招商銀行降水評估方案12-11-06-ldq

1、南京招商銀行項目基坑降水對環(huán)境影響分析報告江蘇*有限公司二O一二年十一月五日目 錄 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc291328682 一、工程概況 PAGEREF _Toc291328682 h 2 HYPERLINK l _Toc291328683 二、場地地質(zhì)條件 PAGEREF _Toc291328683 h 2 HYPERLINK l _Toc291328684 三、基坑工程減壓降水分析原理 PAGEREF _Toc291328684 h 5 HYPERLINK l _Toc291328685 四、降水評估模型建立 PAGEREF _Toc291328

2、685 h 8 HYPERLINK l _Toc291328686 五、降水評估分析 PAGEREF _Toc291328686 h 10一、工程概況擬建招商銀行南京分行招銀大廈位于南京市建鄴區(qū)河西新城NO.2010G35地塊，中央公園東南側(cè)，廬山路以東，楠溪江東街以南?？傆玫孛娣e12180平方米，建筑面積約為13.5萬平方米。擬建建筑主樓45層，高度216.8米，裙樓4層，地下3層，深度約為20米， 基坑南側(cè)距離地鐵軌道外邊線最短約為190m。二、場地地質(zhì)條件（一）工程地質(zhì)條件在勘察深度范圍內(nèi)，擬建場地巖土層自上而下可分為5層，其中層分為2個亞層，層分為2個亞層，層分為3個亞層?，F(xiàn)將各土層特

3、征分述如下：雜填土：灰黃、灰褐、雜色，干燥稍濕，松散，含大量建筑垃圾，見碎磚、石塊、砼塊等，中填粉質(zhì)粘土，局部少量淤泥質(zhì)填土，土質(zhì)不均勻。局部地表為砼地面。填齡大于5年。該層層厚2.504.50米，層底標(biāo)高2.154.69米。-1粘土：灰黃色，軟塑，見少量鐵錳質(zhì)浸染，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)。該層僅局部揭露，厚度0.501.20米，層底標(biāo)高2.873.56米。-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰褐色，飽和，流塑，含少量腐殖物，具淤臭味，以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，局部為軟流塑粉質(zhì)粘土，下部夾少量薄層粉土粉砂。切面較光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等。該層場區(qū)內(nèi)普遍分布，厚度13.5018.30米，層底

4、標(biāo)高-13.93-9.90米。-1粉細(xì)砂：灰色，飽和，中密，主要成分為長石、石英、云母等，土質(zhì)均勻，夾雜物少。層厚4.6010.30米，層底標(biāo)高-21.08-16.88米。-2粉細(xì)砂：灰色，飽和，密實，主要成分為長石、石英等，土質(zhì)均勻，下部見少量黑色腐殖質(zhì)、云母等。該層場區(qū)內(nèi)普遍分布，厚度24.2031.20米，層底標(biāo)高-50.94-48.24米。-2A粉質(zhì)粘土夾薄層粉土粉砂：灰褐色，千層餅狀，軟塑為主，夾薄層粉土粉砂，局部互層狀，土質(zhì)不均勻，見云母片，夾腐殖物。該層場區(qū)局部揭露，厚度1.005.50米，層底標(biāo)高-38.72-34.39米。卵石土：雜色，飽和，中密密實。卵礫石呈亞圓形，磨圓一般

5、，石英質(zhì)，粒徑一般在18cm不等，個別大于10cm，中填中粗砂、粉細(xì)砂。卵石分布不均勻，含量約為30%40。該層厚度6.309.90米，層底標(biāo)高-58.58-56.00米。-1強(qiáng)風(fēng)化泥巖：棕紅紫紅色，密實，原巖風(fēng)化呈碎塊、土狀，手掰易碎，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，遇水軟化，取芯率較低。該層層厚0.701.80米，層底標(biāo)高-60.05-57.23米。-2中風(fēng)化泥巖：棕紅、紫紅色，芯樣呈長柱狀，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，夾少量灰白色石膏條帶。裂隙不發(fā)育，巖體完整，取芯率較高。巖石敲擊易碎，遇水易軟，屬極軟巖，巖體的基本質(zhì)量等級為級。該層層厚3.908.50米，層底標(biāo)高-66.58-63.33米。-3中風(fēng)化粉砂

