昆明羊肠村号地地下室渗流减压方案PPT课件

精品课件 1 1 广东省建筑设计研究院 结构研究中心 计算中心 2013 09 仅供内部使用2013 09 精品课件 2 1 1工程概述羊肠村6号地项目位于昆明市盘龙区铂金大道北侧 主要由8栋地上100米的高层住宅组成 地下设2 3层地下室 地下室总投影面积约3 4万平方米 其中地下室东北半区为负三层 底板面标高为1913 7m 西南半区为负二层 底板面标高为1915 2m 东北半区地下室楼层标高比西南半区高2 3米 两者在中部区域以一斜坡相连 以解决地下室埋设于地下问题 规避超限 总平面图 地下室局部剖面示意图及地下室平面图如下所示 2 精品课件 3 1 2地下室基坑内外特征地下室呈东北 西南向长条形 坑面周边标高 室外地坪总体地势东北高西南低 地下室内 东北半区1927 1m 西南半区1924 8m 高差2 3米以斜坡相连 地下室外 东北 东南侧地坪与地下室内平 外延至山坡脚 西北侧道路由东北向西南以1 2 的坡度向下倾斜 西南侧将西北端的道路与东南端的地坪以斜坡相连 3 精品课件 4 坑底标高 坑底按底板面下降1米考虑 东北半区负三层为1912 7米 西南端小部分向下倾斜 西南半区负二层为1914 2米 高差1 5米 东北端的最大坑深为14 4米 西南端的最小坑深约为9米 4 精品课件 5 现行规范规定 地下水控制可采用水位控制 水位控制可采用排水 降水 止水 回灌等方法 本工程地下水控制是相当于采用明沟排水的方法 将渗流出基坑底的地下水通过疏水层 盲沟及集水井收集排走 从而消除地下室底部的水压 取消结构底板及抗浮构件 称为 渗流减压 设计 5 精品课件 6 6 地下工程中 基坑开挖降水后 基坑内外形成水头差 地下水通过在土体中的渗流 绕过止水帷幕的底部 补充至基坑内部 因此一般需要采取降水措施以维持坑内干爽的施工环境 当基坑底部附近下部和外围的土体具有较小的渗透系数或止水帷幕可以有效地隔断中强透水层时 地下水的渗流将会十分缓慢 日常的补水量较少 表现在施工现场为降水负荷很低 基本不需抽水或短时间抽水则可较长时间维持地下水不溢出基坑底部 在上述条件下 通过渗流减压设计以代替常规的地下室底板和抗浮桩锚设计将成为可能 渗流减压设计的原理为 在地下室底部设置永久的疏排降水系统 利用全范围面状分布的疏水层收集渗水 汇至线网状分布的排水盲沟 再将盲沟内的水集中至点状均匀分布的若干集水井内 集水井内设抽水泵 当井内水位上涨至一定高度时 水泵则启动将其及时抽走 精品课件 7 7 因地下室外壁板周边将外界的水力联系基本隔断 故地下室的渗流补水较慢 水泵以较低工作负荷即可将有限的汇集水量轻松抽走 从而可以永久地将地下水位维持在坑底以下 保证疏水层以上混凝土垫层的干爽及不承受水压力 因此可以取消抵抗水压力的地下室底板和抗浮构件 其成立的前提是每天补充的水量必须是有限和可控的 因此准确分析及采取有效措施限制地下水的渗流补给成为设计的关键 另外 基坑日常降水对地表沉降影响的分析也是可行性论证的一项重要内容 影响程度必须是轻微而有限的 这是方案成立的另一个前提 精品课件 8 3 1场地地质条件分析 8 表3 1典型土层的工程地质及水文特征 精品课件 9 9 基坑底周边地质特点如图示 东北 东南边基本为隔水粘土 但西南和西北边则存在以下不利地质现象 1 坑底附近存在强透水的圆砾层 最深点离坑底约2 4米 如图中红线范围 2 坑底以下4 20米不等的深度存在透水的砾砂层 如图中绿线范围 基坑底的地质特点如图示 坑底存在以下不利 1 西南半区普遍圆砾层表露 如图中红圈所示 2 东北半区约一半区域存在砾砂层埋深较浅 埋深约0 77 7米 若砾砂层为承压水 可能产生突涌事故 突涌在基坑开挖时则可能发生 需充分论证及采取措施 精品课件 10 10 实施渗流减压需采取的措施 1 坑周的透水层应予隔断 