基坑工程降水及承压水减压控制技术问题.ppt

基坑工程降水及承压水减压控制技术问题 基坑工程降水及承压水减压控制技术问题 一 基坑中地下水的危害及降水对周边环境的影响评价二 基坑地下水渗流规律与基坑降水类型三 降水设计中几个问题四 降水井施工控制标准问题五 降水引起地面沉降问题六 基坑承压水减压控制技术问题 一 基坑地下水的危害及降水对周边环境的影响评价 1 坑底突涌 一 基坑地下水危害的表现形式 事故现场示意图 案例1河南某基坑突涌事故 某基坑地层 基坑以下详勘与事故勘察结果对比 案例2福州某桩基工程基坑突涌事故 基坑平面图 基坑突涌分析示意图 案例3上海金茂大厦基坑突涌事故 2 坑侧渗漏 潜水渗漏案例 案例4 上海地铁2号线某基坑渗漏形成盆状洼地 承压水渗漏沉陷区 案例5 上海地铁4号线某风井下部联络通道施工因冻结失效发生大范围流砂塌陷 3 底侧渗漏 4 坑底隆起 围护 踢脚 明显 案例6 上海某地铁车站基坑坑底隆起事故 5 降水诱发地层过量沉降 6 无围护结构 基坑斜坡滑移 坍塌 二 基坑地下水危害的成因类型地下水在基坑工程实施过程中危害按成因可分为流砂 管涌和基坑底隆起 而且主要发生在细颗粒 尤其是粉质粘土 粉土 粉砂等 饱和含水的土层中 1 土中粒径在0 01mm以下的颗粒含量在30 35 以上 并含有较多的片状 针状矿物 如云母 绿泥石等 和附有亲水胶体矿物颗粒 这样土的吸水膨胀性较高而比重较小 在不大的水流冲力下 细小颗粒即会发生悬浮流动 2 水力梯度较大 流速增大 动水压力超过了土颗粒的重量时 就能使土颗粒悬浮流动形成流砂 3 土的渗透系数较小时 排水条件不通畅 易形成流砂 4 砂土中 孔隙比愈大 愈容易形成 流砂形成条件 1 流砂 流砂破坏示意图 斜坡条件时地基条件时 原坡面 流砂后坡面 流砂堆积物 地下水位 建筑物原位置 流砂后建筑物位置 滑动面 流砂发生区 管涌 地基土在具有一定渗流速度 或梯度 的水流作用下 其细小颗粒被冲走 土中的空隙逐渐增大 慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道 从而掏空地基或坝体 使之变形 失稳 此现象即为管涌 管涌形成条件 土中粗细颗粒粒径比D d 10 土的不均匀系数d60 d10 10 两种互相接触的土层渗透系数之比k1 k2 2 3 渗流梯度大于土的临界梯度 管涌破坏示意图 斜坡条件时 地基条件时 基坑底的突涌 当基坑下有承压水存在 开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度 当它减少到一定程度时 承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板 造成突涌 抗承压水稳定性示意图 式中 水的重度 土的浮重度 承压水头高于含水层顶板的高度 基坑突涌产生的条件是基坑开挖后不透水层的厚度 三 降水对周边环境的影响评价 常熟路车站周边环境示意图 7号线常熟路 三 降水对周边环境的影响评价 二 基坑地下水渗流规律与基坑降水类型 一 基坑地下水渗流规律 工程降水案例 回P3 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 案例3 宝钢1880基坑降水工程 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 主要技术参数表1 泵站主体工程为一内径60m的圆井 坑内外水位差为10m 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 26 50 47 00 37 50 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 a 承压含水层顶部水位 b 承压含水层底部水位 承压含水层顶面及底面的水位立体图 连续墙周围地下水水位等降深线示意图 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 案例1 合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程 主要技术参数表2 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 坑内外水位相差 m 表3 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 案例2 复兴东路电缆隧道工作井降水工程 32 