6、質(zhì)泥巖：棕紅、紫紅色，芯樣呈長柱狀，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造。巖石敲擊不易碎，遇水易軟，取芯率一般大于95%。屬極軟巖，巖體的基本質(zhì)量等級為級。該層厚度未揭穿，最大揭露厚度12.60米。（二） 水文地質(zhì)條件1、場地地表水場地位于長江漫灘上， 場地西部為長江（距場地約4公里），距離場地很遠(yuǎn)。根據(jù)水文地質(zhì)資料，長江南京下關(guān)站最高水位為10.22m（1954年），最大洪峰流量為92600m3/s，最低水位為1.56m（1956年）。據(jù)大通站19502006年資料統(tǒng)計，多年平均流量為28500m3/s，相應(yīng)多年平均徑流量9000億m3；徑流量年內(nèi)分配不均勻，510月份的徑流量占全年徑流量的70.7%。從多年

7、平均情況來看，7月份平均流量最大，為50300m3/s，相應(yīng)徑流量占年徑流量的14.7%，1月份平均流量最小，為11100m3/s，僅占年徑流總量的3.2%；徑流的年際變化較大，歷史最大年徑流量為1954年的13600億m3，歷史最小年徑流量為1978年的6760億m3。2、場地地下水?dāng)M建場地位于長江漫灘之上，根據(jù)勘探揭示的地層結(jié)構(gòu)，勘探深度范圍內(nèi)的地下水可分為淺層潛水和下部弱承壓水。（1）淺層潛水潛水含水層由層人工填土構(gòu)成。場地人工填土厚度普遍較大，由于密實度差，其間的大孔隙往往成為地下水的賦存空間，且連通性較好，富水性及透水性較好，屬弱透水層，雨季水量較豐富。新近沉積的1層粘土土和2層淤泥

8、質(zhì)粉質(zhì)粘土，屬飽水地層，但給水性較差、透水性弱，屬微弱透水地層。南京地下水最高水位一般在78月份，最低水位多出現(xiàn)在旱季12月份至翌年3月份。根據(jù)調(diào)查和勘察揭示，長江漫灘屬地下水豐富的地貌單元，其水位變化與季節(jié)性關(guān)系密切，同時與地形條件亦有關(guān)。雨季或暴雨天，在地勢低洼處，地下水位很高，甚至溢出地面，但旱季地下水位可以在地面下1.5m左右，甚至更低。本次野外勘探時間為2012年7月底，勘探期間天氣晴好（已連續(xù)3月左右未下雨）?？碧狡陂g，地下水穩(wěn)定水位埋深0.542.35m（受孔口高程影響），吳淞高程為4.566.71m。水位變化主要受季節(jié)性大氣降水，周圍工程施工降水等因素影響，以蒸發(fā)和側(cè)向逕流為主

9、要排泄方式，正常情況下雨季上升，旱季水位下降，年變化幅度約1.50m左右。（2）弱承壓水弱承壓含水層由中下部的1層粉細(xì)砂及下部的各砂層以及卵石土層構(gòu)成。層頂?shù)?層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土由于透水性弱，與砂土層滲透性差異性大，為相對隔水層，可視為隔水層頂板；隔水層底板為下伏基巖。該含水層富水性好，透水性強(qiáng)，厚度大，埋藏較淺，水量豐富，屬透水層強(qiáng)透水層?？辈炱陂g采用隔水方法測得的弱承壓水水位2.272.48米（吳淞高程），與場地周邊工程測得的弱承壓水相比略偏低，主要原因是周圍有多個工程施工降水。若承壓水水位變化主要受側(cè)向逕流補(bǔ)給影響，補(bǔ)給來源主要為長江。以上內(nèi)容為本工程勘察報告所提供。在本次降水評估計算中，

