《临海新吹填中粗砂区域超大超深基坑止水降水技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《临海新吹填中粗砂区域超大超深基坑止水降水技术（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、在新加坡大士南新船厂项目的建设中，中交三航局沿着“完成一个工程，树 立一面旗帜，占领一片市场”的方针，成功解决了 2个近15万m2、开挖深度近 25m，最大日排水量近20万m3的超大超深临海区域单基坑止水降水难题，通过 对新技术新工艺的研究和实施，保证了船坞结构的干施工条件。新加坡大士南新船厂项目，包含4个干船坞、3个突堤码头、4个顺岸码头 和2个驳岸码头以及相应的吊车道等13个项目，是我国交通系统截至目前在发 达国家承担的单体合同最大项目，也是新加坡建国以来投资最大的一个建设项 目。施工难度成焦点对于施工方中交三航局来说，承担本工程的压力来自于工程所处恶劣的地质 条件及工程本身的国际影响力。
2、该工程地处新吹填松散中粗砂的临海区域，船坞基坑采用放坡大开挖方式， 将4个船坞分为两个大基坑进行止水降水、开挖和结构施工等。每两个船坞共 用一道海上双排钢板桩止水帷幕，陆域部分采用单排钢板桩止水帷幕，单个基 坑止水帷幕包围的面积约15.5万m2,基坑边线到海水最近距离约50m，船坞坞 室结构边线到海水最近距离约90m。工程所在区域的吹填砂层顶标高为+5.00m，底标高为-22-25m,其中+5 -6m左右的区域为松散中粗砂层，渗透系数约为3X10-4m/s, -6m以下为中密松 散中粗砂层，渗透系数约为6X10-6m/s。吹填砂层以下是原海泥层，标贯约100击，渗透系数约为6X10-9m/s。
3、所有止水体系均以进入原海泥层为控制要求。该 工程止水降水难度大，最深开挖25m，降水实施过程中最大内外水位差约24m， 实际日排水量最大接近20万m3。同时，新加坡、日本、韩国等国际同行均非常关注本项目降水的实施情况， 因此降水成功与否带来的国际影响也很大。技术亮点解难题亮点一：止水体系的选择和优化针对该项目基坑范围大而深、地下水位高、砂土渗透系数大等特点,通过对 止水帷幕施工方法及新加坡该地区特定砂层和土层的研究，综合考虑当地的施 工条件、施工工期、施工设备以及成本控制等因素，止水体系选择时比选了水泥 膨润土地连墙止水、钢板桩帷幕止水、高压旋喷桩止水及强降水动态止水等方 案（见表1）。通过一
4、系列的试验和检测，研究止水帷幕设计和施工中存在的问 题，完善配套工艺和特殊情况下的止水处理措施，确定了最优止水体系。表1各止水休系方案对比名称简介可实施性xia成本钢板桩 止水利用钢板桩锁口间 的搭接形成止水, 有止水但效果一在中粗砂中打穿30皿 深，较难捽制成虽.但 现场试验证明0T华钢板 桩可行，机械设备要求 简单，可增加 机械设备来解 决工期紧、压 力大的困难.采用租赁的方 式,可以降低施 工成本，同时又 能减轻前期资金 运转困难，水泥膨润上地 连墙利用抓斗自重挖 砂，开挖过程中往 基坑里港水泥膨洞 土材料*形成连续 的止水墙“诵过现场试验，地连墙 的可实施性满足要求- 但姓续性不够,不
5、能保 证止水效果，工效较低。对 设备要求高， 不能无限制增 加设备.省业设备租金较 高.而且墙纬材 料不具有可回收 性。成本较氐高压旋 喷桩按瞭一定的距高搭 接，将高压旋喷桩 连续成为整体.桩长30m,中粗砂层 2如，成孔困难且桩身 垂直度要求很高进度紧张.而 此工艺工程虽 过大，工期达不到要求，工程量过大，成 本太高4强降水动态止水利用密排深井1强 行将欲渗流进基坑 的水抽出，形成动 态的止水体系，深井具有可施工性但 强降水过程中各T序累 加的风险较大，工期合理 (M. 止水失败后的 工期延长风险大，止水体系本身成 本较低，但后期 推护抽水的成本 很高0结合当地市场条件和技术水准，对止水方案
