恒茂国际华城一期建筑工程场地工程降水报告

恒茂国际华城一期建筑工程场地工程降水报告
南昌市腾飞水文工程有限公司 林传华

1.概述
恒茂国际华城，位于江西省南昌市八一广场东南侧，始建于2002年，分两期建设。一期工程东邻丁公路，属高层住宅区，共建11栋住宅楼等，其中18—32层楼8栋，框架结构，1层地下室（地下室开挖深度5—6m）；12层楼3栋。
上述8栋18层以上（含18层）的高层建筑，原设计采用回旋钻孔灌注桩（以下简称“钻孔桩”）基础，以第三系新余群泥质粉砂岩中风化层为桩端持力层，建设单位得知通过降水可采用挖孔桩基础后，改用挖孔桩，以砾砂为桩端持力层，根据试桩结果，砾砂层极限端阻力标准值取4000Kpa。
受建设单位委托，我公司承担了一期工程人工挖孔桩场地的工程降水任务。降水工作配合建筑施工分期进行，于2002年10月开始，2004年2月结束。
降水施工过程中，得大建设单位、建筑施工单位、监理单位等的大力支持与配合，谨致谢意！
2.地层岩性和水文地质略况
据本场地岩土工程勘察报告，场地内上部分布第四系上更新统冲积层(Q3al)及杂填土，自上至下岩性为：杂填土，由粘性土、碎石、碎砖瓦等组成，厚度2m左右；粉质粘土，黄至褐黄色，可塑至硬塑状态，厚度一般3—5m；中、粗砂，稍密至中密，厚度5—6m；砾砂，砾石含量30—40％，局部相变为圆砾，砾石直径一般为2—20mm，次圆状，分选性较好，不含泥质，中密至密实状态，厚度一般10—11m。
基岩为第三系新余群（Exn）泥质粉砂岩、泥岩等。
地下水赋存于砾砂及粗砂层孔隙中，水力性质属潜水，稳定水位埋深一般为8.5m左右，含水层厚度约12.5m。含水层透水性强，水量极丰富。
3.降水工程布置与施工
原有工程降水经验表明，对于大面积的建筑场地，为合理确定降水井的数量、井位和井结构等，需通过建井抽水试，取得降水设计所需的含水层厚度、渗透系数、影响半径、井的涌水量等水文地质参数。因此，首先进行抽水试验。
3.1抽水试验
据建筑施工安排，在首先施工的8号楼场地建井作抽水试验井，并为挖孔桩施工进行降水。
1、抽水试验井、孔布置
8号楼场地，长度30m，宽度约15m。根据场地面积，结合类似水文地质条件的场地降水经验，在场地中线上布置2眼抽水井，井间距20m；在1眼抽水井一侧呈直线布置2个水位观测孔，观测孔与降水井的距离分别为20m和30m。
2、抽水试验井、孔结构
抽水井：抽水井钻至基岩面，属潜水完整井。钻井直径700 mm；井管用钢板卷制，管径480 mm，下部筛管长度6m，筛管外焊钢筋、缠14号铁丝，筛管孔隙率约22％，筛管下部为长度0.5m的沉淀管，封底；井管与筛管之间的环状间隙，下部用细砾石（砾石直径一般2—10mm）充填作滤水层，填砾高于筛管顶部约4m；上部用钻井取上的砂土回填。
观测孔：孔深15m，钻孔直径130mm，用直径75mm的PVC管作井管，其下部设置长度2m的滤水管，封底。
3、抽水试验
抽水试验分两步进行。首先进行单井抽水试验，然后结合场地降水，对两眼井同时进行抽水试验。
（1）单井抽水试验
单井抽水试验，其目的是根据试验成果，计算含水层的水文地质参数。建井结束后，先在1眼井内用1台流量80m3/h的深井潜水泵抽水作抽水试验，抽水量、观测孔水位稳定时间大于12小时，抽水试验成果列于表1(略)。
（2）两井抽水试验
两井降水试验，其目的是实测2眼井抽水时井的最大涌水量，同时配合挖孔桩施工进行降水试验，测定井的涌水量，为后续建筑场地降水设计确定井的涌水量提供依据。
根据单井抽水试验井内水位降低情况，每眼井先下入2台流量80m3/h的水泵抽水，两井内稳定水位降深为6.6—6.8m，即2台水泵的抽水量小于井的最大涌水量，此时，场地内水位降深尚未达到挖孔桩桩端深度，因此，每井再下入1台水泵抽水。
抽水水位稳定后，实测平均每眼井的抽水量为180m3/h（4320m3/d），此时，全场地水位降至桩端以下（不同地段水位降深有差异），即保障了挖孔桩的顺利施工，又基本查明了水井的最大出水量。
3、水文地质参数计算
根据含水层的水力性质和井结构，采用稳定流潜水完整井计算公式，利用单井抽水试验成果，计算含水层的渗透系数和影响半径。
（1）渗透系数（k）
