深基坑工程降水及工程案例分析-图文并茂

基坑降水与工程案例分析地下水对地下工程的主要影响基坑降水的若干类型井点构造与施工工程案例分析1、地下水对地下工程的主要影响潜水位潜水位弱透水层承压含水层(半隔水层)弱透水层(半隔水层)基坑底面承压水位承压水位承压水位弱透水层(半隔水层)1.1基坑突涌破坏(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1.2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。弱透水层承压含水层(半隔水层)弱透水层(半隔水层)基坑底面承压水降落漏斗承压水降落漏斗承压水位地面沉降漏斗地面沉降漏斗1、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(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。围护墙体向地面塌陷一侧移动漏空成洞穴基坑底面1、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(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1.5地下结构抗浮问题(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2.1浅层潜水疏干降水封闭型浅层潜水疏干降水敞开式浅层潜水疏干降水2、基坑降水的若干类型2.1.1封闭型浅层潜水疏干降水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。降水目的潜水位下降至坑底以下0.50～1.00m；便于挖土与施工。2、基坑降水的若干类型线状井点平面布置(轻型井点)止水帷幕2.1.1封闭型浅层潜水疏干降水止水帷幕点状井点平面布置(管井井点)井点平面布置形式2、基坑降水的若干类型2.1.1封闭型浅层潜水疏干降水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2.1.2敞开式浅层潜水疏干降水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。降水目的潜水位下降至坑底以下0.50～1.00m；便于挖土与施工。2、基坑降水的若干类型2.1.2敞开式浅层潜水疏干降水渗流计算潜水完整井抽水RrwHSh)2(366.12、基坑降水的若干类型2.1.2敞开式浅层潜水疏干降水渗流计算1mmHwrR潜水非完整井抽水0.5l0.5lSw2Cll0计算公式一：CrBklSQWWlg2183.0ClCfBHl5.00适用条件：2、基坑降水的若干类型2.1.2敞开式浅层潜水疏干降水渗流计算计算公式二：适用条件：根据按标准曲线图确定DEkSQW173.2RmArmmEw111114lg4lg221RmArmmDw222224lg4lg221115.0ml225.0ml21,AA21及Hl5.002、基坑降水的若干类型2.2深层承压含水层减压降水基坑内侧减压降水基坑外侧减压降水2、基坑降水的若干类型2.2.1对承压含水层减压降水的逐步重视上世纪80年代初，嫩江路煤气过江顶管的竖井，因未考虑减压降水措施，在基坑开挖深度达到20.00多米时，坑底发生突水，大量水和砂涌入坑内，地下连续墙下沉了十几厘米。由于及时将黄浦江的水注入坑内，抬高坑内的水头，事故未进一步扩大。后来，通过在该基坑外侧进行减压降水，使竖井施工得以顺利完成。其后，黄浦江上游引水工程的过江顶管工作井，也在进行了减压降水后顺利完成施工。从此，深基坑的减压降水逐步得到重视。2、基坑降水的若干类型2.2.2承压含水层减压降水的必要性潜水位潜水位承压水位承压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)(半隔水层)弱透水层基坑底面H0挡土结构挡土结构基坑开挖面以下，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2.2.2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。潜水位潜水位承压水位承压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H0挡土结构挡土结构2、基坑降水的若干类型2.2.3基坑外侧减压降水情形1：隔水帷幕未进入减压降水目的含水层的顶板以下，宜优先考虑选用基坑外侧减压降水。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LM减压井减压井QQ承压水位承压水位dl(l-d)2、基坑降水的若干类型2.2.3基坑外侧减压降水情形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侧减压降水。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LM减压井减压井QQ承压水位承压水位dl(l-d)2、基坑降水的若干类型2.2.4基坑内侧减压降水情形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。宜选用基坑内侧减压降水。