第四章基坑開挖工程
第一節工程地質情況及工程特點
1.1工程地質及水文地質情況
1.1.1場區概況
規劃建設的奧林匹克公園在地貌上處於永定河衝洪積扇的中部，且位於清河古河道和金鉤河古河道之間的臺地區。整個臺地區地勢西北高東南低，地形相對平緩，平均坡度為1%，地面標高約在47m～43m之間。擬建國家體育場的規劃建設場區的地形較平坦，地面標高在44.
86m～46.32m之間。
根據規劃建設場地周邊揭示基岩的深層地質資料，本場區一帶的第四紀地層厚度（相當於第三紀基岩埋深）約在200m左右，自然地面以下至基岩頂板之間第四系地層岩性以粘土性、粉土與砂卵石土互動層為主。
規劃場區內地下人工設施可能有電力、通訊電纜，上、下水管道等，地下設施的具體位置及埋深有待進一步深入調查測繪。
1.1.2 土質及岩性基本特性
根據勘察資料、地質年代 ，將勘探深度範圍的地層劃分為人工堆積層及第四紀沉積層兩大類，按土層的物理力學性質及工程特性進一步可劃分為12個大層，各土層基本岩性特徵及物理力學性質指標參見「地層岩性特徵一覽表」。
附表4-1 地層岩性特徵一覽表
1.1.3水文地質條件
1.1.3.
1工程場區水文地質特徵：北京市淺層地下水位按照淺層地下水的賦存分布特徵及對地下工程的影響，北京市區劃分為三個工程水文地質大區（ⅰ、ⅱ、ⅲ），再細分為七個亞區（ⅰaⅰb ⅰcⅱaⅱb ⅲaⅲb 。）國家體育場規劃場區位於北京市區工程水文地質分割槽ⅰa亞區。
文中「淺層地下水」的涵義，是對建築工程設計與施工有影響地下水層位而言，一般指賦存地表下不深於30m～50m的各層地下水。在針對一般建設工程的勘探、測試、評價，沒有必要涉及埋藏更深的地下水。ⅰa亞區的區域水文地質特徵及「北京市淺層地下水長期觀測網」的資料表明：
國家體育場規劃建設場區地表以下 50m深度範圍內的一般分布有3層地下水：第一層地下水型別為台地潛水；第二層地下水型別為層間水；第三層地下水型別為承壓水。
1.1.3.2本次勘察期間，於鑽孔實測到上述3層地下水位，觀測結果參見下表：
附表4-2 地下水位量測結果表
1.1.3.3淺層地下水成因及動態變化一般規律
規劃建設場區賦存的台地潛水的天然動態型別為滲入～蒸發、徑流型；其水位年動態變化規律一般為：6月份～9月份水位較高，其它月份相對較低，年自然變化幅度一般小於2m。
規劃建設場區賦存的層間水的天然動態型別為滲入～徑流型；其水位年變化幅度一般為1m左右。
規劃場區賦存的承壓水天然動態型別屬滲入～徑流型；其水位動態變化規律一般為：11月～來年3月份水位較高，其它月份相對較低，年自然變化幅度約為4m～5m。
1.1.3.
4歷史高水位記錄：根據地下水長期觀測資料，該規劃建設場區在歷史最高地下水位標高為44.00m左右（發生在2023年，當年的降水量1406m）；近3～5年的最高地下水位標高為44.
5m左右。
1.1.3.
5地下水腐蝕評價 ：第1層（台地潛水）、第2層（層間水）及第3層（承壓水）地下水水質對混凝土結構均無腐蝕性，但在乾濕交替情況下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性。
1.2工程特點及難點
1.2.1國家體育場建築面積大，分部工程多，工序複雜，交叉施工，施工組織難度大。應合理設定工程進度里程碑控制點。
1.2.2土方工程量大，施工土方包括土方的外運及回填。
外運土方約83萬立方公尺（包括球場及跑道區需置換土方），回填量約22萬立方公尺。基坑深度暫定7.8公尺。
支護面積約15000平方公尺。
1.2.3工期緊張，本工程為奧運會主會場，工程必須按時交付使用，工期絕不能拖延。
考慮到鋼結構施工的難度及場館試執行至萬無一失需要充足的時間，因此，基礎土方工程施工工期應盡量壓縮，為後續工序創造充分條件。
1.2.4施工場區外圍市政道路條件不理想：
場區南側與北四環路無入口，土方運輸車輛不能進入四環路；東側為北辰東路，社會車輛特別多，交通流量大，不能保證施工車輛通行順利；西側為地鐵施工場區，與國家體育場同時施工，交通肯定帶來不便。
1.2.5場區面積大，市政管網、房基等地下設施肯定大量存在，施工前應充分了解規劃場區地下障礙物情況，施工時應予以保護或拆除。
第二節降水施工方案
2.1 降水方案的選擇
2.1.1地下水位情況
考慮到基坑開挖受到台地潛水及層間水的影響，故需對基坑進行降水處理，以保證基礎施工在無水條件下進行。
附表4-3 場區對施工有影響的地下水位
目前大面積基坑開挖所受到影響的地下水是台地潛水，若有區域性加深，則受到層間水的影響。
2.1.2 降水方案的確定：
