深基坑渗流分析和控制问题全面探讨

1、深基坑渗流分析和控制问题全面探讨目录1、概述2、基坑事故及渗流破坏3、渗流基本概念4、渗流计算5、深基坑渗流设计要点6、渗流控制措施7、结语深基坑特点基坑深度越来越深-50占地面积越来越大-23万m2基坑底部被墙、桩、降水井、勘探孔穿插切割与地下水关系越来越密切承压水影响越来越突出基坑的事故与破坏越来越多。二、基坑事故与渗流破坏事故工程实例天津地铁1号线-南楼三号线-红南；-小树林 京津城铁- 武汉地区基坑事故 广铁3#-燕塘站 杭州地铁-湘湖站基坑事故原因80%以上与地下水有关：1.规范和设计问题入土深度不够深（墙底悬空）；2.与周边环境不协调；3对地下水认识有误；4.构筑物施工质量太差；

2、5.运行管理失误。 天津地铁3号线某基坑渗流图基坑渗流破坏特征1.沿着地基薄弱部位： 2. 墙、桩的边缘；3.粘性土层厚度小；4.淤泥和流沙厚度大。5.结构物的缺陷。三、渗流基本概念基坑渗透水流特性1、渗流是什么？ 土体是固、液、气的三相体系。自由水在孔隙中流动，这便是渗流。土体也会运动，对孔隙水产生压力。渗流是土与水相互作用的结果。2、渗透系数渗透系数k:土体透水性的大小。由现场和室内试验确定，或根据经验来选定。单位是m/d或cm/s.3、渗透坡降渗透坡降j：渗透压力与渗透路径（长度）的比值。常用临界坡降和允许坡降 (1)临界坡降：土体达到临界破坏状态时的坡降，在均质地基中， Jcr=/w

3、Jcr的计算公式有很多，但其极限值。出口坡降、允许坡降 (2) 出口（逸）坡降：渗流出口处的坡降， (3) 允许坡降：土体不会发生渗透破坏的坡降。常由临界坡降除以安全系数Fs后得到。4、浮托力、稳定安全系数浮托力（扬压力）：作用在底板或隔水层下的 向上水压力。稳定安全系数Fs：通常，或。基坑5、达西定律达西定律：渗透速度与渗透坡降成正比，此时可写成下面公式： V=k jK渗透系数基坑渗流特性（一） 基坑外侧的渗流的方向向下，侧压力小于静水压力；它对土体产生了压缩作用；这对于基坑稳定都是有利的。 当渗流穿过墙底进入基坑内侧时， 渗流方向向上， 渗流压力变成了浮托力; 不利。基坑渗流特性（二）对于

4、基坑底部 渗流来说，要切记：1、 渗流整体稳定取决于土体自重与浮托力是否平衡。2、 渗流出口和内部稳定还要满足渗透坡降（出逸坡降）的要求。3、粘性土与砂性土的区别 。三、渗流分析与计算渗透模式图砂层渗流计算模式图 基坑底部的渗流破环这是太沙基计算简图。当墙入土深度hd太小时，在0.5 hd范围内会发管涌破坏。为保持基坑的渗透稳定，入土深度不能太短。 最不利的计算情况（一）（1）地基中没有隔水层，下面砂层和 透水基岩中水互相连通（2）存在着薄弱地层（如淤泥、流沙） 或隔水层突然变薄部位，（3）局部超深或深度突变部位。（4）几种支护结构的连接部位。（5）承受特殊荷载部位。最不利的计算情况（二）通常

5、，选取一个或多个最不利的断面；有些时候，可能要针对整个基坑，进行整体稳定计算。 潜水:沿最小路径渗透承压水:沿最薄的地层突涌基坑突涌位置图 图2渗流计算目的（1）地基中不发生灾难性的管涌和流土。（2）坑底不会因承压水的顶托而产生突涌（水）、流泥、隆起等。（3）基坑四周和底部涌水量不太大， 不影响基坑开挖和砼浇筑。（4）坑内软土（淤泥质土）能较快地脱水固结。渗流计算内容（一）（1）基坑整体渗流计算： 控制断面h、v、i、q、以及总的涌水量。（2）核算坑底的渗流出逸坡降是否满足要求，是否会发生管涌。 （3）检验墙底进入隔水层内的深度是否满足渗透稳定要求。 如果不能满足要求时，应将墙底再向下加深到新

6、的隔水层内，直到满足要求为止。 渗流计算内容（二）（4）核算坑抵抗承压水突涌的能力：1）坑底土体自重能否抵抗承压水的浮力并具有足够的安全系数。2）坑底有多个承压水层而隔水层厚度较薄时，还必须进行渗透安全（允许坡降）核算。（5）核算抽水井设计是否满足要求。有限差分法示意图 图4计算结果分析渗流计算得到的最大出逸比降为允许比降的3倍多，会发生渗透破坏。而当把hd加大并在墙底进行帷幕灌浆时，渗流即无大碍。平面有限元法用平面有限元法计算渗流，就是在基坑中选取一个或几个剖面，按二维水流来处理，分别计算不同部位的水流压力、比降和渗透流量以及相应的变化曲线。 压力水头等值线 图6墙底基岩灌浆从计算结果表中可

