一


(2)基坑所处位置上部3~7m 厚的加热炉基坑新近回填土,且地下连续墙属超深,单幅施工时间长,对地下连续墙槽壁稳定性带来了不利因素,也会给基坑开挖带来安全隐患。


(3)充分利用圆形圆护结构整体刚度大,径向变形小的特点,基坑采用"半运作法"施工。基坑不设支撑.为土方开挖和结构施工创造了较大的施工空间。


(4)场地内存在两层承压水,对基坑安全影响大,需降低承压水压力以防基坑产生突涌,并通过"按需降压"的理念,动态控制承压水、减小对周边环境的影响。


二、工程地质条件

根据工程地质资料,自然地坪绝对标高约+4.44m左右,表层为杂填土,层厚 0.8~ 5.4m 不等,②层为粉质粘土,地下连续墙穿过③、④、⑤、⑤、⑦层进人⑧;层粉质粘土中;其中①、③。、④层为淤泥质粉质粘土及淤泥质粘土,均具有高含水量,高灵敏度、大孔隙比,高压缩性,是上海地区典型的饱和软弱地基土,是场区内强度及工程性能最差的上层,并具有触变和蚜变等不良特性,也是地下连续墙最易塌方的土层范围。


场区内存在两层承压含水层,上部承压含水层埋藏在⑦.砂质粉土中,该含水层埋深 28.0m左右,平均厚度2.6m,渗透系数为4×10-3~3×10~²cm/s,以上部淤泥质粘土、粉质粘土(图层编号4、⑤、⑥、⑥,)为相对隔水顶板,以下部以③、⑧∶层粉质粘土为相对隔水底板。下部承压含水层埋藏在深度 56.0m以下的粉性土、粉细砂和中粗砂<地层编号⑧、⑨,-、⑨-、⑨2)层中,该承压含水层静止水位埋藏在9.3m左右,绝对标高一4.85m,该承压含水层层顶标高一51.65m,水头高46.8m,承压水水压约 4.68kg/em,由于下部承压含水层在基坑坑底以下,水头压力大,是基坑底产生"突涌"的隐患,因此,需采用深井减压措施,通过抽汲地下水降低承压水水位对基坑底部进行加压,以防在施工过程中因承压水上扬压力的作用导致上部弱透水层的整体隆起或承压水自身发生管涌或流砂,保持坑底土体稳定,各土层的力学性能见表1。


三、基坑周边环境

基坑北侧为中央大道,是厂区生产和施工的主要干道,中央大道两侧分布有高架天然气管道(距离基坑约25m)、下水管道(距离基坑 15m)等重要管线,东侧为新建加热炉,西侧为新建的平流池、污水泵站,均为筏板基础,且沉有大量的管桩,南侧为与旋流池相连接的新建冲渣沟,均为基坑施工期间重点的保护对象。基坑开挖和承压水降水期间加强对周边环境监控,把对环境的影响控制在允许范围内。


四、基坑开挖和漏水事故

基坑开挖深度为33.134m,土方分五层开挖,结构内衬端分五段依次自上向下浇构前四段为逆作,第五段在底板浇筑后与筒内结构一起采用顺作法施工。

1. 基坑开挖工况(见基坑剖面图 2)

STEP1;分层 对称 均衡开挖至—7.70m,其后浇筑压顶圈梁和第一段内衬墙;


STEP2;待压顶圈梁和第一段内衬墙达到设计强度80%后,分层 对称 均衡开挖至一14.70m,其后浇筑第二段内衬墙;


STEP3;待第二段内衬墙达到设计强度80%后,分层 对称 均衡开挖至-20. 70m,其后浇筑第三段内衬墙


STEP4:待第三段内衬墙达到设计强度80%后,分层 对称 均衡开挖至一26. 70m,其后浇筑第四段内衬墙STEP5,待第四段内衬墙达到设计强度80%后,分层 对称 均衡开挖至-33. 134m,其后浇筑底板和第五段内衬墙 (其后顺作内部核心筒及梁板)2.险情经过5月4日凌晨,在进行第五段土方开挖时,距离坑底约800mm左右时,在地墙W1与W19接缝处,出现一口径约30cm孔洞,出现大量漏水及“涌泥”, 况比较严重,严重影响基坑的封底,及时组织对该孔洞进行封堵处理,阻止泥土的流出.以防止对基坑及周边环境造成破坏现象,控制险情的继续扩大


