基坑工程降水及承壓水減壓控制技術問題

基坑工程降水及承壓水減壓控制技術問題2023/11/211基坑工程降水

及承壓水減壓控制技術問題

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、降水設計中幾個問題四、降水井施工控制標準問題五、降水引起地面沉降問題六、基坑承壓水減壓控制技術問題

2023/11/212一、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2023/11/213事故現(xiàn)場示意圖案例1河南某基坑突涌事故2023/11/214勘察階段詳細勘察報告事故勘察報告土層劃分：深度h/m層號巖土工程劃分層號巖土工程劃分①（灰黃色粉土）-7②（灰黃～深灰色）粉土-8②粗～粉砂-9③（黑灰色粉土）-10③灰褐色粉質(zhì)粘土-11-12④（深灰色）粉土④（褐灰色）粉土-13⑤粗-粉砂-14-15⑤（黑灰色）粉土⑥有機質(zhì)粉質(zhì)粘土-16-17⑦有機質(zhì)粉土-18⑥粉砂⑧粉砂某基坑地層2023/11/215基坑以下詳勘與事故勘察結果比照2023/11/216案例2福州某樁基工程基坑突涌事故基坑平面圖2023/11/217基坑突涌分析示意圖案例3上海金茂大廈基坑突涌事故2023/11/2182.坑側滲漏2023/11/219

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2023/11/2110承壓水滲漏沉陷區(qū)案例5.上海地鐵4號線某風井下部聯(lián)絡通道施工因凍結失效發(fā)生大范圍流砂塌陷2023/11/21113.底側滲漏2023/11/21124.坑底隆起.圍護“踢腳〞明顯序號土類型土層厚度/m濕重度/g/cm-3固結快剪峰值c/kPa￠/o①雜填土2.38②3-1灰、灰黃色砂質(zhì)粉土7.001.834.027.0②3-2灰色砂質(zhì)粉土6.101.794.026.0④灰色淤泥質(zhì)粘土1.401.6817.011.0⑤1-1灰色粘土1.801.6918.011.0⑤2灰色砂質(zhì)粉土21.701.764.025.5案例6.上海某地鐵車站基坑坑底隆起事故

2023/11/21132023/11/21142023/11/21155.降水誘發(fā)地層過量沉降測點距離(m)

實測沉降（mm）長江隧道浦東段5032上中路浦東段20040地鐵7號線汶水路14856.(無圍護結構)基坑斜坡滑移、坍塌2023/11/2116〔二〕基坑地下水危害的成因類型地下水在基坑工程實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)生在細顆粒〔尤其是粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂等〕飽和含水的土層中。2023/11/2117(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2023/11/2118流砂破壞示意圖斜坡條件時地基條件時１－原坡面；２－流砂后坡面；３－流砂堆積物；４－地下水位；５－建筑物原位置；６－流砂后建筑物位置；７－滑動面；８－流砂發(fā)生區(qū)2023/11/2119２．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：〔１〕土中粗細顆粒粒徑比D/d>10；〔２〕土的不均勻系數(shù)d60/d10>10；〔３〕兩種互相接觸的土層滲透系數(shù)之比k1/k2>2～3；〔４〕滲流梯度大于土的臨界梯度。2023/11/2120管涌破壞示意圖斜坡條件時地基條件時2023/11/2121３．基坑底的突涌

當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。2023/11/2122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2023/11/2123(三)降水對周邊環(huán)境的影響評價2023/11/2124民房1（混6）民房3（混6）民房4（混6）賽華公寓（砼9）三層公寓（混3）淮海大樓（混6）三號樓（混3）淮海中路1號線地鐵隧道常熟路常熟路車站周邊環(huán)境示意圖7號線常熟路民房2（混4）2023/11/2125(三)降水對周邊環(huán)境的影響評價2023/11/21262023/11/2127二、基坑地下水滲流規(guī)律與基坑降水類型2023/11/2128〔一〕、基坑地下水滲流規(guī)律2023/11/2129

工程降水案例2023/11/2130〔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2023/11/2131案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程