10、潛水的初始水頭為-0.79m，承壓水的初始水頭取-5m（相對標(biāo)高，下同）。典型工程地質(zhì)剖面見圖1：標(biāo)高(m)50-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75J7J8J9J10J11J12J136.9178.006.8578.006.7282.006.7678.007.0482.006.8478.006.6577.00N=69N=32N=79N=84N=52N=58N=81N=8223反彈241619412333反彈 3.303.6120.00-13.0927.60-20.6956.80-49.8963.70-56.7964.80-57.8971.20

11、-64.29 2.804.0518.60-11.7527.40-20.5555.40-48.5563.10-56.2564.20-57.3571.80-64.95 2.803.9218.40-11.6827.80-21.0841.10-34.3843.80-37.0855.30-48.5863.40-56.6864.10-57.3871.40-64.68 2.70 3.2020.50-13.7427.40-20.6439.80-33.0445.30-38.5457.10-50.3464.80-58.0466.10-59.3471.20-64.44 3.503.5420.10-13.0626.7

12、0-19.6640.30-33.2644.80-37.7657.30-50.2664.60-57.5666.10-59.0671.20-64.16 3.203.6418.10-11.2624.10-17.2641.10-34.2644.20-37.3656.40-49.5663.10-56.2664.70-57.8670.80-63.96 2.803.8518.50-11.8524.60-17.9542.5044.10-37.4555.70-49.0563.80-57.1565.10-58.4572.20-65.55-2-1-2-1-2-3-2-1-2-2A-2-1-2-3fxfxfxfxfx

13、fxffxfxfxffxfxfxffxfxfxffxfxfxffx-1圖1 典型地層剖面圖三、基坑工程減壓降水分析原理1、基坑減壓降水的目的本工程基坑減壓降水工程為第1和2層承壓水的承壓水降壓設(shè)計，基坑降水要達(dá)到以下幾個主要目的：（1）降低坑底承壓含水層水頭，保證基坑抗突涌穩(wěn)定安全，避免滲流破壞；（2）控制降水引起地面沉降，避免產(chǎn)生較大差異沉降；（3）控制降水對坑內(nèi)坑底土體變形的影響，減少對坑內(nèi)梁、柱等圍護(hù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的附加應(yīng)力；（4）控制基坑減壓降水施工過程中地鐵1號線區(qū)間隧道、道路以及周邊管線的附加沉降。實際基坑降水工程中，基坑邊界條件不規(guī)則，本工程地層穿越多層含水層且包括潛水層，這些復(fù)

14、雜條件使得基坑降水計算分析難以采用簡單的理論方法，最好的解決辦法便是應(yīng)用數(shù)值法。先將求解域離散，通過有限差分法求解數(shù)學(xué)物理方程的各節(jié)點(diǎn)的解。2、設(shè)計依據(jù)供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50027-2001)；建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范(JGJ/T111-98)；供水管井設(shè)計施工及驗收規(guī)范(CJJ10-86)；建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)；建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50300-2001)；城市地下水動態(tài)觀測規(guī)程（CJJ/T 76-1998）；基坑降水手冊，中國建筑工業(yè)出版社，上海長凱巖土工程有限公司2006.04基坑工程手冊，中國建筑工業(yè)出版社，2009.11 圍護(hù)設(shè)計資料