6、进行现场典型施工，对其可施工 性和止水效果进行对比和预判。由于高压旋喷桩止水体系方案的可实施性低； 强降水方案于后期维护成本较高；水泥膨润土地连墙的方案不能保证连续性， 所以最终选择了钢板桩帷幕墙作为止水体系。但在穿越近30m的土层时，由于部分钢板桩未达到设计标高，以及砂土中的细颗粒含量少等原因，造成前期抽 水量超出预计值，使基坑降水工作难度增大，降水成本增加。通过分析现场情况和新加坡建设市场行情，在钢板桩未达要求处，采用膨润 土压密注浆法，将膨润土微颗粒注入砂层中，增加了原状土中的细颗粒含量， 延长了水的渗径，并促进了钢板桩锁口中的砂粒结合，优化了钢板桩的止水效 果。另外在围堰钢板桩未达到设
7、计标高的区域采用高压旋喷桩局部补漏。按照对1号基坑降水曲线的统计以及对渗水量的预估，开挖到最低标高时整 个基坑渗水量将为1618万m3,而加入膨润土压密注浆后实际基坑日排水量为 1112万m3。即实际渗水量比未补漏前的水量减少了 1/3，降低了运行期的工 程成本。亮点二：降水体系的选择和优化本工程开始之初，日本一家地基处理公司提出利用真空负压的原理，即通过 在场地内布置少量的大井，主动将砂土中的水吸出并排出基坑外。他们在12 号船坞坞室中共设计40余口大井，均匀分布在坞室范围内，井径1m,其成本和 报价数倍于原先投标时的降水总价，因此从技术和商务两个方面考虑，建设方 选择了中交三航局提出的降水
8、方案。中交三航局技术人员综合考虑现场土质渗透系数、水源补充距离、钢板桩止 水帷幕效果以及现场施工工序搭接等诸多因素，提出了更能适合现场情况的降 水方案。该方案通过在基坑周边布置相当数量的深井，利用深井泵降水排出基 坑至海中。而基坑内不设深井，大大减少了施工各工序之间的互相影响，提高 了挖土打桩结构施工等的效率。随着降水的实施，现场条件的变化，原设计20m 的深井间距不能满足截水降水的要求，因此根据不同区域水量不同的特点调整了井距，最小间距为5m,最大的15m。井径是根据打井的工艺、水泵的尺寸等 因素选择，采用了 22.5cm和30cm的PVC管。考虑到吹填砂层和原海泥渗透系 数的显著差别，井深
9、在进入原海泥层后施工成本和难度增大，但出水量变化效 果不明显，所以井深以满足结构施工面为要求下降25m,并不超过原状海泥面。本工程降水体系实施过程中，随着降水工作的开展而不断改进和优化。从开 始的明排水和井点降水配合实施，到后来的纯井点降水，再到后来的井点降水 和局部小范围明排水配合实施，提高了效率，降低了风险，减少了成本。1）明排水和井点降水结合原设计在船坞结构周围布置了共108 口深井，深 井采用泥浆护壁钻进成井的方法，单井日出水量达到200300m3。随着抽水降 水的开展，发现原设计不能满足降水的要求，所以提出了井点降水与明排水相 结合的方案。在挖土区域布置了一条纵向的明沟，明沟的深度比
10、开挖面深12m, 将22kW的泥浆泵固定在浮筏上进行明抽水。22kW泥浆泵每小时出水量约150 160m3，该降水体系最高峰时1号基坑有13台22kW的水泵在抽水，每天抽水量 约为50000m3，在降水初期（水位标高-3-4m）为保证施工起到了重要作用。但是，明沟抽水也带来一些问题：松散中粗砂中的明沟抽水，水流携带着砂 颗粒很快将明沟淤平，需要不停的挖深水沟，对人力和机械的要求比较高。此 外，22kW的泥浆泵扬程为8m,在超过8m的扬程后其功效将迅速降低，也会增 加工程成本。因此利用新加坡设备多、人力以普通工种为主的市场特点，提出 了新的成井工艺，迅速补充增加新的深井，调整优化降水体系，为井点
11、降水打 好基础。2）井点降水如前所述，随着水位的降低，明沟抽水的功效降低且岸坡稳定 风险越来越大，为了降低成本，控制岸坡稳定风险，新井点降水体系被进一步 提出并优化。新井点降水体系在保证原设计中利于项目进展的部分内容基础上，改变优化 了原设计中不足的部分。首先，深井的成井工艺从泥浆护壁成井变成钢套管内 水冲取砂成井。工艺的变化大大提高了单井渗水量，从每天的200-30003到几 近理想自由渗流井的600800 m3。其次，调整了井的间距，从原来的20m间距 变成根据实际渗流量的5m或10m间距，在局部渗流量特别大的区域采用双排井， 井的间距和排距均为5m。再次，考虑到水泵扬程的影响，在新井点降