拟采用 800的大直径搅拌桩作止水帷幕 分布范围及深度如图中蓝线所示 圆砾层坑内外隔断对基坑渗水量影响至关重要 故建议图中双蓝线范围另加道5米左右的搅拌桩 2 查明砾砂层的承压水头 对可能突涌的区域 在周边做好止水后 采用钻孔打砂井的方法将埋在浅层的砾砂与坑底连同 因止水帷幕已将坑内外砾砂层隔断 故可泄除水压 并控制补水速度缓慢 对于表露的圆砾层 在保证隔断与坑外水力联系的情况下 并不需要特别处理 可视作坑底疏水层的一部分 精品课件 11 11 精品课件 12 12 精品课件 13 13 精品课件 14 14 3 2有限元计算分析为论证渗流减压设计是否成立 须分析其得以成立的两个前提是否可行 一是日常坑内总渗流量是否有限和可控 二是日常降水对地表沉降影响程度是否有限和轻微 本项目采用有限元软件进行渗流分析 以及考虑应力 渗流耦合的降水影响沉降分析 精品课件 15 15 3 2 1计算模型 边界条件及施工阶段的模拟计算模型本项目最终完成的基坑深度为9 14 4米 计算建模时 作为分析对象的土体其平面范围取从基坑外轮廓外扩约3倍基坑深度取30米 深度亦取坑底下约3倍基坑深度 从坑面最高标高1927 1米算起各处统一往下取40米 为简化计算而又不致结果偏小 坑外分6个区 坑内分3个区建立土层模型 在每个分区内假定每层土的厚度在不同的平面位置是不变的 各土层厚度值根据实际的附近钻孔柱状图进行进行平均统计 取对渗流分析较不利的数值 以得到偏于安全的计算结果 各区以分阶形式近似模拟土面高差的变化 地下室外壁板按隔水的混凝土模拟 因主要是作渗流分析及渗流对土层沉降的影响分析 故未按实际模拟基坑支护的情况 仅近似地在地下室各层楼板的位置对壁板施加平动约束 因此计算结果是没有侧向位移的 降水引起的沉降可取考虑渗流与不考虑渗流时坑边竖向变形的差值即可 精品课件 16 16 计算模型效果图如下 轴测图 精品课件 17 17 俯视图 精品课件 18 18 水头边界按最不利情形考虑模型水头边界 沿土体上表面及外围侧面所有节点施加水位为室外地坪 甚至高出几十公分 的位置水头 相当于连续地下水稳定水位保持在地面甚至淹至地面以上 以及土体四周及底部处于江河以内 保持恒定不变的水压 的较不利情形 而坑内由于日常要保持水位在坑底以下 因此坑内的水位为坑底标高 水头边界如图所示 精品课件 19 19 水头边界 精品课件 20 20 施工阶段模拟第一步计算开挖前的初始渗流场 第二步计算开挖前的初始应力场 位移开始清零 第三步降水至地表以下坑底处 第四步开挖至基坑底 通过以上施工阶段计算 可算得考虑渗流影响时的地表变形 由于基坑支护的情况并非如实输入 故该变形并非实际的变形 然后排除地下水渗流的影响 重新计算一次 则可算出未考虑渗流影响时的地表变形 同样道理这也并非实际变形 但是 前后两次计算所得的变形差值就是降水引起的地表沉降 这个降水影响沉降是可以反映实际的 排除了基坑支护情况的影响 精品课件 21 21 3 2 2分析结果渗流分析结果坑底流量率分布 精品课件 22 22 坑底流量统计日渗水量为142m3 精品课件 23 23 考虑止水约有5米破损时坑底流量统计日渗水量为142m3 考虑止水约有5米破损时 约为224m3 精品课件 24 24 考虑渗流影响的地表变形最大在10 20mm以内 精品课件 25 25 3 2计算分析结论以上分析表明 坑底渗水量有限而可控 降水对地表沉降的影响轻微而有限 因此本工程地下室进行渗流减压设计是可行的 精品课件 26 26 3 3施工现场观察及变形监测当支护及止水施工完成 基坑开挖至坑底后 现场可以真实地观察坑底渗水现状 通过现场观察可以有效验证计算分析的结果是否准确可信 同时可实时发现坑内渗漏点及推断止水缺陷点的大概位置 及时完善止水措施 保证以后投入使用时的日常水量控制 施工期若经历丰水期 