上海地区深基坑降水及环境效应课件

上海地区深基坑降水及环境效应上海地区深基坑降水及环境效应l地下水对地下工程的主要影响地下水对地下工程的主要影响l深基坑降水的若干类型深基坑降水的若干类型l降水引起的地面沉降降水引起的地面沉降l工程案例分析工程案例分析1、地下水对地下工程的主要影响、地下水对地下工程的主要影响1.1 基坑突涌破坏基坑突涌破坏(承压水承压水)当基坑开挖深度足够大，承压含水层顶板以上土层的重量不足以抵抗承压含水层顶板处的承压水头压力时，基坑开挖面以下的土层将发生突涌破坏。1、承压水对地下工程的主要影响、承压水对地下工程的主要影响1.2 环境岩土工程问题环境岩土工程问题减压降水后，在承压含水层中形成了水位降落漏斗，必然在基坑周围引起地面变形。地面沉降的分布形态与承压水降落漏斗的分布形态基本上相似的。1、承压水对地下工程的主要影响、承压水对地下工程的主要影响1.3 围护结构开裂、空洞引起的流砂围护结构开裂、空洞引起的流砂(潜水、承压水潜水、承压水)在砂层、粉砂层、砂质粉土或其他透水性较好的夹层中，止水帷幕或围护墙因开裂、空洞等，致使大量的地下水夹带砂粒涌入基坑，坑外产生水土流失。1、承压水对地下工程的主要影响、承压水对地下工程的主要影响1.4 坑底砂性土层的管涌破坏坑底砂性土层的管涌破坏(潜水、承压水潜水、承压水)在砂性土层中开挖基坑，如不采取井点降水措施或井点降水未达到预定效果，在坑内外水头差作用下，基坑底部可能产生冒水翻砂现象。1、承压水对地下工程的主要影响、承压水对地下工程的主要影响1.5 地下结构抗浮问题地下结构抗浮问题(潜水、承压水潜水、承压水)降水工程结束后，地下结构的重量以及基础底面至承压含水层顶板之间的残留土层的重量不足以抵抗承压水头的顶托力或潜水含水层的浮力时，地下结构将会发生上浮。一旦发生了上浮现象，地下结构的复位将十分艰难。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1 浅层潜水疏干降水浅层潜水疏干降水 l 封闭型浅层潜水疏干降水l 敞开式浅层潜水疏干降水2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水封闭型浅层潜水疏干降水 l工程特点工程特点 基坑周边设置止水帷幕；坑底以下有较厚隔水层，阻隔下伏承压含水层的水力联系；围护结构：重力坝、复合土钉墙、SMW工法桩墙等；渗流问题：有界潜水含水层井流。l降水目的降水目的 潜水位下降至坑底以下0.501.00m；便于挖土与施工。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水封闭型浅层潜水疏干降水井点平面布置形式2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水封闭型浅层潜水疏干降水q渗流计算渗流计算：根据基坑内侧地下水静储量及地区经验，估算需要 排除的水量。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水敞开式浅层潜水疏干降水 l工程特点工程特点 基坑开挖深度浅；基坑周边无止水帷幕；坑底以下有较厚隔水层，阻隔下伏承压含水层的水力联系；围护结构：纯土钉墙、放坡开挖等；渗流问题：无界潜水含水层井流。l降水目的降水目的 潜水位下降至坑底以下0.501.00m；便于挖土与施工。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水敞开式浅层潜水疏干降水 l渗流计算渗流计算2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水敞开式浅层潜水疏干降水 l渗流计算渗流计算计算公式一：适用条件：2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水敞开式浅层潜水疏干降水 l渗流计算渗流计算计算公式二：适用条件：根据 按标准曲线图确定2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2 深层承压含水层减压降水深层承压含水层减压降水 l 基坑内侧减压降水l 基坑外侧减压降水2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.1 承压含水层减压降水的必要性承压含水层减压降水的必要性 基坑开挖面以下，当承压含水层顶板处的土的自重应力小于承压水头压力时，必须降低承压含水层水头，以防止基坑底面发生突涌、流土现象。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.1 承压含水层减压降水的必要性承压含水层减压降水的必要性 基坑开挖面已到达承压含水层顶板以下，必须将承压水头降至基坑底面以下，以防止坑底发生管涌、流土现象。