根據水文情況及工程特點擊擇降水方案。適宜本工程特點的降水方案有以下兩種：「輕型井點」及「多維滲降」。
本工程的降水方案將對上述工法進行比較、選擇。
2.1.2.1輕型井點法：成熟工法。採用機械成孔，下放濾管，通電抽水，形成「降水漏斗」的降水方法，適宜降水深度為7.0m以內。
2.1.2.2多維滲降法：新型工法。在場區降深處打水平滲流管，利用自然勢能降水，水不外排，無需電力，無能耗損失。
根據該工程的實際情況，經可行性與經濟性研究比較，採用「多維滲降法」施工更為適宜。
2.2多維滲降法施工
2.2.1工藝流程
該工藝無施工泥漿造成的環境汙染，同時避免了大量抽取地下水造成的水資源浪費，降水靠自然勢能滲降降水，維持期間無需電力、人員維護等能源損耗。屬環保節能型降水工法。原理是建造地下滲濾排水裝置，改變場地地下水位、流向、流量等動態，讓其在基坑外、基坑底形成新的動態均衡，達到有利於建築施工的人造水文地質環境的目的。
首先在建築物外圍做豎向滲降集水井，利用集水井在需降水層面打水平滲濾排水管，使地下水自滲流入管內，引至滲降集水井，滲入下層透水層中。基坑降水完成後，可繼續保持降水狀態，避免水位大幅度上公升，對建築物基礎部分有好處。或可改裝成地下集水裝置，經淨化後，作為綠化環保用水、空調水等。
2.2.2 設計
2.2.2.1滲降集水井
滲降水井型別有兩種：第一種是預製鋼筋混凝土管井，外徑1200mm，內徑1000mm，壁厚100mm，井管長13.0～14.
0m，井管底部進入砂層1.0m。井管混凝土強度等級c25。
井管下部設滲排水孔，孔徑100mm。第二種為現澆混凝土井管，外徑1200～1400mm，內徑1000～1200mm，壁厚100mm，每節管長1.0m，井管長13～14m，井管底部進入砂層1.
0m。混凝土強度等級c20。井管下部設滲排水孔，孔徑100mm。
2.2.2.
2滲濾排水管：滲排水孔孔徑85～90mm，長3.0～6.
0m，位置根據含水層深度確定。滲濾排水管採用pvc材料，管徑80mm，單節管長800mm，總長3.0～6.
0m。管上設滲水孔，孔徑10mm，孔位從端頭開始，孔距70mm，每排設4個孔。管外包貼60目尼龍濾網，管間用插接頭連線。
詳見降水剖面圖。
2.2.3施工
2.2.3.
1井位布置：滲降集水井布置兩圈，外圈在基坑外側5.0m，共布井90口。
內圈在中心區，距基坑邊3.0m，共布井20口。詳見降水、支護平面布置圖。
2.2.3.
2滲降集水井施工：預製滲降水井管用1200～2000kn步履式靜壓機壓井管，壓至預定深度，人工將井管內土方清除乾淨。現澆井管採用人工挖孔，按設計規格成孔後，支撐鋼模板澆注混凝土井壁，初凝後繼續下挖成井至設計深度。
2.2.3.3滲濾排水管施工： 按設計確定的孔位採用微型鑽孔器鑽孔至設計長度，清除孔中虛土。將事先做好的滲濾水管分段安裝。
2.2.4特殊情況處理：待詳細地勘報告出來後，根據地下水位、水量情況，對降水井的深度、井距進行調整，同時在場地中心適當布置滲水井。
第三節土方工程施工方案
3.1土方施工特點
本工程±0.00= 45.50m，在本方案中，基坑底標高暫定為-7.
80m，預計總土方量約為83萬m3。地處北辰東路與北辰西路之間，屬擬建奧林匹克公園，與幾個擬建工程同時施工，場地非常擁擠；從施工場地往外運土目前只有北辰東路，屬交通擁堵區，因此土方施工受交通條件限制，土方施工時間盡量與其它工程錯開。
為保證工程工期順利完工，土方施工高峰期日出土量應保證在1.3萬立方公尺，才能為以後工序創造有利條件。同時，體育場基座堆砌需大量土方，因現場場地條件限制，不可能將挖出的土方大量存放於施工現場，供基座回填，需與有關部門協商，將部分回填土方存放在現場附近臨時存土場（奧林匹克森林公園），所以要綜合考慮土方外運方案。
由於土方施工工程量大，為保證工程按期、有序地完成，施工現場應合理設定多個出入口及臨時施工道路。做到既保證工程施工順利進行，又將施工對周圍環境影響減少到最低程度。
3.2機械裝置的投入及運輸能力的分析
3.2.1 配合工程三通一平工作，進行第一次土方開挖（自然地坪～-1.
50m）：土方量大約16萬m3，平均一天出土量約為8000m3，按一台挖土機平均每天挖土1600 m3。卸土地點平均距工地現場15公里，一輛運土車往返一趟平均按1小時考慮，一輛車一天來回跑11次，平均每輛車的運輸能力為10m3/次，一輛車的每天的運輸能力為110m3，所需20天工期。
第四章小結
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