则可以反映日后运行的极端情形 现场注意着重考察日常的抽水负荷 可以目测的渗水状况 基坑周边环境受影响的程度 包括道路 构筑物 建筑物的变形开裂情形 注意观察基坑变形监测数据 实际上基坑开挖及施工期间 其降水与日后抽水大致类似 只是日常运作时属明沟排水 且排除表面大气降水的部分 相当无直接大气降水时施工抽水的延续 施工期间的连续抽水对周边地表的影响其实已经发生 故判断日后的继续抽水在此基础上应不会有太大的增加 精品课件 27 27 3 4技术可行性研究结论由上述地质分析 有限元理论分析的结果可知 本工程地下室进行渗流减压设计的前提条件可以成立 在技术上是可行的 可通过施工期期间的观察进一步印证其可行性 同时对发现的渗漏薄弱部位可以及时修补完善 确保止水措施有效到位 精品课件 28 28 4 技术经济效益分析渗流减压方案取消了地下室底板 抗拔桩 100mm厚的底板素混凝土垫层及底板柔性防水层 但增加了碎石疏水层 疏水盲沟 200mm的素混凝土垫层和钢筋混凝土地梁 并增加了日常抽水的电量消耗 4 1技术效益由于取消了地下室底板 抗拔桩及底板柔性防水层等施工难度相对较大 工艺相对复杂的工程项目 相比增加的碎石疏水层和少量的地梁 施工工期应会有明显的缩短 且在室内施工不受影响前提下 理论上疏水层及混凝土垫层可以安排在完工前的任意时间施工 精品课件 29 29 4 2经济效益经初步估算 取消的地下室底板混凝土量约为12650立方 取消约1967根平均桩长20米的抗拔桩 按底板钢筋混凝土综合造价 34000平方米 800元 m3 含引孔抗拔桩的综合造价260元 m 则约可减少造价2720万 此处尚未包含取消的柔性防水造价 增加的疏水层碎石 盲沟碎石 盲沟砖模 素混凝土垫层 钢筋混凝土地梁等按以往工程经验估算120元 m2 则增加的费用约为408万 在设计使用年限50年内的水泵电费约为30万元 基坑周边止水帷幕的费用估算约为400万 故知 总共约可节省1882万元 具有明显的经济效益 精品课件 30 30 5 相关的技术要求5 1保证设计效果的施工要求渗流减压设计成立的前提是每天补充的水量必须是有限和可控的 因此限制地下水的补给成为设计的关键 常规的项目 当地下室施工完成进行基坑回填时 往往不重视基坑的回填质量 填料取材随意且基本不经夯实或压实处理 故地下室周边一圈的回填土是松散和具有较高透水性的 对于设置渗流减压系统的地下室这将会造成非常不利的影响 地下水特别是大气降水将会沿着该条疏松的水通道直接灌入地下室中 将大幅增加地下室的补水量 可能导致抽水量失控 所以 为有效控制地下室的补水量 保证渗流减压系统稳定可靠地工作 对地下室的施工有如下要求 1 严格控制基坑回填的材料包括地表的新填土 严禁采用疏水性好的建筑垃圾 碎石 砂等粗颗粒材料 应采用隔水性好的粘性土 2 严格做好回填土的分层夯实工序 确保回填土成为密实的隔水整体 精品课件 31 31 另外 地下室取消底板后 整体铺设的500mm的碎石疏水层 为避免正常使用时出现不均匀沉降 需要切实做好碎石疏水层的夯实或压实工作 5 2周边环境的监测要求在使用期对土层变形和建筑物的状况进行持续监测 直至变形稳定 6 风险评估风险一 坑内总渗水量估算与实际偏差过大 可能原因 1 勘察单位提供的渗透系数不准确 2 计算模型的土层分布与实际存在偏差 3 基坑回填未按设计要求进行 形成贯通水路 4 其他不可预见因素 精品课件 32 32 造成后果 渗水量大于估算值 造成抽水负荷增加 当大于抽水最大负荷时将溢出地下室地面 应对措施及风险评估 疏排水系统的排水能力按计算渗水量预留适当的安全系数 以应付无法预见的突发情形 保证最不利情况下的渗水量不会大于抽水最大负荷 从实际观察的渗水量来看 计算的渗水量应该不会有太大的出入 后期出现突变的主要影响因素为回填土的施工质量及岩石部位出现裂隙水 因此务必切实控制