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.2 基坑外侧减压降水基坑外侧减压降水 情形情形1：隔水帷幕未进入减压降水目的含水层的顶板以下，宜优先考虑选用基基坑外侧减压坑外侧减压降水降水。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.2 基坑外侧减压降水基坑外侧减压降水 情形情形2：隔水帷幕进入减压降水目的含水层中，但含水层中隔水帷幕的长度较小。宜优先考虑选用基坑外基坑外侧减压降水侧减压降水。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.3 基坑内侧减压降水基坑内侧减压降水 情形情形3：隔水帷幕进入减压降水目的含水层中，且含水层中隔水帷幕的长度较大。宜选用基基坑内侧减压降坑内侧减压降水水。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.3 基坑内侧减压降水基坑内侧减压降水 情形情形4：隔水帷幕完全贯穿减压降水目的含水层。宜选用基坑内基坑内侧减压降侧减压降水水。潜水位潜水位潜水含水层弱透水层承 压 含 水 层(半隔水层)潜水含水层弱透水层(半隔水层)基坑底面围护结构围护结构减压井减压井承压水位承压水位dl(l-d)弱透水层(半隔水层)承 压 含 水 层QQ承 压 含 水 层2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.4 坑内降水与坑外降水的工程特点坑内降水与坑外降水的工程特点 1、坑内降水、坑内降水减压井布置在坑内减压井布置在坑内 a.开挖施工不便；开挖施工不便；b.井管暴露长度较大时，需设置支架固定井管；井管暴露长度较大时，需设置支架固定井管；c.后期封井难度大；后期封井难度大；d.减压井过滤器的埋设深度不超过隔水帷幕的深度；减压井过滤器的埋设深度不超过隔水帷幕的深度；e.有利于控制减压降水对环境的不利影响。有利于控制减压降水对环境的不利影响。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.4 坑内降水与坑外降水的工程特点坑内降水与坑外降水的工程特点 2、坑外降水、坑外降水减压井布置在坑外减压井布置在坑外 a.对施工影响小对施工影响小 b.减压降水对环境的不利影响较大减压降水对环境的不利影响较大2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.5 坑内降水与坑外降水的对比分析坑内降水与坑外降水的对比分析 坑内或坑外降水以井布置在坑内或坑外进行区分，只是形式上的区别。坑内减压降水：不仅抽水井布置在坑内，而且过滤器底端的深度不超过基坑隔水帷幕的深度。坑外减压降水：不仅抽水井布置在坑外，而且过滤器顶端必须位于基坑隔水帷幕的下方。2、基坑降水的若干类型、基坑降水的若干类型2.2.6 减压降水的渗流计算减压降水的渗流计算 减压降水引起的地下水渗流计算，主要可分为两类，即：解析解计算和有限元数值解计算。解析解计算：含水层基本均质、等厚度、侧向无限延伸，且采用坑外减压降水方法时，可以采用理论解析解计算。有限元数值解计算：当含水层呈现非均质、厚度变化大、边界条件复杂时，可建立合适的二维或三维地下水渗流模型，利用其数值解计算。3、基坑降水引起的地面沉降、基坑降水引起的地面沉降3.1 降水引起地面沉降的机理分析降水引起地面沉降的机理分析 研究表明：井点降水(抽汲地下水)引起地层压密而产生的地面沉降，是由于含水层(组)内地下水位下降，土层内液压降低，使粒间应力，即有效应力增加的结果。降水引起的应力场变化示意图3、基坑降水引起的地面沉降、基坑降水引起的地面沉降3.2 降水引起地面沉降的估算方法降水引起地面沉降的估算方法u经典弹性地面沉降理论u准弹性地面沉降理论u粘弹性地面沉降理论流变学理论u弹塑性地面沉降理论流变学理论4、减压降水工程实例、减压降水工程实例4.1 M4线董家渡修复工程减压降水线董家渡修复工程减压降水(坑内降水坑内降水)工程概况：工程概况：M4线董家渡修复工程，包括东、中、西三个超深明挖基坑。超深基坑开挖主要集中在浦西董家渡一块狭小区域内实施，周边建筑密集，交通繁忙。基坑采用厚1.20m、深65.00m的地下连续墙作为围护结构，开挖深度达38.0041.00m，采用9道(东端头井10道)钢筋混凝土支撑体系。减压抽水井设置在基坑内侧；井点滤管埋置深度小于地下连续墙的入土深度；基坑内布井55口。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例工程特点：工程特点：l深层承压含水层组厚度大(第一、二、三承压含水层连通，含水层组总厚度达116.00m)、水量大；l地下连续墙进入承压含水层顶板以下约30.00m；l基坑周边建筑环境要求高；l连续墙底以上，基坑内、外侧的承压含水层呈半连通状态。