主要技術參數(shù)表1項目深度（m）基坑開挖深度26.50潛水含水層（②+③）深度1.00至4.50承壓含水層（⑤a+⑤b）深度17.00至42.50連續(xù)墻入土深度37.50連續(xù)墻插入承壓含水層深度20.00降水井設計深度47.00濾管伸出連續(xù)墻底深度7.50泵站主體工程為一內(nèi)徑60m的圓井，坑內(nèi)外水位差為10m。2023/11/2132案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程

彭越浦泵站地質(zhì)、連續(xù)墻、降水井剖面圖1－潛水位；2－承壓水位；3－承壓水頭;4－連續(xù)墻；5－底板；6－透鏡體

26.5047.0037.502023/11/2133案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程抽水試驗期間抽水井與觀測井及沉降點的分布位置圖

2023/11/2134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2023/11/2135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2023/11/2136案例1、合流污水外排一期工程彭越浦泵站降水工程降水工程井群分布位置圖2023/11/2137

主要技術參數(shù)表2項目深度（m）基坑開挖深度32.45承壓含水層（⑦１＋⑨）深度29.89~90.00連續(xù)墻入土深度44.30連續(xù)墻插入承壓含水層深度14.41降水井設計深度60濾管伸出連續(xù)墻底深度13.70案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程2023/11/2138

坑內(nèi)外水位相差(m)

表3

項目下降值（m）下降值（m）下降值（m）坑內(nèi)222833坑外151820坑內(nèi)外水位相差71013案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程2023/11/2139抽水試驗期間沉降觀測點平面布置圖1－工作井；2－煤氣井；3－煤氣儀表房；4－圍墻；5－大門；6－馬路；7－防汛墻；8－黃浦江

案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程2023/11/2140

降水井、觀測井平面布置圖

案例2、復興東路電纜隧道工作井降水工程2023/11/2141

降水井、觀測井結構圖1－黃泥；2－粘土球；3－4#人工砂

案例2、復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2023/11/2142案例３寶鋼1880基坑降水工程主要技術參數(shù)表42023/11/2143案例３寶鋼1880基坑降水工程坑內(nèi)外第一承壓含水層⑦水位差〔m〕表52023/11/2144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2023/11/2145案例3、寶鋼1880降水工程1880基坑抽水試驗井平面布置圖2023/11/21461、第一類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流2、第二類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流3、第三類基坑圍護結構（隔水帷幕）周圍的地下水滲流分析以上案例，可見基坑地下水滲流有以下幾種類型：4、第四類基坑（無隔水帷幕）周圍的地下水滲流2023/11/21471、第一類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流降水井圍護結構〔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2023/11/2148基坑圍護結構深入隔水層〔即含水層底板〕中，井點降水以疏干基坑內(nèi)的地下水為目的，(見圖)。這類圍護結構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：由于圍護結構隔水，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，這類井點降水影響范圍小。這種基坑在上海很普遍，一般基坑度小于10～15m。1、第一類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流2023/11/21492、第二類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流降水井圍護結構〔隔水帷幕〕潛水含水層隔水層承壓含水層弱透水層2023/11/21502、第二類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流基坑圍護結構深入隔水層〔即含水層頂板〕中，井點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。這類圍護結構位于降水含水層以上，即承壓含水層頂板之中，圍護結構未將基坑內(nèi)、外承壓含水層分隔開。其地下水滲流特征：由于不受圍護結構的影響，基坑內(nèi)、外地下水連續(xù)相通。這類井點降水影響范圍較大，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15～20m。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。2023/11/21513、第三類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流降水井圍護結構〔隔水帷幕〕承壓含水層隔水層弱透水層潛水含水層2023/11/21523、第三類基坑圍護結構〔隔水帷幕〕周圍的地下水滲流基坑圍護結構深入承壓含水層中，井點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。這類圍護結構位于降水含水層中上部，基坑內(nèi)、外承壓含水層大局部被圍護結構隔開，僅含水層底部未被隔開。其地下水滲流特征：由于受圍護結構的阻擋，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20～25m。例如合流污水治理工程中的的4.1標彭越浦泵站降水工程，吳涇、閔行污水外排工程3.1標降水工程，上海外環(huán)沉管隧道浦西岸邊段降水工程、復興東路電纜隧道工作井、M4號線董家渡修復段等。2023/11/21534、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。2023/11/2154〔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、噴射井點抽水方法。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