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ML12、基坑降水的若干类型2.2.4基坑内侧减压降水情形4：隔水帷幕完全贯穿减压降水目的含水层。宜选用基坑内侧减压降水。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2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点1、坑内降水—减压井布置在坑内a.开挖施工不便：挖土机械如不慎将井管碰坏，抽水泵不能提出，封井困难；井管碰断后大量承压水喷出，造成施工困难；井碰坏后坑内无法或难以补井，只能在坑外补井。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点1、坑内降水—减压井布置在坑内b.井管暴露长度较大时，需设置支架固定井管。在有内支撑的基坑内，井管暴露后可固定在支撑杆件上。在无内支撑且面积较大的基坑内，需另外安装固定支架。支架上无法上人，给换泵吊装造成困难。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点1、坑内降水—减压井布置在坑内c.后期封井难度大减压降水井除在基础底板上留洞外，各层楼板上均需留洞，增加了后续工作。减压井经封井处理后，才能割除井管，补洞。井虽可用注浆方法封闭，但效果并不十分理想。有时候，井管切割到基础底板处仍有水溢出。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点1、坑内降水—减压井布置在坑内d.减压井过滤器的埋设深度不超过隔水帷幕的深度如果减压井的过滤器埋设深度超过隔水帷幕的深度，导致井布置在坑内与布置在坑外无明显的差别。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点1、坑内降水—减压井布置在坑内e.有利于控制减压降水对环境的不利影响坑内降水管井的滤水管的深度不超过隔水帷幕的深度，坑外地下水经连续墙的刃脚处绕流流入坑内，增大了渗流路径。坑外承压含水层的地下水流入基坑的流量受到了限制。坑外水头降深减小，有利于减小和控制减压降水对环境的不利影响。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点2、坑外降水—减压井布置在坑外a.对施工影响小减压井布置在坑外地面以下，不受施工、运输的影响和破坏，维修、养护方便。降水结束后，不需要专门封井，只需用优质黏土充填。2、基坑降水的若干类型2.2.5坑内降水与坑外降水的工程特点2、坑外降水—减压井布置在坑外b.减压降水对环境的不利影响较大基坑外侧因减压降水引起的地下水位降深的绝对值较大，降落漏斗深、分布范围大。基坑外侧因减压降水引起的地面沉降量较大，地面沉降的分布范围也较大。2、基坑降水的若干类型2.2.6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2.2.6坑内降水与坑外降水的对比分析无论采用坑内降水或坑外降水，均应在综合考虑地质与水文地质条件、基坑工程的特点、环境对基坑降水的特殊性要求以及工程造价等因素后确定。有时，为了必须满足某些要求，不得不克服许多不利因素，并放弃考虑许多有利因素。因此，基坑减压降水的设计无定式。2、基坑降水的若干类型2.2.7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的有限元模型，利用其数值解计算。2、基坑降水的若干类型2.2.8减压降水引起的坑外相邻地面沉降的估算1、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。初始地下水位pkp00kpz抽水前，地层总应力p=降水后，假定地层总应力不变zkp00kpp下降后的地下水位h0h0+ssp=()+(),sw：有效应力；：孔隙水压力）降水引起的应力场变化示意图2、基坑降水的若干类型2.2.8减压降水引起的坑外相邻地面沉降的估算2、降水引起地面沉降的估算方法经典弹性地面沉降理论准弹性地面沉降理论粘弹性地面沉降理论—流变学理论弹塑性地面沉降理论—流变学理论3、井点构造与施工3.1轻型井点3.1.1轻型井点的构造主要设备：井点管+滤水管+集水总管+连接管+抽水设备3、井点构造与施工轻型井点构造示意图粗铁丝缠绕绑扎保护(最外层)粗滤网(18目，铜网或尼龙网)细滤网(40目，铜网或尼龙网)铅丝螺旋形缠绕(紧贴滤水管外壁)进水孔(直径10-15mm，孔距30-40mm)滤水管：直径同井点管、长1-2m，钢管铸铁头(防止泥砂进入管内)井点管：直径38-50mm、长5-8m，钢管集水总管：内径102-127mm，分段连接，每段长4-6m，总长50-80m。每个集水总管可与40-60个井点管连接。连接软管短接头短接头，@1000-20003.1.2轻型井点施工井点管埋设方法水冲法：利用高压水冲开泥土，井管靠自重下沉。冲孔直径一般为300cm，冲孔深度宜比滤水管底深0.50m。冲孔达到设计深度时，须尽快减低水压。拔起冲管的同时沉入井点管，并在孔壁与管壁之间快速填砂。在距地面以下1.00m(不宜过小)处用粘土填实至地面，以防止漏气。钻孔法：适用于坚硬土层或紧靠建筑物的现场施工条件。3.1.2轻型井点施工井点管填料的选择或D50：填料的粒径，mm；d50：滤水管周边地层的粒径，mm。3.2管井井点3.2.