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基坑降水设计及管理,这些知识点真够丰富的 [复制链接]

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来源:安徽水文地质工程地质公司

版权归原作者所有

(一)基坑降水目的及方法

解决承压水突涌问题

解决基底、边坡稳定性问题

提高土方开挖效率,方便坑内施工作业

尽量减少环境影响

(二)地下水控制现状

业主、设计、施工、监理方均缺乏水文地质专业或相关专业的技术人员,对地下水的认识、理解不够透彻。

围护结构设计不合理,或遇水即隔,造成过度浪费,或仅从受力方面考虑,不足。

施工方过份相信经验、或者重视力度不够;不考虑水文地质条件的差异。

管理方抓不住关键点

如:南京某中心基坑工程,面积约10万m2,开挖深度14.70~16.00m,围护结构为地下连续墙,深62m,进入中风化泥岩中。严重浪费。

南京市纬三路过江隧道江南竖井,设计方为了隔断下部承压含水层坑内外水力联系,地连墙进入基岩风化层,一幅地连墙施工需7天。结果承压水未隔断,却因地墙接缝未处理好,导致承压水顺地墙接缝进入基坑,发生管涌。

许多事故的发生看似偶然,实属必然。

(三)基坑工程降水类型

根据基坑工程地质特征、围护结构的插入深度、降水井的位置等,可以将基坑降水分为以下4种类型:

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

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

3、第三类基坑工程降水——隔水帷幕深入降水含水层的中的基坑降水

4、第四类基坑工程降水——无隔水帷幕基坑降水

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

由于隔水帷幕深入到降水含水层隔水底板中,阻断了坑内外含水层之间的水力联系,是一种全封闭式降水,因此,采用坑内降水方式,即降水井设置在基坑内侧。如果降水目的含水层为潜水含水层,则是疏干降水;如果降水目的含水层为承压含水层,则降水前期是降压,后期是疏干。由于主要抽水坑内地下水,很容易达到降水目的,降水效果明显,且降水影响范围小,对周边环境影响小。

地下水流特征:由于隔水帷幕隔水,基坑内、外地下水无水力联系,坑内降水时,基坑外的地下水位不受影响。

实际工程中,围护结构无法做到滴水不漏。

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

与第一类基坑工程降水有本质的区别,第一类工程降水是一种疏干降水,即是把基坑隔水帷幕和隔水底板封闭的含水土体内的地下水排干;第二类工程降水则是将位于基坑开挖面以下的承压含水层中的水位降低到一定程度,防止基坑底板隆起或突水,满足基坑开挖安全的需要,属于典型的减压降水。

隔水帷幕位于降水目的含水层以上,未将基坑内、外承压含水层分开,坑外降水与坑内降水的效果基本相同,因此,为了坑内施工方便,通常可将降水井布置在基坑外侧。

该类工程降水影响范围较大,但降落漏斗平缓,抽水引起的地面沉降为均匀沉降。

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

由于地下围护结构或隔水帷幕深入到降水含水层中,部分隔断基坑内、外的水力联系,地下水的流动受到阻挡,渗流边界变的非常复杂,地下水呈三维流态,降水设计时往往需要借助三维渗流计算软件进行分析计算。

对于含水层厚度大、周边环境复杂地区,常采用此类方法进行地下水位控制,由于受围护结构绕流阻水的影响,坑内降水时,基坑内、外往往会产生较大的水位差,要预防管涌发生。

第四类基坑工程降水——无隔水帷幕基坑降水

基坑周边通常未设置止水帷幕或隔水帷幕不完全,对地下水流动阻碍作用不明显,降水影响范围较大,因此,要求周边环境条件较好,没有重要管线(尤其是煤气管、上下水管等)及重点保护的建(构)筑物,降水设计时主要以降低水位为目的,不考虑对环境的影响。

根据降水井与基坑的相对位置,又可分为坑外降水和坑内降水

(四)基坑工程降水设计

条件分析

相关计算公式

(1)承压水作用下的坑底突涌稳定性计算公式

(2)总涌水量计算公式

(3)单井水量计算公式

(4)降水井数量计算公式

(5)降水引起的地层变形计算公式

(6)复杂条件下的降水设计——数值法

VisualMODFLOW是目前国际上最流行且被各国一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统,该系统是由加拿大Waterloo水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上应用现代可视化技术开发研制的,并于首次在国际上公开发行。这个软件包由Modflow(水流评价)、Modpath(平面和剖面流线示踪分析)和MT3D(溶质运移评价)三大部分组成,并且具有强大的图形可视界面功能。设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区域和剖分计算单元,并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值,做到真正的人机对话。