计算公式：
K =0.732Q÷〔(S1－S2)（2H－S1－S2)〕×lg(r2/r1) （1）
式中：K—渗透系数（m/d）；
Q—抽水稳定流量m3/d；
H—潜水含水层厚度（m）；
S1、S2—观测孔1、观测孔2的稳定水位降深（m）；
r1、r2—观测孔1、观测孔2至抽水井中心的距离（m）；
将上述有关数据代入⑴式，计算结果：k=98.55m/d。
（2）影响半径（R）
计算公式：
lg R=〔S1（2H －S1 ）lg r2－S2（2H －S2）lg r1〕÷〔（S1－S2）（2H －S1－S2）〕 （2)
式中：R—影响半径(m)
其它符号意义同（1）式。
将有关参数代入（2）式，计算结果：R=742.93m
3.2降水井布置
本场地建筑物分为五个阶段施工，各阶段施工的建筑物分别为：8号楼，5、6、7号楼，1号楼，2号楼，3、4号楼，相应的降水设计与施工也分五阶段进行。
根据上述水文地质参数和井的涌水量，对各阶段降水分别进行设计与施工。
1、降水设计
降水设计，根据含水层的水力性、水文地质参数及含水层的水力性质，按照《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111—98）中的下列公式进行计算：
Sx＝H－｛H2－Q/1.366K〔lgR－1/n×lg(r1.r2.r3…rn)〕｝1/2 （3）
式中：Sx—距降水井点x处的降水深度（m）。
H—潜水含水层厚度，取12.5m；
Q—降水井总抽水量,每眼井出水量按4320m3/d计，总抽水量由井的数量确定；
K—含水层的渗透系数，取98.55m/d；
R—影响半径，取742.93m；
r1.r2.r3…rn—降水井至任意计算点的距离（m）。
将上述公式编好计算机程序后，将有关水文地质参数及初步拟定的降水井数量代入其中，经电脑运算，自动形成水位降深等值线图。
根据水位降深等值线，分布情况，适当调整降水井数量和井位，
以水位达到设计降深为目标，考虑一定安全系数，最终确定降水井数量和井位。各场地降水井分布见《国际华城一期工程降水井布置图》。
3.3降水施工
降水施工，主要包括建井、抽水和排水。
1、建井
根据降水井布置图，在现场确定井位（井位需避开桩位）。降水井结构同上述抽水试验井。
采用冲击钻井机钻井，上部用钢管护壁，下部用水压护壁。1眼井钻井工期一般不超过3天。
2、抽水与排水
降水井建好后，根据降水试验结果，每眼井下入3台流量80m3/h的水泵抽水，井下用钢管输水，地面用胶管输水，将抽出的水引入下水道外排。为节省抽水电费，待所有桩孔开挖至地下水面并护壁后开始降水。
启动水泵进行降水后， 一般24小时以内即可将地下水位降至桩基开挖深度以下，达到了降水设计要求，此后连续降水，直至挖孔桩施工完毕。
由于降水工作顺利，保障了挖孔桩干作业施工，且桩基施工单位组织得当，挖孔桩施工速度较快。原预计各阶段桩基25—30天完成，
实际工期一般不超过20天，既加快了工程进度，又节省了降水施工电费。桩基施工完毕后，即停止降水。
3、降水井回填
因降水井已钻至基岩面，超过桩端深度。降水结束后，水井全部用混凝土充填，确保桩基不受降水井的影响。
4.环境影响评析
恒茂国际华城周围，建筑物密集分布，工程降水，必须保障已有建筑物不受危害性影响。
前已述及，本次降水的建筑场地及周围广大地区，上部分布可塑至硬塑状态的粉质粘土，其顶面埋深2m左右，厚度一般3—5m，其下部为中、粗砂，砾砂及圆砾，无软弱土层分布，工程地质条件良好。
对于浅基础建筑物，以粉质粘土为基础持力层，地基受力层深度一般不超过5m。降水施工期间，区内地下水位埋深为8.5m左右，水位降低不会对浅基础建筑物产生影响。
对于桩基础建筑物，一般以砾砂层为桩端持力层，而砾砂层是否含水，其桩端阻力基本不变，即地下水位降低，不会对已有桩基工程造成不良影响。
在工程降水过程中，虽然排出了大量的地下水，区内产生了暂时性的地下水位降落漏斗。因含水层透水性强，补给源充足，停止降水后，地下水位恢复速度很快，降水对地下水资源的影响甚微。