48 基坑深 44 30 连续墙深 60 00 粉砂 案例 宝钢1880基坑降水工程 主要技术参数 表4 案例 宝钢1880基坑降水工程 坑内外第一承压含水层 水位差 m 表5 案例3 宝钢1880降水工程 1880基坑地质 连续墙 降水井剖面图 案例3 宝钢1880降水工程 1880基坑抽水试验井平面布置图 分析以上案例 可见基坑地下水渗流有以下几种类型 1 第一类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 降水井 围护结构 隔水帷幕 潜水含水层或微承压含水层或承压含水层 隔水层 基坑围护结构深入隔水层 即含水层底板 中 井点降水以疏干基坑内的地下水为目的 见图 这类围护结构位于降水含水层以下 即潜水含水层底板之中 将基坑内的地下水与基坑外的地下水分隔开来 其地下水渗流特征 由于围护结构隔水 基坑内 外地下水无水力联系 降水时 基坑外地下水不受影响 因此 这类井点降水影响范围小 这种基坑在上海很普遍 一般基坑度小于10 15m 1 第一类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 2 第二类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 降水井 围护结构 隔水帷幕 潜水含水层 隔水层 承压含水层 弱透水层 2 第二类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 基坑围护结构深入隔水层 即含水层顶板 中 井点降水以降低基坑下部承压含水层的水头 防止基坑底板隆起或突水产生流砂为目的 见图 这类围护结构位于降水含水层以上 即承压含水层顶板之中 围护结构未将基坑内 外承压含水层分隔开 其地下水渗流特征 由于不受围护结构的影响 基坑内 外地下水连续相通 这类井点降水影响范围较大 但降落漏斗平缓 抽水引起的地面沉降为均匀沉降 这种基坑深度在上海一般大于15 20m 例如引水工程中的南市水厂降水工程 世界广场降水工程 人民广场地下变电站降水工程等 3 第三类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 降水井 围护结构 隔水帷幕 承压含水层 隔水层 弱透水层 潜水含水层 3 第三类基坑围护结构 隔水帷幕 周围的地下水渗流 基坑围护结构深入承压含水层中 井点降水的前期以降低基坑下部承压含水层的水头为目的 后期以疏干承压含水层为目的 这类围护结构位于降水含水层中上部 基坑内 外承压含水层大部分被围护结构隔开 仅含水层底部未被隔开 其地下水渗流特征 由于受围护结构的阻挡 上部基坑内 外地下水不连续 中下部或底部含水层连续相通 地下水呈三维流态 另外 由于井损 井内水位低于井壁外水位 而且 随着水位降深的加大 井内 外水位降相差越大 这类基坑深度比较深 在上海一般大于20 25m 例如合流污水治理工程中的的4 1标彭越浦泵站降水工程 吴泾 闵行污水外排工程3 1标降水工程 上海外环沉管隧道浦西岸边段降水工程 复兴东路电缆隧道工作井 M4号线董家渡修复段等 4 第四类基坑 无隔水帷幕 周围的地下水渗流 基坑周边无隔水帷幕 这类基坑渗流只受水文地质条件影响为平面渗流 在降水井附近为三维空间流 二 基坑降水类型 根据基坑渗流类型可以划分四种基坑降水类型1 第一类基坑工程降水 隔水帷幕深入降水含水层隔水底板的基坑降水这类降水设计依据的理论是带隔水边界的基坑平面渗流理论 降水方法采用管井抽水方法或加真空的管井抽水方法 也可以采取轻型井点 喷射井点抽水方法 该类降水对周边环境影响很小 2 第二类基坑工程降水 隔水帷幕未深入降水含水层中的基坑降水这类降水设计依据的理论是无界或者有补给边界的基坑平面渗流理论 降水方法采用管井抽水方法 该类降水对周边环境影响比较大 3 第三类基坑工程降水 隔水帷幕深入降水含水层中的基坑降水这类降水设计依据的理论是基坑空间渗流理论 降水方法采用管井抽水方法 该类降水对周边环境的影响取决于降水井的位置 滤管长度及其与隔水帷幕的关系 4 第四类基坑工程降水 无隔水帷幕的基坑降水这类基坑深度浅 无隔水帷幕 降水设计依据的理论是潜水含水层平面渗流理论 降水方法可采用轻型井点 喷射井点或真空管井抽水方法 该类降水对周边环境影响比较大 三 降水设计中的几个问题 降水井布设比较表6 一 降水井的设置 1 降水井的平面布设 坑外水位 2m 3 2 1 坑内水位 2 连续墙深度与降水井深度的关系 坑内降水时坑内地下水水位与连续墙深度的关系 