基坑降水回灌技术施工工法

1基坑降水回灌技术施工工法1前言济南新东站位于济南市东部历城区，车站规模为13座站台27条线,站区集高铁、城际铁路、轨道交通、长途客运等多种交通于一体，建成后将成为济南铁路枢纽的三个主客站之一。站房总建筑面积79000㎡，基坑面积44000㎡，基坑开挖深度6.75m，降水深度为地表以下7.25m-7.75m。时值泉城济南全面建设城市轨道交通的关键时期，工程建设与节水保泉的矛盾问题日益突出。济南新东站工程地处济南市白泉保护区，周边河流较多，水系发达，地下水埋深较浅，为响应政府“节水保泉”的号召，做到在工程建设的同时，不破坏白泉泉域水资源生态环境，项目部通过认真研究，采用“基坑降水回灌技术施工工艺”，解决了在确保降水效果的同时，保护本地区生态环境不受破坏的难题，取得了较好的经济及社会效益，本工艺经过工程实践后进行总结，形成本工法。2工法特点2.1通过有限元模拟与BIM技术相结合，对前期降水试验的参数进行准确分析。2.2采用“井点接力降水法”进行降水，节约了管材用量，避免了交叉施工带来的影响。2.3采用“机械加压法”进行地下水回灌，确保抽出的地下水至少完成80%以上的回灌率。2.4引入水处理系统，将抽出的地下水进行净化、过滤出杂质，确保回灌水质达标。3适用范围本工法适用泉域内或地下水水位较高地区基坑降水工程。4工艺原理根据先期降水试验得出的数据，合理布设降水井数量及位置，采用群井井点降水的降水方式，通过降水主干管排至回灌管路，经水处理装置进行净化处理后，通过机械加压设备经回灌井对将地下水进行加压回灌。25施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程图见图5.1。图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1降水井与降水管线的设计与布置5.2.1.1降水井的设计与布置基坑降水工程与工程所在地区的地质条件有很大关系，首先应先对本地区地质类型、地下水类型等地质参数进行调查分析。本工程位于济南市历城区，地处白泉泉域，地下水水位较高，经过地勘单位现场考察，确定本地区地下水类型为承压水，水头压力大。根据地勘单位的地勘数据，首先需进行先期降水试验，本工程基坑主要深度为6.75米，降水深度为地表以下7.25-7.75m，为了有效降低和控制含水层的水位，确保基坑开挖施工顺利进行，同时控制降水对周边环境的影响，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析，根据本工程地质与水文地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度等因素，采用软件VisualModFlow进行计算机模拟计算，为降水设计与施工提供理论依据。3经过计算，基坑止水帷幕设置深度为12.5m，在满足最大设计降深要求时，基坑需要布置降水井112口。预测基坑降水20天左右坑内水位能够降至基底以下1m，满足基坑开挖要求。图5.2.1.1-1计算机模拟降水井影响范围图5.2.1.1-2离散模型网络三维图通过先期降水试验对计算机模拟数据进行实地测算。图5.2.1.1-3先期降水试验位置图5.2.1.1-4进行先期降水试验4根据先期降水试验得出的数据，进行降水井的设计。根据降水井计算公式：n=A/a井。式中：n―井数量（口）；A―基坑需疏干面积（m2）；a井―单井有效疏干面积（m2）；基坑内布置112口降水井，计算得单井有效疏干面积约400m2。基坑总涌水量计算：根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中（E.0.4公式）002.01ln1ln2rMllMrRMskQd经计算求得基坑总涌水量为33023m³/d。单井涌水量计算：q=120πrl³√K，单井涌水量为18.8m³/h，与模拟计算取值相符合。