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1、上海广联建设发展有限公司SHANGHAI GUANGLIAN CONSTRUCTION DEVELOPMENT CO., LTD,软土地区工程降水,2011年4月,1,缪俊发,软土地区工程降水,地下水的工程特性浅层疏干降水承压水降水工程降水风险工程降水实例,2,1、地下水的工程特性,1.1 基坑突涌破坏1.2 基坑侧壁流砂1.3 基坑底部流砂1.4 非自然渗流通道引发的突涌1.5 环境岩土工程问题1.6 地下结构抗浮问题1.7有效应力丧失,引起踢脚变形和隆起变形大.,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
2、。,1.1 基坑突涌破坏,4,水土压力失衡引发突涌,围护墙体的深层渗漏引发突涌与侧壁流砂，即所谓的“底侧突涌”与“坑侧突涌”。11号线5标,后用冷冻法解决!,1.1 基坑突涌破坏,5,围护结构缺陷引发突涌,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。,1.2 基坑侧壁流砂,6,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。,1.3 基坑底部流砂,7,1、坑内的前期地质钻孔未完全封闭；2、进出洞加固体与围护墙外侧之间残留缝隙；3、承压
3、水沿钻孔桩表面与地层之间的缝隙上渗。 没有反滤层,必然出砂!,1.4 非自然渗流通道引发的突涌,8,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。地面沉降分布形态与承压水降落漏斗分布形态基本相似。,1.5 环境岩土工程问题,9,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。,1.6 地下结构抗浮问题,10,2.1 疏干降水作用2.2 疏干降水对象2.3 疏干降水类型2.4 常用降水方法2.5 疏干降水设计与计算,2、浅层
4、疏干降水,11,边坡与坑底防渗，提供开挖与施工条件防止边坡与坑底流砂发生减少开挖土体含水量，便于开挖与土方外运提高土体强度，利于边坡稳定及减少基坑侧向变形盾构进出洞部位的浅层降水，防止流砂、冒水地墙槽壁降水.,2.1 疏干降水作用,12,2.2 疏干降水对象,疏干对象：潜水含水层,疏干对象：潜水含水层、微承压含水层,13,分层减压,联合降水,2.2 疏干降水对象(续),疏干对象：潜水含水层、微承压含水层、承压含水层,14,基坑周边未设置隔水帷幕。（浅基坑放坡开挖、土钉墙围护）,2.3 疏干降水类型,1、敞开式疏干降水,15,潜水非稳定流理论?,基坑周边设置隔水帷幕，坑底下有隔水层或渗透性较差的
5、厚层弱透水层存在,2.3 疏干降水类型（续）,2、封闭式疏干降水,16,隔水帷幕未能完全切断基坑内外的水力联系(浦珠路,KV/Kh 问题),2.3 疏干降水类型（续）,3、半封闭式疏干降水,17,隔水帷幕切断基坑内外浅层含水层的水力联系，但由于弱透水层厚度薄或其竖向渗透性较强导致隔水性能差，下伏含水层补给量较大。,2.3 疏干降水类型（续）,3、半封闭式疏干降水（续）,18,地下水位较低地区，导渗后的混合水位通常低于基坑底面，导渗过程为浅层地下水自动下降。,2.3 疏干降水类型（续）,4、导渗法（导渗自降疏干）,1-上部含水层初始水位；2-下部含水层初始水位； 3-导渗后的混合动水位；4-隔水
6、层；5-导渗井,19,混合水位高于坑底或高于疏干控制设计水位时，采用降水管井抽汲深层地下水降低导渗后的混合水位。,2.3 疏干降水类型（续）,4、导渗法（导渗抽降疏干）(续)-润扬长江大桥北锚锭深基坑导渗抽降,1-厚1.20m的地下连续墙；2-墙下灌浆帷幕；3-325导渗井(内填砂，间距1.50m)；4-600降水管井； 5-淤泥质土；6-砂层；7-基岩(基坑开挖至该层岩面),20,2.4 常用疏干降水方法,21,2.5 疏干降水设计与计算,22,1、基坑涌水量 封闭型基坑(m3) ： -可排水总量 半封闭型基坑(m3/d )：单位时间内的可排水量 -潜水含水层 -承压含水层 -r0为假想半径
7、，与 基坑平面尺寸及形 状有关。,上式是大井完整井公式!,2.5 疏干降水设计与计算,23,2、疏干降水井数量n 封闭型基坑： qw为单井流量 t为开挖前预降水时间 或 n=A/Aw A为基坑开挖面积 Aw为单井有效疏干面积半封闭型基坑： 单井流量最大值qmax可按规 范(JGJ/T111-98)公式计算 或地区工程经验确定。,3、承压水降水,3.1 承压水降水的必要性 3.2 承压水降水概念设计 3.3 承压水降水设计 3.4 承压水降水施工 3.5 承压水降水运行 3.6 减压井封井技术,24,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
