基坑工程降水及承压水减压控制技术案例分析

基坑坑工工程程降降水水及承承压压水水减减压压控控制制技技术术问问题题基坑坑工工程程降降水水及及承承压压水水减减压压控控制制技技术术问问题题一、、基基坑坑中中地地下下水水的的危危害害及及降降水水对对周周边边环环境境的的影影响响评评价价二、、基基坑坑地地下下水水渗渗流流规规律律与与基基坑坑降降水水类类型型三、、降降水水设设计计中中几几个个问问题题四、、降降水水井井施施工工控控制制标标准准问问题题五、、降降水水引引起起地地面面沉沉降降问问题题六、、基基坑坑承承压压水水减减压压控控制制技技术术问问题题一、、基基坑坑地地下下水水的的危危害害及降降水水对对周周边边环环境境的的影影响响评评价价1.坑底底突突涌涌（一一））基基坑坑地地下下水水危危害害的的表表现现形形式式事故故现现场场示示意意图图案例例1河南南某某基基坑坑突突涌涌事事故故勘察阶段详细勘察报告事故勘察报告土层划分：深度h/m层号岩土工程划分层号岩土工程划分①（灰黄色粉土）-7②（灰黄～深灰色）粉土-8②粗～粉砂-9③（黑灰色粉土）-10③灰褐色粉质粘土-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有机质粉质粘土-16-17⑦有机质粉土-18⑥粉砂⑧粉砂某基基坑坑地地层层基坑坑以以下下详详勘勘与与事事故故勘勘察察结结果果对对比比案例例2福州州某某桩桩基基工工程程基基坑坑突突涌涌事事故故基坑坑平平面面图图基坑坑突突涌涌分分析析示示意意图图案例例3上海海金金茂茂大大厦厦基基坑坑突突涌涌事事故故2.坑侧侧渗渗漏漏

潜水渗漏案例案例例4.上海海地地铁铁2号线线某某基基坑坑渗渗漏漏形形成成盆盆状状洼洼地地承压水渗漏沉陷区案例例5.上海海地地铁铁4号线线某某风风井井下下部部联联络络通通道道施施工工因因冻冻结结失失效效发发生生大大范范围围流流砂砂塌塌陷陷3.底侧侧渗渗漏漏4.坑底底隆隆起起.围护护““踢踢脚脚””明明显显序号土类型土层厚度/m湿重度/g/cm-3固结快剪峰值c/kPa¢/º①杂填土2.38②3-1灰、灰黄色砂质粉土7.001.834.027.0②3-2灰色砂质粉土6.101.794.026.0④灰色淤泥质粘土1.401.6817.011.0⑤1-1灰色粘土1.801.6918.011.0⑤2灰色砂质粉土21.701.764.025.5案例例6.上海海某某地地铁铁车车站站基基坑坑坑坑底底隆隆起起事事故故5.降水水诱诱发发地地层层过过量量沉沉降降测点距离(m)实测沉降（mm）长江隧道浦东段5032上中路浦东段20040地铁7号线汶水路14856.(无围围护护结结构构)基坑坑斜斜坡坡滑滑移移、、坍坍塌塌（二二））基基坑坑地地下下水水危危害害的的成成因因类类型型地下下水水在在基基坑坑工工程程实实施施过过程程中中危危害害按按成成因因可可分分为为流流砂砂、、管管涌涌和和基基坑坑底底隆隆起起，，而而且且主主要要发发生生在在细细颗颗粒粒（（尤尤其其是是粉粉质质粘粘土土、、粉粉土土、、粉粉砂砂等等））饱饱和和含含水水的的土土层层中中。。(1)土中中粒粒径径在在0.01mm以下下的的颗颗粒粒含含量量在在30%~35%以上上，，并并含含有有较较多多的的片片状状、、针针状状矿矿物物（（如如云云母母、、绿绿泥泥石石等等））和和附附有有亲亲水水胶胶体体矿矿物物颗颗粒粒。。这这样样土土的的吸吸水水膨膨胀胀性性较较高高而而比比重重较较小小，，在在不不大大的的水水流流冲冲力力下下，，细细小小颗颗粒粒即即会会发发生生悬悬浮浮流流动动；；(2)水力梯度较大大，流速增大大，动水压力力超过了土颗颗粒的重量时时，就能使土土颗粒悬浮流流动形成流砂砂；(3)土的渗透系数数较小时，排排水条件不通通畅，易形成成流砂；(4)砂土中、孔隙隙比愈大，愈愈容易形成流砂形成条件件：1.流砂流砂破坏示意意图斜坡条件时地地基条件时时１－原坡面；；２－流砂后后坡面；３－－流砂堆积物物；４－地下下水位；５－－建筑物原位位置；６－流流砂后建筑物物位置；７－－滑动面；８８－流砂发生生区２．管涌地基土在具有有一定渗流速速度（或梯度度）的水流作作用下，其细细小颗粒被冲冲走，土中的的空隙逐渐增增大，慢慢形形成一种能穿穿越地基的细细管状渗流通通道，从而掏掏空地基或坝坝体，使之变变形、失稳，，此现象即为为管涌。管涌形成条件件：（１）土中粗细细颗粒粒径比比D/d>10；（２）土的不均匀系系数d60/d10>10；（３）两种互相接触触的土层渗透透系数之比k1/k2>2～3；（４）渗流梯度大于于土的临界梯梯度。