综合考虑基坑涌水量较大，为确保基坑降水安全，考虑按照计算基坑降水井井数的10%布设备用兼观测井12口；基坑内共计布置124口降水井。降水井深度进入基底下5~6m，结合基坑承台开挖深度6.75m，基坑降水井设置深度12m，选用钢管材质。同时坑外设置16口观测井，深度同坑内降水井，选用无砂水泥管材质，如下表：序号井型数量井深（m）孔径(mm)井径(mm)滤水管(m)材质1坑内疏干井124126502732～11钢管2坑外观测井16127004002～11无砂水泥管图5.2.1.1-5降水井及观测井剖面结构图图5.2.1.1-6降水井平面布置图55.2.1.2降水管线的设计与布置降水管线设计原则：（1）首先应满足基坑降水工程要求，确保降水效果。（2）管线布置应结合现场实际情况，布置合理、美观，满足安全文明标准化工地要求。（3）管线布置应尽量避免交叉施工带来的影响。优化后图5.2.1.2-1“一井一管法”布设降水管线图5.2.1.2-2“井点接力法”布设降水管线因基坑降水工程贯穿整个地下结构施工周期，因此降水管线布置应尽量减少影响主体施工。经过优化后的降水管线布置方案如图5.2.1.2-2所示，管材用量节约40%，且与其他工序交叉施工影响较小。基坑内降水起始井为基坑内侧降水井，采用25m³/h潜水泵，排水管线采用ф75高压PVC涂塑软管并连接至中部降水井；中部降水井安装30m³/h潜水泵，排水管线采用ф90高压PVC涂塑软管并连接至外侧降水井；外侧降水井安装35m³/h潜水泵，排水管线采用ф160高压PVC涂塑软管并连接至排水主管道，排水主管道为ф350铸铁水管。5.2.2回灌井设计与回灌设备、水处理装置的选择5.2.2.1回灌井的设计与布置首先确定回灌的工艺流程：基坑降水井抽出的地下水通过降水管线输送至三级沉淀箱，将地下水中的大颗粒杂质进行沉淀过滤，并通过水处理装置净化后，机械加压装置进行加压，再通过回灌管线进行加压回灌。6图5.2.2.1-1回灌工艺流程图根据回灌工艺流程，进行了实地回灌试验，自然水体压力约为0.1-0.2MPa，经试验验证，为避免因压力过大对围护结构和回灌井井壁造成破坏，机械加压应控制在0.8-1MPa。当总压力达到1MPa时，回灌率达到85%，单井回灌量为75-80m³/h，需根据基坑总涌水量峰值时为2160m³/h，为满足80%回灌的要求，回灌量峰值时应为1728m³/h，回灌井需设置22口。根据本工程现场场地布置情况，回灌井均布在东西环路两侧，回灌井间距按30m布置，东西两侧各14口，共计28口（含备用6口）回灌管线设置在基坑纵向位置向外50m的位置。为确保完成80%回灌率，增加回灌效率，回灌井底部应处于渗透性较好的卵石层土层，根据地勘报告，本地区地下卵石层位于地表以下44m-48m，故设计回灌井深度为46m，滤管长度为30m,具体结构图如下：图5.2.2.1-2回灌井管线示意图图5.2.2.1-3回灌井结构示意图75.2.2.2回灌设备与水处理装置本工程回灌采用机械加压回灌，回灌采用恒定的回灌增压设备，回灌压力控制在0.8-1MPa，压力不宜过高，避免对围护结构和回灌井井壁造成不利影响。通过设备自带的压力传感器将加压后的实际压力值通过压力反馈信号输送至变频器，通过变频器可实时调整回灌压力。图5.2.2.2-1回灌加压设备原理示意图图5.2.2.2-2回灌加压设备实物图为了保证回灌水源水质，需对基坑抽出地下水进行处理后才能作为回灌水源。引入地下水处理装置，除简单过滤抽出地下水中的泥砂外，还可对地下水在暴露过程中与空气接触所产生的不属于原有地下水成分（锰，砂等杂质）进行过滤，经过过滤后进行加压回灌。图5.2.2.2-3水处理装置原理示意图图5.2.2.2-4水处理装置实物图5.3劳动力组织劳动力组织见表5.3。表5.3劳力组织（单位：人）序号名称数量1现场负责人12技术员483质检员34安全员36电焊工127测量工28电工39安装工3010普工30合计（人）886机具设备机具设备见表6。