基坑工程降水技術(shù)及案例分析.ppt

基坑工程降水 及承壓水減壓控制技術(shù)問題,基坑工程降水 及承壓水減壓控制技術(shù)問題,一、基坑中地下水的危害及降水對周邊環(huán)境的影響評價 二、基坑地下水滲流規(guī)律與基坑降水類型 三、降水設(shè)計中幾個問題 四、降水井施工控制標(biāo)準(zhǔn)問題 五、降水引起地面沉降問題 六、基坑承壓水減壓控制技術(shù)問題,一、基坑地下水的危害 及降水對周邊環(huán)境的影響評價,1.坑底突涌,（一）基坑地下水危害的表現(xiàn)形式,事故現(xiàn)場示意圖,案例1 河南某基坑突涌事故,某基坑地層,基坑以下詳勘與事故勘察結(jié)果對比,案例2 福州某樁基工程 基坑突涌事故,基坑平面圖,基坑突涌分析示意圖,案例3 上海金茂大廈基坑突涌事故,2.坑側(cè)滲漏,潛水滲漏案例,案例4.上海地鐵2號線某基坑滲漏形成盆狀洼地,承壓水滲漏沉陷區(qū),案例5. 上海地鐵4號線某風(fēng)井下部聯(lián)絡(luò)通道施工因凍結(jié) 失效發(fā)生大范圍流砂塌陷,3. 底側(cè)滲漏,4.坑底隆起.圍護(hù)“踢腳”明顯,案例6. 上海某地鐵車站基坑坑底隆起事故,5. 降水誘發(fā)地層過量沉降,6. (無圍護(hù)結(jié)構(gòu))基坑斜坡滑移、坍塌,（二）基坑地下水危害的成因類型 地下水在基坑工程實(shí)施過程中危害按成因可分為流砂、管涌和基坑底隆起，而且主要發(fā)生在細(xì)顆粒（尤其是粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂等）飽和含水的土層中。,(1)土中粒徑在0.01mm以下的顆粒含量在30%35%以上，并含有較多的片狀、針狀礦物（如云母、綠泥石等）和附有親水膠體礦物顆粒。這樣土的吸水膨脹性較高而比重較小，在不大的水流沖力下，細(xì)小顆粒即會發(fā)生懸浮流動； (2)水力梯度較大，流速增大，動水壓力超過了土顆粒的重量時，就能使土顆粒懸浮流動形成流砂； (3)土的滲透系數(shù)較小時，排水條件不通暢，易形成流砂； (4) 砂土中、孔隙比愈大，愈容易形成,流砂形成條件：,1.流砂,流砂破壞示意圖,斜坡條件時 地基條件時,原坡面；流砂后坡面；流砂堆積物；地下水位；建筑物原位置；流砂后建筑物位置；滑動面；流砂發(fā)生區(qū),管涌,地基土在具有一定滲流速度（或梯度）的水流作用下，其細(xì)小顆粒被沖走，土中的空隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細(xì)管狀滲流通道，從而掏空地基或壩體，使之變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象即為管涌。,管涌形成條件：,（）土中粗細(xì)顆粒粒徑比 D/d10； （）土的不均勻系數(shù) d60 /d10 10； （）兩種互相接觸的土層滲透系數(shù)之比 k1/ k2 23； （）滲流梯度大于土的臨界梯度。,管涌破壞示意圖,斜坡條件時,地基條件時,基坑底的突涌,當(dāng)基坑下有承壓水存在，開挖基坑減小了含水層上覆不透水層的厚度，當(dāng)它減少到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌。,抗承壓水穩(wěn)定性示意圖,式中： 水的重度：,土的浮重度；,承壓水頭高于含水層頂板的高度。,基坑突涌產(chǎn)生的條件是基坑開挖后不透水層的厚度,(三)降水對周邊環(huán)境的影響評價,常熟路車站周邊環(huán)境示意圖,7號線常熟路,(三)降水對周邊環(huán)境的影響評價,二、基坑地下水滲流規(guī)律 與基坑降水類型,（一）、基坑地下水滲流規(guī)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、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,案例3、寶鋼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,主要技術(shù)參數(shù) 表1,泵站主體工程為一內(nèi)徑60m的圓井，坑內(nèi)外水位差為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)承壓含水層頂部水位,(b)承壓含水層底部水位,承壓含水層頂面及底面的水位立體圖,連續(xù)墻周圍地下水水位等降深線示意圖,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,主要技術(shù)參數(shù) 表2,案例2、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,坑內(nèi)外水位相差(m) 表3,案例2、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,案例2、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,案例2、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,案例2、復(fù)興東路電纜隧道工作井降水工程,32.48,基坑深,44.30,連續(xù)墻深,60.00,粉砂,案例 寶鋼1880基坑降水工程,主要技術(shù)參數(shù),表4,案例 寶鋼1880基坑降水工程,坑內(nèi)外第一承壓含水層水位差（m）,表5,案例3、寶鋼1880 降水工程,1880基坑地質(zhì)、連續(xù)墻、降水井剖面圖,案例3、寶鋼1880 降水工程,1880基坑抽水試驗(yàn)井平面布置圖,分析以上案例，可見基坑地下水滲流有以下幾種類型：,1、第一類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,降水井,圍護(hù)結(jié)構(gòu) （隔水帷幕）,潛水含水層 或微承壓含水層 或承壓含水層,隔水層,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深入隔水層（即含水層底板）中，井點(diǎn)降水以疏干基坑內(nèi)的地下水為目的，(見圖)。