3. 漏水原因分析

第一层承压水赋存于 层中,埋藏在地面下28.0m左右,平均厚度2.6m,地下连续墙已隔穿该承压含水层,对基坑底部不会产生危害,但是,一旦地下连续墙由于施工等原因存在裂缝或空洞等不良现象.坑外 层承压水通过地墙上薄弱点渗漏进入基坑正是由于地墙W1与W19接缝处局部出现夹泥,造成 承压水夹带泥砂沿地下连续墙裂缝向基坑内涌入,渗流路径减小,水力坡度增大,造成坑外水土流失


4. 堵漏措施

先向口径30cm孔洞内预埋3〜4根4镀锌注浆管,端部接好注浆枪头,以防在注浆过程相互串浆,发生注浆管堵塞;再在孔洞3. 0m范围内用砂袋围坝,坝体高在2.5m以 上,以尽快的速度回填黄砂压载维持土体平衡,回填黄砂250t,当天晚上已阻止泥土的流出,控制了险情,随即向孔洞内进行压浆,直至返浆时停止注浆,此时压入水泥约40t左右,为以防万一,在坑外钻直径为11cm,深度为35.0m的3个孔,其中1孔注入约LOt聚宴酯,另2孔作为备用 在3天以后挖开砂堆后,孔洞已封堵密实,该处无渗漏,基坑继续开挖至底,没有出现任何异常情况,为安全期间,待土方挖出后凿出地下连续墙内的预埋件,焊接上钢板,在钢板与地下墙的空隙内灌满砂浆 由于处理及时 措施到位,基坑漏水情况逐渐得到了有效控制,没有对基坑以及周边环境造成危害。


五、基坑降水

由于第一层(⑦I砂质粉土)承压水采取地下连续墙侧向对其隔断,对基坑底部不会产生威胁 第二层承压水位于粉性土 粉细砂和中粗砂(地层编号 3 ⑨I -2 ©2)层中,该承压含水层静止水位埋藏在9. 3m左右,绝对标高一4. 85m左右,但根据抽水试验期间对承压水静止水位的追踪观测,承压水水头绝对标高一6.20m,该层承压含水层层顶标高一51. 65m,水头高45.45m,水头高,压力大,水量丰富,将会威胁基坑的安全。


1.基坑抗突涌验算

基坑直径28.1m,基坑深度33.134m,坑底绝对标高一27.684m,依据承压水突涌计算基坑底下隔水顶板土体最小厚度理论公式:


依据公式(2),n-Q/g(干扰井群单井出水量(m²/d))计算n=11.83,取值 12,考虑到基坑施工工期长,基坑安全等级高,地质情况复杂,应设一口备用井,设计降水井数量13 口,故有1.15的安全系数 但通过抽水试验发现,按照上述公式计算的基坑涌水量过小, 为下部承压含水层,主要含水段为 2,即为中粗砂层,该层段水量丰富,渗透系数好,渗透系数可达36.76m/d。通过QS关系分析,呈直线型关系,表明该含水层所具有典型特性 根据这种直线关系,可知群井抽水水位每降深1.0m,所对应的流量2200m3/d,水位降深值超过设计6. 5m,达到7.02m,满足封底要求。