表6机具设备表7质量控制基坑降水工程施工按照《建筑地基基础工程施工验收规范》（GB50202--2002）、《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2001）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）、《建筑基坑工程技术规程》（YB9258--97）及相关设计图纸进行施工和验收。施工中除以上规范、规程外，还应注重如下要求：7.1成孔：孔径、孔深、泥浆和孔底沉渣等质量指标符合设计要求，成孔垂直度1%。7.2成井：井管直径、长度、滤水管长度及其布置位置、管外填砾、封孔等关键工序质量符合成井工艺技术要求。其中长度偏差2‰，过滤管安装上下偏差≤30m。7.3降水井的试抽水必须达到预期设计效果，井水含砂量≤2万分之一。7.4设备进场前应进行检修和维护保养，确保进场设备的完好，保障设备能正常运行。7.5配备必要的机修器具、零配件和消耗性材料，做好运行阶段的日常保养，确保主机设备在施工期间序号名称规格型号数量单位用途1电焊机BXL-3005台管材焊接2激光经纬仪GJD21台测量定位3水准仪AT-G71台测量定位4正循环钻机东风240车载正循环钻机2台降水井成井5反循环钻机东风240车载反循环钻机2台回灌井成井6锤子八角锤、圆头锤10把管材安装9的正常运行能力，保障施工顺利进行。8安全措施8.1认真做好安全生产教育，对所有施工人员均应进行入场生产安全和消防安全教育，未经教育不得上岗，同时应结合工程进度及不同施工工艺，进行针对性的安全知识与遵章守纪教育。8.2做到无施工方案不施工，有方案没交底不施工，班组上岗前没安全交底不施工。施工班组要认真做好安全上岗交底活动记录，每周一上午组织不少于1小时的安全教育活动。8.3严格遵守“十不烧”规定，执行工程多机多监护制度(操作证、动火证、灭火机监护人)和1～3级动火界限审批手续。8.4夜间施工必须配备足够的照明灯光，并严格控制噪声源。8.5现场机电维修人员应该经常检查设备触电漏电保护是否完好有效。8.6机械传动部位必须设有防护罩，所有设备的安全防护装置齐全8.7基坑四周围护栏杆上严禁挂太阳灯。9环保措施9.1工地现场做到道路畅通、平坦整洁，不乱堆乱放，无散落物，建筑物周围浇捣散水坡，四周保持洁净，地面平整不积水，无散落的“五头”、“五底”及散物，场地排水构成系统，畅通不堵，并经沉淀池沉淀后排入下水道。9.2施工现场设置连续、通畅的排水设施，防止泥浆、废水、污水乱溢。9.3开展文明教育，施工人员均须遵守市民文明规范。9.4运输车辆进出工地时，必须减速行驶、现场道路必须做好保洁工作，避免出现尘土飞扬的现象。10效益分析10.1经济效益本技术将抽出的地下水直接回灌到基坑周边，采用接力法布设降水管线，节约了降水管材用量约2000米；采用机械加压灌注法进行回灌，提高了回灌效率，加快了施工进度，整个工程共计节约成本10万元。10.2社会效益本技术积极响应了济南市政府“节水保泉”的号召，通过技术研究与创新保证了白泉泉域生态结构的稳定，节约了水资源，成为济南地区在泉域内运用降水回灌技术“节水保泉”的先例，为公司赢得了良好的社会声誉。同时得到了业主单位、监理单位、设计单位以及兄弟单位的一致认可和好评，也填补了公司的技术空白，为其他类似工程提供借鉴经验。1011应用实例济南东站综合交通枢纽位于济南市历城区，建筑面积17.48万㎡，其中旅客站房建筑面积7.99万㎡，站台雨棚投影面积9.49万㎡，建筑高度为36m，基坑降水工程采用降水回灌形式。该工程2016年5月开工，计划2018年12月31日建成通车。通过采用基坑降水回灌技术施工工艺，解决了在确保降水效果的同时保护本地区水资源生态环境不受破坏的技术难题，经工程验收，施工质量合格。该工艺的成功应用，加快了施工进度，保证了工程质量和工期，取得了良好的经济和社会效益，为济南地区其他类似工程提供了借鉴经验。