這類降水設計依據(jù)的理論是無界或者有補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。2023/11/21553．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、噴射井點或真空管井抽水方法。該類降水對周邊環(huán)境影響比較大。2023/11/2156三、降水設計中的幾個問題降水井布設比較表6降水井布設配合措施優(yōu)點缺點適用條件坑外降水井點布設無隔水帷幕有利邊坡穩(wěn)定減少圍護的側壓力坑外水位下降環(huán)境要求不高坑內(nèi)降水井點布設隔水帷幕或部分無隔水帷幕坑外水位不下降或少下降形成向坑內(nèi)水頭差環(huán)境要求高〔一〕降水井的設置1．降水井的平面布設2023/11/2157坑外水位>2m321坑內(nèi)水位2．連續(xù)墻深度與降水井深度的關系

坑內(nèi)降水時坑內(nèi)地下水水位與連續(xù)墻深度的關系1－深井井管；2－隔水帷幕；3－地下管線；4－坑外建筑物根底42023/11/2158連續(xù)墻入土深度與降水井深度的關系表7工程項目連續(xù)墻入土深度（m）降水井布設降水井深度（m）井中水位深度（m）基坑內(nèi)地下水位深度（m）1．外環(huán)越江隧道浦西岸邊段連接井與風井降水工程44～46坑內(nèi)降水504531.00～33.002．上海復興東路高壓電纜隧道工程工作井降水工程44.30坑內(nèi)降水605034.393．上海吳、閔污水外排工程

3.1標工作井降水工程47.80坑內(nèi)降水625236.00案例2023/11/2159〔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=0.5~2m;——水力梯度，環(huán)形井點系統(tǒng)J＝1/8～1/10，單排井點系統(tǒng)J＝1/4~1/5;——降水井至基坑中心的水平距離，m；——過濾器工作局部長度和沉淀管的長度，m。2023/11/2160LH1hlH700~1000200J=1/102023/11/2161水流通過濾水管的濾網(wǎng)和圓孔；進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：2023/11/2162

——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；

——當吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的直徑，即；當吸水管位于濾水管內(nèi)時，，為吸水管半徑；

——當吸水管位于濾水管頂端時，為濾水管的斷面積，即；當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；2023/11/2163分析上式，井內(nèi)水位降深是由兩局部組成。一是與無關的常數(shù)項即

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。

2023/11/2164

二是與有關的函數(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：2023/11/2165

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)試驗驗證在降水井深度設計中應該考慮井損，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動引起的損失

這一損失是的二次方的函數(shù)。

2023/11/2166降水井數(shù)量、井的間距根據(jù)滲流規(guī)律選用公式計算，考慮平安性確定。〔三〕降水井數(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10～15m；粉細砂：井間距15～20m。2023/11/2167四、降水井施工控制標準問題1.濾管孔隙率問題：孔隙率不得小于18～20%。2.濾料規(guī)格問題：砂質(zhì)粉土0.25mm～2.0mm粉砂、粉細砂0.5～2.0mm。3.洗井問題：活塞洗井加空氣壓縮機洗井4.單井出水量在沒有帷幕影響情況下：砂質(zhì)粉土2～5m3/h粉砂8～15m3/h粉細砂50～100m3/h。5.含砂量1/5萬～1/2萬〔體積比〕。2023/11/2168五、降水引起地面沉降問題１．第一組建筑物沉降曲線②粉質(zhì)粘土③11淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土⑤1-1

粘土⑤2-2粉質(zhì)粘土⑥粉質(zhì)粘土⑦1

砂質(zhì)粉土⑦2

粉砂④淤泥質(zhì)粘土⑧粉質(zhì)粘土上海某號線上行線沉降觀測曲線2023/11/2169

2．第二組土體沉降與地面沉降曲線日期J325M10M15M20M25M30M35M45M40M①