15、。3、地下水滲流數(shù)值理論求解地下水問題就可以簡化為求解地下水在多孔介質(zhì)中流動的問題，可以用下述地下水流連續(xù)性方程及其定解條件式來描述地下水的三維非穩(wěn)定滲流規(guī)律。根據(jù)與場地相適應(yīng)的水文地質(zhì)條件，可建立下列與之相適應(yīng)的地下水三維非穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型：多孔介質(zhì)和流體不可壓縮時非恒c西滲流場求解的偏微分控制方程為： （7）承壓含水層潛水含水層其中：； 承壓含水層潛水含水層 ； 式中：S貯存系數(shù)；Sy給水度；M承壓含水層厚度(m)；B潛水含水層地下水飽和厚度(m)。kxx、,kyy、kzz各向異性主方向滲透系數(shù)（m/d）；H點(diǎn)（x,y,z）在t時刻的水頭值（m）； W源匯項(1/d)。定解條件為：初始條件

16、： (8)邊界條件： (9)式中：H0（x,y,z,t）點(diǎn)（x,y,z）處的初始水位（m）；一類邊界條件；H1（x,y,z,t）點(diǎn)（x,y,z）在t時刻的邊界已知水位（m）。對整個滲流區(qū)進(jìn)行離散后，采用向后差分法將上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，就可得到數(shù)值模型，根據(jù)抽水井、觀測井?dāng)?shù)據(jù)資料，采用地下水三維非穩(wěn)定流有限差分法反演求取相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。4、承壓水降水引起地面沉降理論當(dāng)在飽和粘性土弱透水層上下方的含水層降水時，水壓力下降，但土層的總應(yīng)力基本保持不變，忽略地下水體的擴(kuò)散和含水層組的壓密使水分的轉(zhuǎn)移。此時，孔隙水壓力降低，粒間有效應(yīng)力增加，使得土層壓密。含水砂層因有良好透水性，其中有效應(yīng)力的增加等

17、于水壓的降低，含水層一般可作彈性體看待，所以其壓密是瞬時發(fā)生的。對于弱（或不）透水的飽和粘性土層，其中水的垂直滲透與孔隙水壓力隨時間的變化極為緩慢，孔隙水壓力隨時間衰減的性質(zhì)使估算或預(yù)測含水層組的壓密問題復(fù)雜。其中有效應(yīng)力的增加，產(chǎn)生二種力學(xué)效應(yīng)，即：因地下水位的波動改變了土粒間的浮托力；因承壓水頭改變在土層中引起了滲透壓力。由于含水層中水壓降低，造成含水層頂板、底板飽和粘性土層上下二端邊界上的水壓差，破壞了原來土層中孔隙水壓力的平衡狀態(tài)。這時，粘性土層的孔隙水在壓力差作用下向含水砂層排水，直至孔隙水壓力逐漸消散進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。理論上，當(dāng)時間達(dá)到t時，土中各點(diǎn)孔隙水壓力處于新的平衡狀態(tài)，各點(diǎn)

18、水力坡度為定值，不再有水分排出，滲透壓力對土層的壓密作用也暫告終結(jié)。承壓水降水所引起的地表沉降包括三部分：瞬時沉降；固結(jié)沉降；因土體流變所產(chǎn)生的次固結(jié)沉降。由于次固結(jié)沉降一般在主固結(jié)完成后才明顯顯現(xiàn)，且要求荷載作用時間較長，因此，主要考慮承壓水降水引起的地表沉降為主固結(jié)沉降，根據(jù)分總和法進(jìn)行。按照該規(guī)范，因地下水下降引起的土層附加荷載，可按下式計算：P =w（h1-h2）式中：P 為降水引起的土層附加荷載(KPa)；h1為降水前土層的水頭高度(m)；h2為水位下降后的水頭高度(m)；w 為水的重度(KN/m3)。按下式依次計算每一地下水位差值下某土層最終沉降值s(m)按選定時差計算每一水位差作