总之，在工程地质良好的地区，降水不会对现有工程环境造成危害性影响。但在分布承压含水层的场地，且含水层上部分布淤泥等软弱土层，若降水影响范围内有建筑物分布，则降水施工应慎重。如因工程建设必须进行降水，应尽量控制水位降深，并进行环境影响监测，且有安全保障措施。
5.技术、经济简要分析
恒茂国际华城，位于南昌市中心地区，其周围建筑物林立，人口密集。因此，不能采用噪声、振动较大的沉管灌注桩，其它诸如静压桩、冲孔桩等也不适合本工程。因此，建设单位开始选择了钻孔桩，以第三系新余群泥质粉砂岩中风化层为桩端持力层，桩长（自地下室底面起算，下同）20m左右。后经比较，确定采用工程降水后施工挖孔桩，以砾砂层为桩端持力层，桩长9m左右。
5.1钻孔桩与挖孔桩施工方式比较
恒茂国际华城所有高层建筑，均设一层地下室。地下室开挖深度一般为5—6m。
1、挖孔桩施工
先将地下室开挖至设计深度，开挖出的土方及时外运，不影响建筑施工环境。地下室开挖后，在实地布置桩孔孔位，先将桩孔挖至地下水面处，用混凝土护壁，再进行降水。因含水层透水性强，地下水位降速快，开始降水后数小时即可向下挖桩。为加快桩基施工进度，桩基施工队伍人员较多，因此能提前完成桩基施工，为缩短建筑工期打下了良好的基础。
挖孔桩施工过程中，因采取了良好的护壁措施，未出现任何安全事故。
2、钻孔桩施工
若采用钻孔桩，须在地下室开挖前施工。钻孔桩施工时，有大量含水的泥砂排出，整个场地泥水满地，不围护不当，还会对周边环境造成不良影响。
因钻孔桩需进入基岩中风化层，钻进速度较慢，成桩时间较长，受场地限制，钻机数量有限，因此施工工期一般较长。
因地下室开挖是在桩基施工完毕后进行，考虑到要凿桩头，实际桩长一般稍大于设计长度，且凿桩头要耗费时间。
5.2钻孔桩与挖孔桩费用比较
1、桩基费用
因恒茂国际华城有关部门未对钻孔桩和挖孔桩进行详细工程费用计算，钻孔桩与挖孔桩实际费用情况不详，以只能粗略分析两种桩 桩的大致费用情况。
按照《全国统一建筑工程基础定额》（江西省单位估价表，2002年），以桩径100mm的桩为例，桩基基价：钻孔桩为4468.04元/10m3，入岩增加费为5035.08元/10m3；挖孔桩（挖孔深度10m以内）为603.20/
10m3。因基价不同，两种桩的间接费用也存在较大差异。
根据建筑物结构，对于同一建筑物，钻孔桩和挖孔桩的数量基本相同，钻孔桩长度为20m左右，挖孔桩长度为8—9m，只是钻孔桩桩径稍小而单位长度桩的方量稍少。但因钻孔桩长度为挖孔桩的2倍以上，前者方量、钢筋用量均比后者大。同时，钻孔桩还需凿桩头等费用。
2、降水费用
工程降水费用，不同的工程及降水方式不同，降水费用相差较大。比如，在水文地质条件一定的条件下，相同面积的场地，要求水位降深越大，井的数量相对较多，降水费用也较多；如果几栋建筑物同时施工并降水，降水井的数量比每栋建筑物单独降水要少得多。
一期工程8栋经降水施工挖孔桩的高层建筑物，楼高18—32层。据实际降水工程费用，按18层楼建筑面积计，降水费用为3.3元/ m2。
由以上粗略分析可知，钻孔桩的费用，大致相当于挖孔桩（含降水费用）的2倍左右。
综上所述，通过工程降水采用挖孔桩基础，具有良好的技术、经济和环境效益。
6.结语
通过对恒茂国际华城一期工程进行降水，主要得到以下几点认识：
1、恒茂国际华城一期工程，最高楼达32层，通过降水后用挖孔桩基础，至少在南昌市尚属首例。它对今后类似工程的基础设计与施工，具有良好的借鉴意义。
2、因首先进行了抽水与降水试验，取得了降水设计所需的水文地质参数，基本查明了井的最大涌水量，使降水井数量与井位布置合理。降水结果表明，开始降水后，数小时内便可开始进行挖孔桩施工，24小时内便将地下水位降至桩端以下，保障了挖孔桩顺利施工。
4、降水和桩基施工过程中，对附近工程和居民生活环境未造成不良影响。
5、通过降水采用挖孔桩基础，与钻孔桩相比，缩短了工期，节省了较多的基础工程费用，对现有工程及附近居民生活环境无不良影响。
6、南昌市有许多地区，水文、工程地质条件与本次降水场地相近，因此，本场地工程降水设计与施工经验，不仅为恒茂国际华城
为二期工程降水设计和施工提供了宝贵经验，同时对其它场地工程降水具有良好的借鉴意义。
7、根据本场地及我单位原来完成的众多工程降水分析认为，通过工程降水采用挖孔桩基础，具有广阔的应用前景。