管涌破坏示意意图斜坡条件时地基条件时３．基坑底的的突涌当基坑下有承承压水存在，，开挖基坑减减小了含水层层上覆不透水水层的厚度，，当它减少到到一定程度时时，承压水的的水头压力能能顶裂或冲毁毁基坑底板，，造成突涌。。抗承压水稳定定性示意图式中：－水的重度：－土的浮重度；；－承压水头高于于含水层顶板板的高度。基坑突涌产生生的条件是基基坑开挖后不不透水层的厚厚度(三)降水对周边环环境的影响评评价民房1（混6）民房3（混6）民房4（混6）赛华公寓（砼9）三层公寓（混3）淮海大楼（混6）三号楼（混3）淮海中路1号线地铁隧道常熟路常熟路车站周周边环境示意意图7号线常熟路民房2（混4）(三)降水对周边环环境的影响评评价二、基坑地下下水渗流规律律与基坑降水类类型（一）、基坑坑地下水渗流流规律工程降水案例例（回P3）案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程案例3、宝钢1880基坑降水工程程案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程主要技术参数数表1项目深度（m）基坑开挖深度26.50潜水含水层（②+③）深度1.00至4.50承压含水层（⑤a+⑤b）深度17.00至42.50连续墙入土深度37.50连续墙插入承压含水层深度20.00降水井设计深度47.00滤管伸出连续墙底深度7.50泵站主体工程程为一内径60m的圆井，坑内外水位差差为10m。案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程彭越浦泵站地质、连续墙、降水井剖面图1－潜水位；2－承压水位；3－承压水头;4－连续墙；5－底板；6－透镜体26.5047.0037.50案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程抽水试验期间抽水井与观测井及沉降点的分布位置图案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程(a)承压含水层顶顶部水位(b)承压含水层底底部水位承压含水层顶顶面及底面的的水位立体图图连续墙周围地地下水水位等等降深线示意意图案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程案例1、合流污水外外排一期工程程彭越浦泵站站降水工程降水工程井群分布位置图主要技术参数数表2项目深度（m）基坑开挖深度32.45承压含水层（⑦１＋⑨）深度29.89~90.00连续墙入土深度44.30连续墙插入承压含水层深度14.41降水井设计深度60滤管伸出连续墙底深度13.70案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程坑内外水位相相差(m)表3项目下降值（m）下降值（m）下降值（m）坑内222833坑外151820坑内外水位相差71013案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程抽水试验期间沉降观测点平面布置图1－工作井；2－煤气井；3－煤气仪表房；4－围墙；5－大门；6－马路；7－防汛墙；8－黄浦江案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程降水井、观测井平面布置图案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程

降水井、观测井结构图1－黄泥；2－粘土球；3－4#人工砂案例2、复兴东路电电缆隧道工作作井降水工程程32.48基坑深44.30连续墙深60.00粉砂案例３宝钢钢1880基坑降水工程程主要技术参数数表4案例３宝钢钢1880基坑降水工程程坑内外第一承承压含水层⑦水位差（m）表5案例3、宝钢1880降水工程1880基坑地质、连连续墙、降水水井剖面图案例3、宝钢1880降水工程1880基坑抽水试验验井平面布置置图1、第一类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流2、第二类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流3、第三类基坑围护结构（隔水帷幕）周围的地下水渗流分析以上案例例，可见基坑地下水渗渗流有以下几几种类型：4、第四类基坑（无隔水帷幕）周围的地下水渗流1、第一类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕））潜水含水层或微承压含水水层或承压含水层层隔水层基坑围护结构构深入隔水层层（即含水层层底板）中，，井点降水以以疏干基坑内内的地下水为为目的，(见图)。