這類圍護(hù)結(jié)構(gòu)位于降水含水層以下，即潛水含水層底板之中，將基坑內(nèi)的地下水與基坑外的地下水分隔開來。其地下水滲流特征：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔水，基坑內(nèi)、外地下水無水力聯(lián)系。降水時，基坑外地下水不受影響。因此，這類井點(diǎn)降水影響范圍小。這種基坑在上海很普遍，一般基坑度小于1015m。,1、第一類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,2、第二類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,降水井,圍護(hù)結(jié)構(gòu) （隔水帷幕）,潛水含水層,隔水層,承壓含水層,弱透水層,2、第二類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深入隔水層（即含水層頂板）中，井點(diǎn)降水以降低基坑下部承壓含水層的水頭，防止基坑底板隆起或突水產(chǎn)生流砂為目的，見圖。 這類圍護(hù)結(jié)構(gòu)位于降水含水層以上，即承壓含水層頂板之中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)未將基坑內(nèi)、外承壓含水層分隔開。 其地下水滲流特征：由于不受圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，基坑內(nèi)、外地下水連續(xù)相通。 這類井點(diǎn)降水影響范圍較大，但降落漏斗平緩，抽水引起的地面沉降為均勻沉降。 這種基坑深度在上海一般大于1520m。例如引水工程中的南市水廠降水工程、世界廣場降水工程、人民廣場地下變電站降水工程等。,3、第三類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,降水井,圍護(hù)結(jié)構(gòu) （隔水帷幕）,承壓含水層,隔水層,弱透水層,潛水含水層,3、第三類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）周圍的地下水滲流,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深入承壓含水層中，井點(diǎn)降水的前期以降低基坑下部承壓含水層的水頭為目的，后期以疏干承壓含水層為目的。 這類圍護(hù)結(jié)構(gòu)位于降水含水層中上部，基坑內(nèi)、外承壓含水層大部分被圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔開，僅含水層底部未被隔開。 其地下水滲流特征：由于受圍護(hù)結(jié)構(gòu)的阻擋，上部基坑內(nèi)、外地下水不連續(xù)，中下部或底部含水層連續(xù)相通，地下水呈三維流態(tài)。另外，由于井損，井內(nèi)水位低于井壁外水位，而且，隨著水位降深的加大，井內(nèi)、外水位降相差越大。 這類基坑深度比較深，在上海一般大于2025m。例如合流污水治理工程中的的4.1標(biāo)彭越浦泵站降水工程，吳涇、閔行污水外排工程3.1標(biāo)降水工程，上海外環(huán)沉管隧道浦西岸邊段降水工程、復(fù)興東路電纜隧道工作井、M4號線董家渡修復(fù)段等。,4、第四類基坑（無隔水帷幕）周圍的地下水滲流,基坑周邊無隔水帷幕，這類基坑滲流只受水文地質(zhì) 條件影響為平面滲流，在降水井附近為三維空間流。,（二）基坑降水類型,根據(jù)基坑滲流類型可以劃分四種基坑降水類型 1第一類基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水層隔水底板的基坑降水 這類降水設(shè)計依據(jù)的理論是帶隔水邊界的基坑平面滲流理論。降水方法采用管井抽水方法或加真空的管井抽水方法，也可以采取輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)抽水方法。該類降水對周邊環(huán)境影響很小。,2第二類基坑工程降水隔水帷幕未深入降水含水層中的基坑降水 這類降水設(shè)計依據(jù)的理論是無界或者有補(bǔ)給邊界的基坑平面滲流理論。降水方法采用管井抽水方法。該類降水對周邊環(huán)境影響比較大。,3第三類基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水層中的基坑降水 這類降水設(shè)計依據(jù)的理論是基坑空間滲流理論。降水方法采用管井抽水方法。該類降水對周邊環(huán)境的影響取決于降水井的位置、濾管長度及其與隔水帷幕的關(guān)系。,4第四類基坑工程降水無隔水帷幕的基坑降水 這類基坑深度淺、無隔水帷幕，降水設(shè)計依據(jù)的理論是潛水含水層平面滲流理論。降水方法可采用輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)或真空管井抽水方法。該類降水對周邊環(huán)境影響比較大。