7、以看出, hd时基坑不安全；墙底帷幕深入到微风化层,则基坑是稳定的。基坑渗流计算结果 简化计算法1、计算原理 均匀土层水压力分布图 图7计算原理及步骤：1、在均匀地基中，水头损失与渗径长度成正比。2、在分层地基中，总的水头损失等于由各分层地基中水头损失之和；3、各层土的渗透系数k和渗透坡降i成反比。计算步骤：先求得最小的渗透比降i（k最大）；再推求其余各层的i值；再分段求出其水头损失值；再总的水头损失值。基坑渗透水压力图（墙底入弱风化岩层）图9不均匀土层渗透水压力图 图10该基坑深，坑底直接位于粉砂层中；地连墙底穿过隔水层进入了粉砂层中。坑底和墙底均在透水层中；地基中有两层微承压水，埋深约6m

8、，。经过计算，如不采用降水，基坑开挖后，可能发生管涌和坑底突涌。 承压水渗流计算这里要特别指出的是（见图10）：在承压水条件下，基坑内侧的浮托力（扬压力）不是常规渗流水压力244KN，而是隔水层底面的第二层承压水的压力290KN。承压水的渗流计算基坑底部的承压水计算坑底承压水计算（1）基坑底部渗流稳定计算应包括以下两个方面：（1）当坑底上部为不透水层，而其下的透水层中有承压水时，应进行抗流土和隆起的稳定性计算，要使透水层顶板以上到基坑底部之间的土体重量大于水的浮托力PW:坑底承压水计算（1）sat t=Fswhw式中，sat为土的饱和重度。P=whw 承压水的浮托力。 t-透水层顶板以上到坑底

9、的不透水层厚度。 hw-透水层顶板以上的水头，m。Fs安全系数坑底承压水计算（2）2）坑底以下为粉土和砂土时，要验算抗管涌或流土稳定性，i i通常粉细砂地基。 当级配不良时，。3）当坑底以下为粘性土与砂土互层时， 应进行上面两项核算（见图11）， 特别是当粘性土很薄时，应当核算该层土的渗透比降是否满足要求。渗流计算成果分析 1.应当把渗流计算出来的hd为地连墙最小入土（岩）深度，2. 还要满足经济合理要求3. 用灌浆或高压喷射灌浆等封堵墙底透水层，确保基坑安全和正常施工。 五 防渗体设计地基土、地下水、地连墙三位一体1、结构抗渗透设计要求在进行抗渗透结构设计时，要对渗透水流的防渗和降水统一考虑

10、。如果只考虑一项，那就可能对基坑的渗透稳定和周边环境（楼房和地下管线）造成很不利的影响。 墙底悬在砂层中基坑渗流剖面2、对规范的讨论JGJ120-99的局限：地层条件：单一地基；未考虑承压水影响；没有基坑底部渗透稳定计算；公式允许墙底位于透水层中hd =1.2 o (h_hw)渗透稳定要求的渗透稳定需要的入土深度hd墙底进入不透水层的要求：hd见JGJ120-99的条。 其中，hw水头，b墙厚。这是按接触比降的要求来计算的。3、降水深度要求设计降水深度不宜小于基坑底面以下米。JGJ120-99 第条要求：这对潜水或承压水层都是必须做到的。争论-接地孔，残积土4、防渗体的地下轮廓线大面积基坑不同

11、深度基坑六、基坑渗流控制措施基坑渗流控制措施主要有以下几种：1 对于超深基坑来说，首先采用地下连续墙做支护；深度较浅的基坑，可采用咬合桩、灌注桩与高喷桩、土钉墙等做为支护结构，总之要因地制宜;但防渗一定要做好。 2 其它措施：（1）底部灌浆(岩石地基)（2）底部高压喷射灌浆(土层)（3）墙底加长(不放钢筋)（4）坑内降水(承压水)（5）坑外降水(承压水（6）坑底防渗基坑渗流控制措施1、墙底接长由于结构强度（配筋）所需要的hd常常较小，所以为防渗需要而接长时，不需要配置钢筋。应当通过技术经济比较，确定底部接长长度。地连墙的合理深度。 2、墙底止水帷幕当墙底入风化岩时，可在其墙底基岩中灌浆； 在软土基坑中的墙底，可采用高喷灌浆帷幕，也可采用水泥灌（注）浆帷幕。 有时也可在坑外做止水帷幕，不需在结构内部预埋灌浆管，施工干扰少。 防渗体示意图锚碇基坑支护防渗体图广州地铁某基坑剖面图水泥灌浆和高喷灌浆的对比通过很多工程实践来看，深度较深时，高喷的灌浆效果越来越差。 现在一些深大基坑底部都采用水泥帷幕灌浆的方法，与地连墙形成防渗体，实施效果很好。深大基坑采用水泥帷幕灌浆。4、基坑底部防渗有些基坑的平面尺寸很大，或者是承压含水水头很高， 底