界面设计包括三大彼此联系但又相当独立的模块,即输入模块、运行模块和输出模块。

能模拟不同复杂条件下的地下水流状况,能有效解决止水帷幕、各类边界等对地下水流动造成的影响。

(五)基坑工程降水管理

三个阶段的管理、控制

设计阶段——技术可行、经济合理、安全可靠的技术方案

施工阶段——成井质量控制、抽水试验、试降水等(动态管理)

降水井施工阶段:检验成井工艺选择、验证单井抽水量、调整降水方案降水井施工完后:开挖之前,进行生产性验证抽水试验,检验能否将地下水降至设计水位,检验围护结构的止水效果。

运行阶段——水位监控(关键点)、降水井保护。

(1)成井质量—单井出水量

管井内水位达到设计降深时的实测出水量,应不小于管井设计出水量、各井出水量相差不大(均匀)。

一般在没有帷幕影响情况下,单井出水量:

砂质粉土 2~5m3/h

粉砂 8~15m3/h

粉细砂 20~m3/h。

(2)出水含砂量的控制

《建筑与市政降水工程技术规范》要求:

全部降水井运行时,

抽排水的含沙量应符合下列规定:

粗砂含量应小于1/5万;

中砂含量应小于1/2万;

细砂含量应小于1/1万。

供水井要求小于1/20万

(3)降水井结构

管径设计—Фmm、Фmm,由单井出水量、水泵外径决定,非管径决定水量

管材选择—钢管、无砂混凝土管、PVC管

滤料要求—石子、瓜子片、中粗砂,根据地层粒径选择

(六)地下水回灌技术

回灌的工作原理

在抽水井与被保护建(构)筑物之间设置一排回灌井(注水井),并在抽水的同时通过回灌井向地下注水,这样在原建筑物附近,一方面由于抽取地下水使其水位下降,另一方面,通过回灌井的注水又会使其地下水位上升,二者共同作用的效果,使基坑周边被保护建(构)筑物保持实际地下水位不变或变化在允许范围内。是一种最经济、实用的地面沉降控制措施。回灌技术多使用于渗透性较好的土层中,回灌井的回灌量取决于地层的渗透性能、回灌井质量、回灌水源。

回灌现状——大部分不能满足要求

带压回灌——理论可行,实际施工困难、易堵塞滤管

水质处理(除铁、锰)—不实用

水质有一定改善,但处理水量有限,无法满足回灌量要求,且混入大量气泡,影响回灌效果。

常压、原水回灌——值得推广的工艺

回灌效果检验——观测孔水位及地面沉降监测

(七)富水地层盾构始发接收地下水控制技术

在富水地层,地下水是盾构始发接收过程中的最大风险源。

为了使盾构进出洞时不产生突涌,管涌、流砂等现象,通常采用加固、冻结法、降水等措施,甚至三者同时使用。

周边环境允许时,加固+降水是最经济、安全的手段

在端头加固区外侧增加一道止水帷幕(素墙、三轴搅拌桩),深度进入下部弱透水层或者进入含水层一定深度,能产生扰流阻水效果,则在帷幕内布设少量降水井即可将水位控制在安全水位,又减少了对周边环境的影响,增加了盾构始发接收的安全性。

(八)几种特殊地层地下处理

花岗岩风化层

主要指全风化层,饱水状态下以泥(风化的长石)、砂(石英颗粒)、水三种物质为主,自然状态下开挖呈流态,注浆困难(饱水),渗透系数0.1~0.5m/d,降水困难。但是有效的降水之后,地层强度提高,在我国南方的广东、福建地区广泛分布,无论是明挖基坑还是暗挖隧道,若能有效地采用降水技术,则可大大节省费用、提高安全。

淤泥质地层降水

淤泥质地层降水是最困难的,土层含水量一般在40%~70%,土颗粒像柳絮一样把水包裹起来,属于弱结合水,直接的重力排水效果差。通常情况下,淤泥质地层中含有一定量的粉土夹层,可以采用普通管井直接降水,或者结合真空降水,预降水时间长;若为纯淤泥质土,真空降水效果也差,可以采取塑料排水板+堆载预压+真空降水。

岩溶地层

岩溶水以堵为主。最好不采用降水措施,一是水量太大,二是还可能会引发岩溶坍塌。

这里包含了公路、道路、桥梁、隧道的全部内容。希望您能从中获得自己需要的干货,也希望小伙伴们在路桥隧工程计的路上走得更远。

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