,三、降水設(shè)計中的幾個問題,降水井布設(shè)比較 表6,（一）降水井的設(shè)置,1降水井的平面布設(shè),坑外水位,2m,3,2,1,坑內(nèi)水位,2連續(xù)墻深度與降水井深度的關(guān)系,坑內(nèi)降水時坑內(nèi)地下水水位與連續(xù)墻深度的關(guān)系,1深井井管；2隔水帷幕；3地下管線；4坑外建筑物基礎(chǔ),4,連續(xù)墻入土深度與降水井深度的關(guān)系 表7,案例,（二）降水井深度問題,傳統(tǒng)方法確定降水井深度公式為： 式中各項(xiàng)見圖： 降水井深度，m; 地面至基坑底面的距離，m; 基坑底面至降低后的地下水位距離，一般取 h=0.52m; 水力梯度，環(huán)形井點(diǎn)系統(tǒng)J1/81/10，單排井點(diǎn)系統(tǒng)J1/41/5; 降水井至基坑中心的水平距離，m； 過濾器工作部分長度和沉淀管的長度，m。,L,H1,h,l,H,7001000,200,J=1/10,水流通過濾水管的濾網(wǎng)和圓孔；,進(jìn)入濾水管水流與濾水管已有水流的作用；,沿程的流量和流速不斷增加；,濾水管內(nèi)部的磨阻。,由上式設(shè)計的井深往往偏小，尤其是比較深井的降水。其原因是該方法沒有考慮地下水流經(jīng)濾水管的損失（即井損），主要來自四個方面：,井內(nèi)水位降深； 井內(nèi)流量； 滲透系數(shù)； 含水層厚度； 影響半徑； 濾水管半徑； 當(dāng)吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的直徑，即 ； 當(dāng)吸水管位于濾水管內(nèi)時， ， 為吸水管半徑； 當(dāng)吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的斷面積，即 ； 當(dāng)吸水管位于濾水管內(nèi)時， 濾水管的磨阻系數(shù)； 重力加速度；,分析上式，井內(nèi)水位降深是由兩部分組成。一是與 無關(guān)的常數(shù)項(xiàng)即,裘布依單井公式，它代表了流量 經(jīng)過含水層輸送到濾水管外壁的水頭損失，是與 的一次方成正比。,二是與 有關(guān)的函數(shù)，即,代表了濾水管的水頭損失（即井損），前面的“”號代表吸水管位于濾水管頂端，“”代表吸水管位于濾水管內(nèi)，而濾水管內(nèi)的水頭損失又有兩種原因造成的：,原因1：水流的摩阻損失,這一損失是 的三次方的函數(shù)。,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證在降水井深度設(shè)計中應(yīng)該考慮井損，采用以下公式：,井的水頭損失（即井損），m。,原因2：水流的增量加速度運(yùn)動引起的損失,這一損失是 的二次方的函數(shù)。,降水井?dāng)?shù)量、井的間距根據(jù)滲流規(guī)律選用公式計算，考慮安全性確定。,（三）降水井?dāng)?shù)量,例如在上海地區(qū)不考慮隔水帷幕影響情況下： 粉質(zhì)粘土：200m2一口井； 砂質(zhì)粉土：井間距1015m； 粉細(xì)砂：井間距1520m。,四、降水井施工控制標(biāo)準(zhǔn)問題,1.濾管孔隙率問題： 孔隙率不得小于1820%。 2.濾料規(guī)格問題： 砂質(zhì)粉土 0.25mm2.0mm 粉砂、粉細(xì)砂 0.52.0mm。 3.洗井問題：活塞洗井加空氣壓縮機(jī)洗井 4.單井出水量 在沒有帷幕影響情況下： 砂質(zhì)粉土 25m3/h 粉砂 815m3/h 粉細(xì)砂 50100m3/h。 5. 含砂量 1/5萬 1/2萬（體積比）。,五、降水引起地面沉降問題,第一組建筑物沉降曲線, 粉質(zhì)粘土,1 1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,1-1 粘土,2-2 粉質(zhì)粘土 粉質(zhì)粘土,1 砂質(zhì)粉土 2 粉 砂,淤泥質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土,上海某號線上行線沉降觀測曲線,2第二組土體沉降與地面沉降曲線,日期,J32,5M,10M,15M,20M,25M,30M,35M,45M,40M, 雜填土, 粉質(zhì)粘土, 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土, 淤泥質(zhì)粘土,a 粘土,2 粉質(zhì)粘土, 粉質(zhì)粘土, 粉砂,地層,上海復(fù)興東路電纜隧道分層沉降,2第二組土體沉降與地面沉降曲線,J31,5m,10m,15m,20m,25m,30m,35m,45m,40m,日期,1999,2000,上海復(fù)興東路電纜隧道分層沉降,地 層,人工填土,粘 土,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,淤泥質(zhì)粘土,砂質(zhì)粉土,粉質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土,砂質(zhì)粉土,粉細(xì)紗,1,2,1,3-2,1,2,1,第三組土體分層沉降曲線,上海9號線宜山路車站地層,3-1,1-2,第三組土體分層沉降曲線,上海9號線宜山路車站分層沉降曲線,實(shí)測數(shù)據(jù)小結(jié),從以上實(shí)測數(shù)據(jù)可得以下幾點(diǎn)認(rèn)識： （）軟土地區(qū)基坑承壓水減壓引起的土層變形、地面沉降的范圍大，一般影響半徑為400m500m左右，例如第一組曲線。 （）第二組曲線可以看出：承壓水減壓引起的土層變形，降水三個月土層變形仍是下