8、止基坑底面发生突涌、流土现象。,3.1 承压水降水的必要性,1、防止与避免基坑底部发生突涌破坏,25,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，以防止坑底发生流砂、流土现象。,3.1 承压水降水的必要性（续）,2、防止与避免基坑底部发生流砂、流土破坏,26,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。,3.2 承压水降水概念设计,27,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。,3.2 承压水降水概念设计（续）,28,情形3：隔水帷幕进入减压降水目的含水层中，且含水层
9、中隔水帷幕的长度较大。宜选用基坑内侧减压降水。,3.2 承压水降水概念设计（续）,29,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。,3.2 承压水降水概念设计（续）,30,3.3.1 设计阶段的划分降水方案制订阶段优化方案阶段制订降水运行方案阶段,3.3 承压水降水设计,31,降水方案制订阶段：(初步降水设计)搜集已有的地质、水文地质资料，进行现场踏勘，根据基坑的开挖深度及支护结构的设计要求，制定基坑降水方案。在这个阶段，一般可采用区域或场地附近的已有的水文地质资料，也可采用经验数据。对于某些重大工程而言，在岩土工程勘察阶段已专门进行了拟建工程场地的现场水文地质抽水试
10、验，并提供了减压降水目的含水层及其相关含水层和弱透水层的水文地质参数，可直接进入优化降水方案阶段。,3.3.1 设计阶段的划分,32,3.3.1 设计阶段的划分（续）,优化方案阶段：在初步降水设计方案被采纳后，进入优化和实施方案阶段。通过现场抽水试验，测定含水层或含水层组的水文地质参数。根据所测定的水文地质参数，对初步降水设计方案进行调整或优化。,33,3.3.1 设计阶段的划分（续）,制订降水运行方案阶段：根据已经优化的降水设计方案，全部井群施工完毕后，进入制定基坑降水运行方案阶段。该阶段需进行部分降水井的群井抽水，将观测孔的计算资料与实测资料进行拟合，调整含水层的水文地质参数。(围护结构的
11、设置已改变场地的水文地质条件)一般井总有余量,本工作是实现降水最小化.调整后的水文地质参数、群井抽水时的环境监测资料及基坑施工的各工况条件，作为制订降水运行方案的依据。,34,3.3.2 降水设计前应掌握的资料,1、地质、水文地质资料 a. 区域地质、水文地质资料。 b. 拟建场地的岩土工程详细勘察报告。 c. 拟建场地的水文地质参数。(区域或经验参数),35,2、基坑围护设计资料(影响降水方式、井群结构与布置等) a. 基坑的形状、大小、开挖深度、开挖方法。 b. 挡土结构的基本资料，包括桩的直径、墙的厚 度、插入深度、隔水帷幕的深度等。 c. 支撑体系的结构形式与平面布置。 d. 围护设计
12、中对各工况的要求。 e.各工况条件下，支护结构及相邻地面变形要求。,3.3.2 降水设计前应掌握的资料（续）,36,3、基坑周边的环境资料 a. 地下管线资料，包括管线至基坑边缘的水平距离、管径大小 及管线的重要程度。 b. 周边的建筑物：包括基础深度、形式和上部结构形式，建筑 物的沉降与变形现状。 c. 周边的市政工程：地下建筑物的规模、深度，地铁、高架道 路、地下道路、隧道的埋深、走向、基础形式和深度等。 d. 基坑施工期间，需要重点保护的对象及保护对象的最大允许 变形量等。,3.3.2 降水设计前应掌握的资料（续）,37,3.3.3 承压水降水设计计算,1、安全承压水位埋深计算,计算原则
13、 a) 满足基坑底面抗突涌稳定性要求； b) 满足基坑底面抗渗稳定要求。,38,3.3.3 承压水降水设计计算（续）,1、安全承压水位埋深计算（续）,计算公式,D 安全承压水位埋深；H0 承压含水层顶板埋深最小值； h 基坑开挖面深度；Hd 基坑开挖深度设计值；s 基坑底面至承压含水层顶板之间的土的层厚加权平均重度； w 地下水重度； F 基坑突涌稳定性安全系数。,39,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。,3.3.3 承压水降水设计计算（续）,2、承压水降水引起的地下水渗流计算,40,无越流,完整井,非完整井,有越流,无越流,有
14、越流,数值模型计算：当含水层呈现非均质、厚度变化大、边界条件复杂时，可建立地下水渗流数值模型，利用其数值解计算。对应得数学模型通式如下：,3.3.3 承压水降水设计计算（续）,2、承压水降水引起的地下水渗流计算,41,井结构设计：根据地层，确定井径、过滤器位置与长度。根据含水层颗粒分析资料，确定填砾粒径、填砾高度和井管外止水的位置与方法等。,3.3.4 承压水降水井设计,42,1、钻进工艺 对钻机安装、钻具配置、钻进方法、防止井内事故、防止井斜及保持井径等，提出针对性的措施和要求。在不同深度的不同地层中，对冲洗液指标提出控制性的要求。 2、成井工艺 钻进工作达到所要求的深度后，冲孔、配置与安装过滤器、换泥浆、填砾、止水、洗井等一系列工序的工艺要求。,