19、用下的沉降量（mm）。式中：a1-2為土層壓縮系數(shù)(KPa)；E1-2為壓縮模量(KPa)；H為計算土層厚度(m)； e0固結(jié)開始前土體的孔隙比。四、降水評估模型建立根據(jù)擬建場地的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及開挖深度等因素，本次評估工作采用Processing Modflow 軟件進(jìn)行三維滲流數(shù)值計算，為減壓降水設(shè)計提供理論依據(jù)。本次承壓水減壓降水設(shè)計中，減壓降水目的層主要為1和2粉細(xì)砂層?？紤]到降水過程中，上覆潛水含水層將與下伏承壓含水層組之間將發(fā)生水力聯(lián)系，因此，將上覆潛水含水層、弱透水層以及下伏深層承壓含水層組一起納入模型參與計算，并將其概化為三維空間上的非均質(zhì)各向異性水

20、文地質(zhì)概念模型。為了克服由于邊界的不確定性給計算結(jié)果帶來隨意性，定水頭邊界應(yīng)遠(yuǎn)離源、匯項。通過試算，本次計算以整個基坑的東、西、南、北最遠(yuǎn)邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，向外擴(kuò)展約400m，即實際計算平面尺寸約為900920m2，四周均按定水頭邊界處理。在本次降水評估計算中，潛水初始水頭取為-0.79m，承壓水初始水頭取-5.00m（相對標(biāo)高，下同）。1、含水層的結(jié)構(gòu)特征本次數(shù)值模擬計算采用的含水層三維模型，即水文地質(zhì)概念模型。地層從上到下，依次劃分為9層，將模擬區(qū)每層剖分為122行、122列，剖分網(wǎng)格共133956個，如圖2所示。圖2 單層離散模型網(wǎng)格剖分圖2、模型參數(shù)特征根據(jù)各土層滲透系數(shù)參考勘察報告內(nèi)容以

21、及本工程鄰近基坑抽水試驗結(jié)果進(jìn)行綜合取值。具體數(shù)值參見表1：表1 模型含水層初始條件數(shù)據(jù)層號土層名稱滲透系數(shù)平均值（m/day）初始水位標(biāo)高（m）水平垂直2雜填土22-0.791粘土0.070.05-0.792淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土0.070.05-0.791粉細(xì)砂1814-52粉細(xì)砂2820-53、水力特征地下水滲流系統(tǒng)符合質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律；含水層分布廣、厚度大，在常溫常壓下地下水運(yùn)動符合達(dá)西定律；考慮淺、深層之間的流量交換以及滲流特點(diǎn)，地下水運(yùn)動可概化成空間三維流；地下水系統(tǒng)的垂向運(yùn)動主要是層間的越流，三維立體結(jié)構(gòu)模型可以很好地解決越流問題；地下水系統(tǒng)的輸入、輸出隨時間、空間變化參數(shù)隨空

22、間變化，體現(xiàn)了系統(tǒng)的非均質(zhì)性，但沒有明顯的方向性，所以參數(shù)概化成水平向各向同性。綜上所述，模擬區(qū)可概化成非均質(zhì)水平向各向同性的三維非穩(wěn)定地下水滲流系統(tǒng)。模擬區(qū)水文地質(zhì)滲流系統(tǒng)通過概化、單元剖分，即可形成為地下水三維非穩(wěn)定滲流模型。4、模擬期及應(yīng)力期確定本次數(shù)值模擬的模擬期360天，根據(jù)土方開挖時間，將整個模擬期劃分為5個計算周期，分別為30天，30天，30天，90天和180天。周邊止水帷幕分別取35.5m和50m兩種情況進(jìn)行對比分析。在每個計算周期中，所有外部源匯項的強(qiáng)度保持不變。5、邊界條件處理在本次基坑降水模擬中，模型邊界在降水井影響邊界以外。故可將模型邊界定義為定水頭邊界，水位不變。五、