这类围护结结构位于降水水含水层以下下，即潜水含含水层底板之之中，将基坑坑内的地下水水与基坑外的的地下水分隔隔开来。其地地下水渗流特特征：由于围护结构构隔水，基坑坑内、外地下下水无水力联联系。降水时时，基坑外地地下水不受影影响。因此，这类井井点降水影响响范围小。这这种基坑在上上海很普遍，，一般基坑度度小于10～15m。1、第一类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流2、第二类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕））潜水含水层隔水层承压含水层弱透水层2、第二类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流基坑围护结构构深入隔水层层（即含水层层顶板）中，，井点降水以以降低基坑下下部承压含水水层的水头，，防止基坑底底板隆起或突突水产生流砂砂为目的，见见图。这类围护结构构位于降水含含水层以上，，即承压含水水层顶板之中中，围护结构构未将基坑内内、外承压含含水层分隔开开。其地下水渗流流特征：由于于不受围护结结构的影响，，基坑内、外外地下水连续续相通。这类井点降水水影响范围较较大，但降落落漏斗平缓，，抽水引起的的地面沉降为为均匀沉降。。这种基坑深度度在上海一般般大于15～20m。例如引水工程程中的南市水水厂降水工程程、世界广场场降水工程、、人民广场地地下变电站降降水工程等。。3、第三类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕））承压含水层隔水层弱透水层潜水含水层3、第三类基坑坑围护结构（（隔水帷幕））周围的地下下水渗流基坑围护结构构深入承压含含水层中，井井点降水的前前期以降低基基坑下部承压压含水层的水水头为目的，，后期以疏干干承压含水层层为目的。这类围围护结结构位位于降降水含含水层层中上上部，，基坑坑内、、外承承压含含水层层大部部分被被围护护结构构隔开开，仅仅含水水层底底部未未被隔隔开。。其地下下水渗渗流特特征：：由于于受围围护结结构的的阻挡挡，上上部基基坑内内、外外地下下水不不连续续，中中下部部或底底部含含水层层连续续相通通，地地下水水呈三三维流流态。。另外外，由由于井井损，，井内内水位位低于于井壁壁外水水位，，而且且，随随着水水位降降深的的加大大，井井内、、外水水位降降相差差越大大。这类基基坑深深度比比较深深，在在上海海一般般大于于20～25m。例如合合流污污水治治理工工程中中的的的4.1标彭越越浦泵泵站降降水工工程，，吴泾泾、闵闵行污污水外外排工工程3.1标降水水工程程，上上海外外环沉沉管隧隧道浦浦西岸岸边段段降水水工程程、复复兴东东路电电缆隧隧道工工作井井、M4号线董董家渡渡修复复段等等。4、第四四类基基坑（（无隔隔水帷帷幕））周围围的地地下水水渗流流基坑周周边无无隔水水帷幕幕，这这类基基坑渗渗流只只受水水文地地质条件影影响为为平面面渗流流，在在降水水井附附近为为三维维空间间流。。（二））基坑坑降水水类型型根据基基坑渗渗流类类型可可以划划分四四种基基坑降降水类类型1．第一一类基基坑工工程降降水——隔水帷帷幕深深入降降水含含水层层隔水水底板板的基基坑降降水这类降降水设设计依依据的的理论论是带带隔水水边界界的基基坑平平面渗渗流理理论。。降水水方法法采用用管井井抽水水方法法或加加真空空的管管井抽抽水方方法，，也可可以采采取轻轻型井井点、、喷射射井点点抽水水方法法。该该类降降水对对周边边环境境影响响很小小。2．第二二类基基坑工工程降降水——隔水帷帷幕未未深入入降水水含水水层中中的基基坑降水这类降降水设设计依依据的的理论论是无无界或或者有有补给给边界界的基基坑平平面渗渗流理理论。。降水水方法法采用用管井井抽水水方法法。该该类降降水对对周边边环境境影响响比较较大。。3．第三三类基基坑工工程降降水——隔水帷帷幕深深入降降水含含水层层中的的基坑坑降水水这类降降水设设计依依据的的理论论是基基坑空空间渗渗流理理论。。降水水方法法采用用管井井抽水水方法法。该该类降降水对对周边边环境境的影影响取取决于于降水水井的的位置置、滤滤管长长度及及其与与隔水水帷幕幕的关关系。。4．