12、水体系中， 选用为原先本项目特别设计的低扬程高水量的1.8kW水泵从井点中将水提到边 坡上的水箱中，然后在水箱里用22kW的低扬程高水量泥浆泵降水排至海里。随着降水工作的开展，利用水箱二级提水的排水体系所带来的风险也逐渐显 现。为了降低风险，22kW的泥浆泵与1.8kW的深井泵配合使用的体系，变成由 15kW、7.5kW或5.5kW的深井泵直接抽水排出基坑的做法，将水箱二级提水所带 来的风险减小乃至化解。排水体系中，基坑临海侧直接将水排入海中，两基坑 中间的水泵通过水渠将水排到海里。3）渗水量和开挖深度的关系降水排水体系的改进和优化，离不开降排水量 的统计和预估，因此本项目抽水过程中加强了日抽
13、排水量的准确统计。首先，采用超声波水量测试仪，测量并记录不同水泵每小时抽排水量，并将 不同类型的水泵进行累加，得到整个基坑每天的排水量。该数值包括原先基坑 中蕴含于砂层中和新渗入基坑中的部分。其中蕴含于砂层中的水，按照25%30% 的砂孔隙率，根据每天监测的水位降深，可以反算得到。而在水位降至控制标高后，水位基本不再变化，基本稳定的每天排水量也就是基坑渗水量。由此得 到统计的渗水量随深度的变化曲线。根据曲线对渗水量进行预估，在水位为-9m左右时，水量约为11万m3/d, 根据此趋势，当水位降至最深-13.5 m时，水量将可能达到1618万m3/d。为 了减少基坑渗水量，并控制降水工作成本，在钢
14、板桩止水帷幕外侧捣入低压膨 润土泥浆，增加帷幕外砂层的细颗粒，延长水的渗透路径。实践证明，在周边 捣入膨润土泥浆后，在降至基坑开挖最深时每天实际水量约为12万m3左右。4）柴油耗能功效的分析和控制在降水工作开展过程中，成本和费用的统计、 分析和预估一直是管理人员的主要关注点之一。本工程项目降水工作，采用自 发电的方式带动水泵工作。其工程成本主要包括了发电机的租赁和维护费用、 水泵设备的采购和维护费用、柴油消耗的费用和人工费用。而柴油消耗是成本 中最大的部分，也成了工程进展过程中一个统计和控制的指标。本工程采用的电 动深井泵，将发电机发出的电能直接转化为水泵的螺旋推动力，将水从深井中 抽出并排至
15、海里。在此过程中，水位越深，每排出一单位水所需要的功率越大， 消耗电能或柴油也就越多。为了给今后工程提供参考，项目部在降水过程中， 对每天抽排水量和消耗的柴油进行统计，统计的结果是，在降水开始时（水位 约-3m左右），每消耗一升柴油所能排出的水量约为45 m3,而当水位降至-9m 左右时，每消耗一升柴油所能排出的水量减少为10 m3左右，耗能功效与水位基 本成反比关系。同时，考虑到水位越深渗水量越大，二者基本成正比的关系。 所以在施工工序安排时，尽量减少深水位的抽水工作时间，也就相应降低了工 程成本。其次，对降水体系和水泵设备的选择也同样决定了耗能的功效问题。项目开 始之初从新加坡当地租赁的柴
16、油机水泵，原理是利用离心作用在水泵出水口形 成负压，将井里的水吸出并排出基坑，完成排水过程。该水泵额定功率为24kW， 但由于水在经过离心负压区域后能量被过多消耗，所以实际出水量仅仅与7.5kW 电动深井泵相近。亮点三：新成井工艺的实施本工程开始采用泥浆护壁钻进工艺成井，随着水量增大，不能满足降水工作 的要求，所以提出并成功实施了采用钢套筒内高压水冲取砂成井的工艺。新工 艺的成井效率比泥浆法稍有提高，远远超过套管跟进成井工艺的效率。该成井工艺是利用液压振动锤将钢套管插入砂层中（见图1a），然后将高 压水注入套管内，套管内的砂被高压水冲散并排出（见图1b），然后将包覆好的 井管沉入套管内（见图1
17、c），拔出钢套管成井（见图1d）。该方法形成的井，井周 边的砂层渗透性基本没有变化，所以井的出水效果没有受到影响，出水量可达 600800 m/d。a沉入钢套管b水冲取砂c安装井管d拔出套管成井钢套管成井工艺流程图1该方法充分利用了新加坡当地机械设备种类齐全的特点，并降低了对工人技 术水平的要求，是一种适合于本工程特定砂层土质的，根据本工程降水体系特 点提出来的成井工艺。受水冲取砂效果和液压机械高度的影响，该工艺成井的 最大深度为12m左右，钢套管的最大直径为400mm。随着工程的推进，中交三航局项目部通过不断改进优化降水工艺，成功实现 了面积超过15万皿2且开挖深度超过25m的大基坑降水和后期干施工的目标。日 本、新加坡、韩国等同行业专家对本工程降水效果给予了很高的评价。
临海新吹填中粗砂区域超大超深基坑止水降水技术