1 深井井管 2 隔水帷幕 3 地下管线 4 坑外建筑物基础 4 连续墙入土深度与降水井深度的关系表7 案例 二 降水井深度问题 传统方法确定降水井深度公式为 式中各项见图 降水井深度 m 地面至基坑底面的距离 m 基坑底面至降低后的地下水位距离 一般取h 0 5 2m 水力梯度 环形井点系统J 1 8 1 10 单排井点系统J 1 4 1 5 降水井至基坑中心的水平距离 m 过滤器工作部分长度和沉淀管的长度 m L H1 h l H 700 1000 200 J 1 10 水流通过滤水管的滤网和圆孔 进入滤水管水流与滤水管已有水流的作用 沿程的流量和流速不断增加 滤水管内部的磨阻 由上式设计的井深往往偏小 尤其是比较深井的降水 其原因是该方法没有考虑地下水流经滤水管的损失 即井损 主要来自四个方面 井内水位降深 井内流量 渗透系数 含水层厚度 影响半径 滤水管半径 当吸水管位于滤水管顶端时 为滤水管的直径 即 当吸水管位于滤水管内时 为吸水管半径 当吸水管位于滤水管顶端时 为滤水管的断面积 即 当吸水管位于滤水管内时 滤水管的磨阻系数 重力加速度 分析上式 井内水位降深是由两部分组成 一是与无关的常数项即 裘布依单井公式 它代表了流量经过含水层输送到滤水管外壁的水头损失 是与的一次方成正比 二是与有关的函数 即 代表了滤水管的水头损失 即井损 前面的 号代表吸水管位于滤水管顶端 代表吸水管位于滤水管内 而滤水管内的水头损失又有两种原因造成的 原因1 水流的摩阻损失 这一损失是的三次方的函数 经试验验证在降水井深度设计中应该考虑井损 采用以下公式 井的水头损失 即井损 m 原因2 水流的增量加速度运动引起的损失 这一损失是的二次方的函数 降水井数量 井的间距根据渗流规律选用公式计算 考虑安全性确定 三 降水井数量 例如在上海地区不考虑隔水帷幕影响情况下 粉质粘土 200m2一口井 砂质粉土 井间距10 15m 粉细砂 井间距15 20m 四 降水井施工控制标准问题 1 滤管孔隙率问题 孔隙率不得小于18 20 2 滤料规格问题 砂质粉土0 25mm 2 0mm粉砂 粉细砂0 5 2 0mm 3 洗井问题 活塞洗井加空气压缩机洗井4 单井出水量在没有帷幕影响情况下 砂质粉土2 5m3 h粉砂8 15m3 h粉细砂50 100m3 h 5 含砂量1 5万 1 2万 体积比 五 降水引起地面沉降问题 第一组建筑物沉降曲线 粉质粘土 11淤泥质粉质粘土 1 1粘土 2 2粉质粘土 粉质粘土 1砂质粉土 2粉砂 淤泥质粘土 粉质粘土 上海某号线上行线沉降观测曲线 2 第二组土体沉降与地面沉降曲线 日期 J32 5M 10M 15M 20M 25M 30M 35M 45M 40M 杂填土 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粘土 a粘土 2粉质粘土 粉质粘土 粉砂 地层 上海复兴东路电缆隧道分层沉降 2 第二组土体沉降与地面沉降曲线 J31 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 45m 40m 日期 1999 2000 上海复兴东路电缆隧道分层沉降 地层 人工填土 粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粘土 砂质粉土 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 砂质粉土 粉细纱 1 2 1 3 2 1 2 1 第三组土体分层沉降曲线 上海9号线宜山路车站地层 3 1 1 2 第三组土体分层沉降曲线 上海9号线宜山路车站分层沉降曲线 实测数据小结 从以上实测数据可得以下几点认识 软土地区基坑承压水减压引起的土层变形 地面沉降的范围大 一般影响半径为400m 500m左右 例如第一组曲线 第二组曲线可以看出 承压水减压引起的土层变形 降水三个月土层变形仍是下部大 即承压水含水层变形大 上部小 地面沉降最小 第三组曲线可以看出 各土层随降水发生差异沉降 从开挖开始 各土层沉降起先是相等的 到一定时间开始 分叉 和 加速 即各土层之间产生了不协调的沉降 从结果看 所有的6个测点都是5层顶部沉降最大 4层顶部次之 地面和7层顶部沉降较小 由此可以得出结论 地面沉降小于某些深度的深层沉降 这一现象不符合传统 分层总和 法计算的沉降 六 基坑承压水减压控制技术问题 增加渗透路径控制基坑承压水减少对环境影响 回灌控制基坑承压水减少对环境影响 控制基坑承压水的降水井的设计 谢谢大家