第四四类基基坑工工程降降水——无隔水水帷幕幕的基基坑降降水这类基基坑深深度浅浅、无无隔水水帷幕幕，降降水设设计依依据的的理论论是潜潜水含含水层层平面面渗流流理论论。降降水方方法可可采用用轻型型井点点、喷喷射井井点或或真空空管井井抽水水方法法。该该类降降水对对周边边环境境影响响比较较大。。三、降降水设设计中中的几几个问问题降水井井布设设比较较表6降水井布设配合措施优点缺点适用条件坑外降水井点布设无隔水帷幕有利边坡稳定减少围护的侧压力坑外水位下降环境要求不高坑内降水井点布设隔水帷幕或部分无隔水帷幕坑外水位不下降或少下降形成向坑内水头差环境要求高（一））降水水井的的设置置1．降水水井的的平面面布设设坑外水水位>2m321坑内水水位2．连续续墙深深度与与降水水井深深度的的关系系坑内降降水时时坑内内地下下水水水位与与连续续墙深深度的的关系系1－深井井井管管；2－隔水水帷幕幕；3－地下下管线线；4－坑外外建筑筑物基基础4连续墙墙入土土深度度与降降水井井深度度的关关系表7工程项目连续墙入土深度（m）降水井布设降水井深度（m）井中水位深度（m）基坑内地下水位深度（m）1．外环越江隧道浦西岸边段连接井与风井降水工程44～46坑内降水504531.00～33.002．上海复兴东路高压电缆隧道工程工作井降水工程44.30坑内降水605034.393．上海吴、闵污水外排工程3.1标工作井降水工程47.80坑内降水625236.00案例（二））降水水井深深度问问题传统方方法确确定降降水井井深度度公式式为：：式中各各项见见图：：——降水井井深度度，m;——地面至至基坑坑底面面的距距离，，m;——基坑底底面至至降低低后的的地下下水位位距离离，一一般取取h=0.5~2m;——水力梯梯度，，环形形井点点系统统J＝1/8～1/10，单排井井点系系统J＝1/4~1/5;——降水井井至基基坑中中心的的水平平距离离，m；——过滤器器工作作部分分长度度和沉沉淀管管的长长度，，m。LH1hlH700~1000200J=1/10水流通过滤水管的滤网和圆孔；进入滤水管水流与滤水管已有水流的作用；沿程的流量和流速不断增加；滤水管管内部部的磨磨阻。。由上式式设计计的井井深往往往偏偏小，，尤其其是比比较深深井的的降水水。其其原因因是该该方法法没有有考虑虑地下下水流流经滤滤水管管的损损失（（即井井损）），主主要来来自四四个方方面：：——井内水水位降降深；——井内流流量；；——渗透系系数；；——含水层层厚度度；——影响半半径；；——滤水管管半径径；——当吸水水管位位于滤滤水管管顶端端时，，为滤滤水管管的直直径，，即；当吸水水管位位于滤滤水管管内时时，，为吸水水管半半径；；——当吸水水管位位于滤滤水管管顶端端时，，为滤滤水管管的断断面积积，即即；当吸水水管位位于滤滤水管管内时时，——滤水管管的磨磨阻系系数；；——重力加加速度度；分析上上式，，井内内水位位降深深是由由两部部分组组成。。一是是与无无关关的常常数项项即裘布依依单井井公式式，它它代表表了流流量经过含含水层层输送送到滤滤水管管外壁壁的水水头损损失，，是与与的的一一次方方成正正比。。二是与与有有关的的函数数，即即代表了了滤水水管的的水头头损失失（即即井损损），，前面面的““＋””号代代表吸吸水管管位于于滤水水管顶顶端，，“－－”代代表吸吸水管管位于于滤水水管内内，而而滤水水管内内的水水头损损失又又有两两种原原因造造成的的：原因1：水流流的摩摩阻损损失这一损失是是的的三次方的的函数。经试验验证证在降水井井深度设计计中应该考考虑井损，，采用以下下公式：——井的水头损损失（即井井损），m。原因2：水流的增增量加速度度运动引起起的损失这一损失是是的的二次方方的函数。。降水井数量量、井的间间距根据渗渗流规律选选用公式计计算，考虑虑安全性确确定。（三）降水水井数量例如在上海海地区不考考虑隔水帷帷幕影响情情况下：粉质粘土：：200m2一口井；砂质粉土：：井间距10～15m；粉细砂：井井间距15～20m。四、降水井井施工控制制标准问题题1.滤管孔隙率率问题：孔隙率不得得小于18～20%。2.滤料规格问问题：砂质粉土0.25mm～2.0mm粉砂、粉细细砂0.5～2.0mm。3.洗井问题：：活塞洗井井加空气压压缩机洗井井4.单井出水量量在没有有帷幕影响响情况下：：砂质粉土2～5m3/h粉砂8～15m3/h粉细砂50～100m3/h。5.含砂量1/5万～1/2万（体积比））。五、降水引引起地面沉沉降问题１．第一组组建筑物沉沉降曲线②粉质质粘土③11淤泥质粉质质粘土⑤1-1粘土⑤2-2粉质粘土⑥粉质粘土土⑦1砂质粉土⑦2粉砂④淤泥质