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例M4线降水工程进展：线降水工程进展：l基坑开挖：基坑开挖：东基坑施工已进入尾声，西基坑和中基坑也开挖到20.00m左右。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例M4线降水工程进展：线降水工程进展：l降水效果：降水效果：目前坑内降水运行正常。坑内水位一直控制在基坑开挖面以下。坑外水位降深：坑外水位观测孔内的最大水位降深为4.00m左右。原设计计算(运用三维有限元渗流模型)的坑外水位降深5.00m左右。模型计算结果与实际水位降深基本一致。坑内坑内40口减压井抽水时的地下水位等值线图口减压井抽水时的地下水位等值线图坑内坑内40口减压井抽水时的基坑纵剖面地下水渗流场模拟图口减压井抽水时的基坑纵剖面地下水渗流场模拟图4、减压降水工程实例、减压降水工程实例M4线降水工程进展：线降水工程进展：l地面沉降及地下连续墙变形：地面沉降及地下连续墙变形：监测资料表明，目前地下连续墙变形正常，控制在设计范围内，坑外地面沉降正常。开挖单元地下连续墙的渗漏情况正常，未发现有较大的渗漏点。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例M4线降水工程进展：线降水工程进展：l周边环境：周边环境：M4线监测点设立以来(2003-8-10)，至2006年6月30日，累计最大沉降值为：临江大厦J6点-24.35mm，南浦大桥上匝道S4点-26.15mm，董家渡路D11点 -17.10mm，中山南路D4点-9.66mm，防汛墙F3点 -9.87mm。目前沉降值变化不大。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例 结论：结论：基坑外侧的承压地下水位降深小于 5.00m，证明了地下连续墙对地下水渗流的阻隔作用。基坑内外的地下水位相差较大，达到了降水设计的目的。针对本工程的结构特点及水文地质特征，采用基坑内侧减压降水，对周边建筑及环境的影响较小。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例4.2 上海环球金融中心减压降水上海环球金融中心减压降水(坑外降水坑外降水)工程概况：工程概况：l上海环球金融中心塔楼地上101层，地面以上高度为492.00m，地下3层。l塔楼区基坑为直径达100.00 m的圆形基坑，面积约7855.00m2。l围护结构采用厚1.00m的地下连续墙，连续墙深度为34.00m。开挖深度为17.7525.49m。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例周边环境：周边环境：场地西侧为东泰路和88层金茂大厦，相距40.00m，北侧为世纪大道，离建筑红线约50.00m处地面下有正在运营的M2线地铁和银城路地道；东侧和南侧为公园规划用地及银城东路和银城南路。周边地下管线众多。基坑内设置环形支撑，坑内抽水井管固定困难地层剖面、基坑剖面与降水井结构地层剖面、基坑剖面与降水井结构基坑及井群平面布置图基坑及井群平面布置图4、减压降水工程实例、减压降水工程实例工程特点：工程特点：l深层承压含水层组厚度大(第一、二、三承压含水层连通，含水层组总厚度达116.00m)、水量大；l地下连续墙进入承压含水层顶板以下仅6.00m；l基坑周边建筑环境要求高；l基坑内、外侧的承压含水层几乎呈全连通状态。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例降水方案：降水方案：减压抽水井设置在基坑外侧(坑外14口)；井点滤管埋设位置位于地下连续墙的下方；基坑内布置2口减压井，作为坑内超深基坑开挖施工阶段的备用减压井(按专家组意见增设)。4、减压降水工程实例、减压降水工程实例降水效果：降水效果：第一阶段降水：基坑开挖深度约为17.75m。降水运行从2004.62004.11.5。第二阶段降水：开挖深度为17.7525.49m。降水运行从2004.11.52005.3.16。降水运行历时9个月左右，承压水水位控制在开挖面以下1.00m左右，确保了基坑开挖安全，同时降水对周边环境的影响也控制在最小程度内。说明：H-基坑开挖面标高 G1-地下承压水水位标高 S6-东泰路上水管 M6-东泰路煤气管D5-东泰路电缆管 S17-世纪大道上水管 J1-世纪大道立交 J15-银城东路立交F1-业主建筑承压含水层地下水渗流场模拟图承压含水层地下水渗流场模拟图感谢大家！欢迎批评指正！SGIDI