23、降水評估分析按照現(xiàn)有降水井的設(shè)計，按需開啟降水井減壓，控制安全水頭埋深，提高坑內(nèi)降壓效率的同時，保證對周邊環(huán)境的影響在合理范圍。在現(xiàn)有基坑降壓設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，建立基坑設(shè)計階段降壓降水的三維整體滲流模型，進(jìn)行基坑降壓計算分析，預(yù)測評估基坑施工階段在一定隔水邊界條件下坑內(nèi)減壓降水對周邊環(huán)境條件的影響。根據(jù)不同的地層情況及圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況，建立三維地下水滲流模型，選擇不同的抽水流量，計算基坑內(nèi)地下水水位分布規(guī)律和地層沉降情況分布規(guī)律如下。降水計算止水帷幕為-35.5m：圖3 基坑降水井運(yùn)行30天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高） 圖4 基坑降水井運(yùn)行60天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高） 圖5 基坑降水井運(yùn)行90天后水

24、位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高） 圖6 基坑降水井運(yùn)行180天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高） 圖7 基坑降水井運(yùn)行360天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高）由圖4至圖7可見，止水帷幕為35.5m時，降水井運(yùn)行30天、60天、90天、180天及360天后，井內(nèi)水位分別維持在-9.3-9.5m ，-13.9-14.4m ，-18.4-19.7m ，-18.4-21.2m ，-18.3-22.0m（相對高程）。止水帷幕為50m： 圖8 基坑降水井運(yùn)行30天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高） 圖9 基坑降水井運(yùn)行60天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高）圖10 基坑降水井運(yùn)行90天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高）圖11 基坑降水井運(yùn)行180天后水位標(biāo)高圖（相

25、對標(biāo)高）圖12 基坑降水井運(yùn)行360天后水位標(biāo)高圖（相對標(biāo)高）由圖8至圖12可知，止水帷幕為50m時，降水井運(yùn)行30天、60天、90天、180天及360天后，井內(nèi)水位分別維持在-9.3-9.4m ，-13.8-14.1m ，-18.4-19.7m ，-18.4-20.2m ，-18.4-20.3m（相對高程）。2、降水引起的地表沉降預(yù)測根據(jù)勘察報告提供土層的相關(guān)資料與以上計算水位降深，表2為土層物理性質(zhì)參數(shù)。經(jīng)過擬合后對降水設(shè)計的沉降進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果如圖13至圖17。表2 沉降預(yù)測計算中土層物性參數(shù)表 層號土層名稱統(tǒng)計指標(biāo)壓 縮 指 標(biāo)a12(1/MPa)Es(MPa)2雜填土平均值0.722.

26、11粘土平均值0.415.002淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土平均值0.573.951粉細(xì)砂平均值0.1611.22粉細(xì)砂平均值0.1810.2 止水帷幕為-35.5m： 圖13 降水井運(yùn)行30天后地鐵一號線地層沉降云圖圖14 降水井運(yùn)行60天后地鐵一號線地層沉降云圖圖15 降水井運(yùn)行90天后地鐵一號線地層沉降云圖 圖16 降水井運(yùn)行180天后地鐵一號線地層沉降云圖圖17 降水井運(yùn)行360天后地鐵一號線地層沉降云圖由圖13至圖17可以看出，降水井運(yùn)行360天以后，降水引起的基坑周邊及地鐵區(qū)間隧道上方地面最大沉降詳見下表：表3 基坑降水引起的周邊最大沉降一覽表項目東側(cè)南側(cè)西側(cè)北側(cè)30天地面沉降（mm）2.42.72.62.660天地面沉降（mm）5.15.65.75.690天地面沉降（mm）7.78.78.68.5180天地面沉降（mm）7.98.88.78.6360天地面沉降（mm）10.06.78.69.0表4 基坑降水引起地鐵一號線上方地面最大沉降一覽表項目地鐵一號線區(qū)間隧道左線地鐵一號線區(qū)間隧道右線30天隧道下方沉降（mm）0.790.7360天隧道下方沉降（mm）1.971.9290天隧道下方沉降（mm）2.892.88180天隧道下方沉降（mm）2.992.94360天隧道下方沉降（mm）3.313.25止水帷幕