3.减压井布置与构造

降水井以基坑为圆心,以23.0m为半径,在144.4m长的圆周上等间距布置13 口减压井 抽水井开孔 终孔直径均为900mm,孔深88. 4〜91. 7m,井管为325mm的钢质焊缝管,过滤管长15m,沉淀管1.0m,滤管为穿孔 垫筋 缠丝过滤器,过滤头设置48mm垫筋骨架,外缠10号钢丝,丝距0.75〜1mm,孔隙率30%, 过滤管包扎材料为60目尼龙细纱一层,方格铁丝网一层;自孔底至孔深50m环填石英圆砾,以形成良好的过滤层,在中粗纱层段填1〜3mm和3〜5mm混合砾料,在粉细砂及以上粉性土层填1〜3mm砾料,孔深50m以上先环填5.0m粘土球,粒径3〜5cm,其后填粘土至孔口,以进行管外封孔;在基坑外围距离基坑中心17.24m、71.42m、92.98m分别布置水位观测孔,孔深89.0〜90.0m,孔径500mm,管井DN50mm焊接钢管,每根6m,过滤管长度10m,沉泥管长度Im,过滤管钻20mm圆孔,过滤管包扎材料为60目尼龙细纱一层,普通窗纱一层,方格铁丝网一层 减压井布置详见图1


4.降水运行控制

在基坑开挖过程中,随着开挖深度的増加逐步降低承压水水头,施工中根据不同的开挖深度动态的控制承压水水头.根据理论计算和抽水试验,承压水降水从第五层(一26. 5m)开挖时开始降 .并分批分阶段启动.实际承压水水头与土方开挖面标高控制线如图3.


在整个基坑开挖过程中,承压水处于受控状态,没有出现基坑突涌现象,也没有对基坑周边环境造成影响。




六、简要基坑监测结果分析

在基坑开挖过程中,对基坑及周边环境进行了系统全面的跟踪监测,主要包括墙顶位移 墙体位移 深层土体位移 水位 墙体应力 孔隙水压力 土压力以及周边环境的监测。

1.周边建筑沉降

基坑开挖及降水期间对周边环境进行了全过程跟踪观测,结果见表2、


深井降水是否引起周围建筑和地面的超量变形和不均匀沉降,是令人担忧的问题,但实测结果,距离基坑最近冲渣沟区域设置了 3个测点,累积最大沉降量为15mm,平流池区域设置了 10个测点,深井降水期间的沉降量发展介于5〜17mm之间,均小于报警值临近的建筑物 构筑物均未发生墙体开裂等严重的环境破坏现象,这说明将上部潜水与下部承压水封隔,避免潜水被疏干后排水固结引起地面的过大沉降,仅抽汲深部承压水并通过有效控制,对周围建(构)筑物影响是可控的。


2. 地墙墙体

墙顶位移地下连续墙顶圈梁上面设置了8个测点,顶圈梁刚度很大,没有发现明显位移 在墙体内埋设了 4根测斜管,就各个测斜管测试的结果来看,墙体最大位移不超过12mm,远远小于报警值,最大位移都出现在深度20〜30m范围内


3. 地下连续墙钢筋应力

在两幅墙体内各埋设了 7只钢筋应力计,31.5m深处4只(其中一只测试横向应力),21.5m深处3只,从监测情况来看,钢筋应力没有巨大的突变,反映出墙体内力没有巨大的突变,说明结构本身是安全稳定的 地下连续墙内钢筋应力的变化见图4。

七、结束语

(1)在超深地下连续墙施工中,地下连续墙施工质量难以预测,尤其是地下培接缝是否存在夹泥或空洞等不良现象都很难检测和判定,应对地墙接缝处预先注浆或旋喷桩加固,预防承压水所带来的施工风险,以防坑外的承压水通过地墙上薄弱点渗漏进入基坑,造成坑外水土严重流失,对基坑及周边环境造成危害。

(2)基坑发生渗漏时,应采取"先堵漏、再注浆"的抢险措施。因为基坑漏水时,过大的承压水头会引起基坑外水土严重流失,危及基坑及周边环境的安全,因此先对基坑进行堵漏,在一定时间内再对周边进行注浆是一种合理并行之有效的方法。



感谢供稿作者:

张具寿、范作硅

(中国二十治建设有限公司)

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