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地下水对地下工程的主要影响深基坑降水的若干类型降水引起的地面沉降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2.2.1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2.2.2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2.2.2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2.2.3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2.2.3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2.2.4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；b.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；d.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。2、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2、坑外降水—减压井布置在坑外a.对施工影响小b.减压降水对环境的不利影响较大2、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3.1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3、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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4、减压降水工程实例4.1M4线董家渡修复工程减压降水(坑内降水)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38.00～41.00m，采用9道(东端头井10道)钢筋混凝土支撑体系。基坑平面位置基坑平面位置修复工程包括东、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。采用采用基坑内侧深井点减压降水基坑内侧深井点减压降水的形式的形式江中围江中围堰平台堰平台南浦大桥上匝道南浦大桥下匝道浦东段隧浦东段隧道道1003m1003m浦西段隧浦西段隧道道760m760m中山南路临江花苑临江花苑中国人寿光大银行谷泰饭店广林新包装土产公司宿舍3层食堂江中江中连接段连接段中山南路中山南路连接段连接段西基坑西基坑约约65m65m东基坑东基坑约约174m174m中基坑中基坑约约25m25m⑦217.00(-13.11)14.90(-11.01)4.00(-0.11)2.90(0.99)中山南路⑤④②0①1-13.20(0.35)14.70(-11.15)16.50(-12.95)1.00(2.52)3.50(0.02)14.80(-11.28)17.40(-13.88)16.10(-12.33)18.50(-14.79)16.30(-12.59)8.30(-4.53)7.10(-3.33)5.70(-1.99)4.90(-1.19)16.80(-14.00)5.00(-2.20)18.00(-14.61)4.80(-1.41)3.50(-0.11)17.00(-13.45)5.00(-1.45)5.90(-6.78)11.00(-11.88)13.00(-13.88)9.80(-11.05)5.50(-6.75)3.00(-8.33)5.50(-10.83)8.20(-13.53)28.00(-24.45)23.70(-20.15)28.90(-25.01)24.00(-20.11)22.80(-19.28)29.30(-25.78)24.80(-21.03)29.00(-25.23)27.90(-24.19)24.50(-20.79)23.30(-20.50)27.70(-24.90)24.40(-21.01)28.00(-24.61)29.40(-25.85)25.50(-21.95)22.80(-23.68)19.00(-19.88)18.60(-19.85)16.50(-21.83)20.50(-25.83)20.50(-25.83)31.00(-36.33)22.80(-23.68)34.50(-35.38)37.00(-33.45)28.00(-24.61)37.00(-33.61)29.40(-25.85)27.90(-24.19)37.00(-33.29)37.00(-33.23)29.00(-25.23)⑦129.30(-25.78)37.00(-33.48)35.90(-32.01)28.90(-25.01)28.00(-24.45)36.00(-32.45)⑦1⑥⑦2⑤⑦1⑥东基坑东基坑中基坑中基坑西基坑西基坑地下连续墙65m深黄浦江九道钢筋混凝土支撑江中围堰及平台超深基坑采用1.2m厚65m深地下连续墙作为围护结构，开挖深度达38～41m，采用九道（东端头十道）钢筋混凝土支撑体系。东端头十道支撑工程纵剖面工程纵剖面①②⑤⑥⑦1⑦2⑨①减压抽水井设置在基坑内侧；②井点滤管埋置深度小于地下连续墙的入土深度；③基坑内布井55口。4、减压降水工程实例工程特点：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；地下连续墙进入承压含水层顶板以下约30.00m；基坑周边建筑环境要求高；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M4线降