基坑工程降水技术及案例

基坑工程降水及承压水减压控制技术问题基坑工程降水

及承压水减压控制技术问题一、基坑中地下水的危害及降水对周边环境的影响评价二、基坑地下水渗流规律与基坑降水类型三、降水设计中几个问题四、降水井施工控制标准问题五、降水引起地面沉降问题六、基坑承压水减压控制技术问题

一、基坑地下水的危害及降水对周边环境的影响评价1.坑底突涌（一）基坑地下水危害的表现形式事故现场示意图案例1河南某基坑突涌事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粉砂某基坑地层基坑以下详勘与事故勘察结果对比案例2福州某桩基工程基坑突涌事故基坑平面图基坑突涌分析示意图案例3上海金茂大厦基坑突涌事故2.坑侧渗漏

潜水渗漏案例案例4.上海地铁2号线某基坑渗漏形成盆状洼地承压水渗漏沉陷区案例5.上海地铁4号线某风井下部联联络通道施工因冻冻结失效发生大大范围流砂塌陷3.底侧渗漏4.坑底隆起.围护“踢脚”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6.上海某地铁车站基基坑坑底隆起事故故5.降水诱发地层过量量沉降测点距离(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.(无围护结构)基坑斜坡滑移、坍坍塌（二）基坑地下水水危害的成因类型型地下水在基坑工程程实施过程中危害害按成因可分为流流砂、管涌和基坑坑底隆起，而且主主要发生在细颗粒粒（尤其是粉质粘粘土、粉土、粉砂砂等）饱和含水的的土层中。(1)土中粒径在0.01mm以下的颗粒含量在在30%~35%以上，并含有较多多的片状、针状矿矿物（如云母、绿绿泥石等）和附有有亲水胶体矿物颗颗粒。这样土的吸吸水膨胀性较高而而比重较小，在不不大的水流冲力下下，细小颗粒即会会发生悬浮流动；；(2)水力梯度较大，流流速增大，动水压压力超过了土颗粒粒的重量时，就能能使土颗粒悬浮流流动形成流砂；(3)土的渗透系数较小小时，排水条件不不通畅，易形成流流砂；(4)砂土中、孔隙比愈愈大，愈容易形成成流砂形成条件：1.流砂流砂破坏示意图斜坡条件时地地基条件时１－原坡面；２－－流砂后坡面；３３－流砂堆积物；；４－地下水位；；５－建筑物原位位置；６－流砂后后建筑物位置；７７－滑动面；８－－流砂发生区２．管涌地基土在具有一定定渗流速度（或梯梯度）的水流作用用下，其细小颗粒粒被冲走，土中的的空隙逐渐增大，，慢慢形成一种能能穿越地基的细管管状渗流通道，从从而掏空地基或坝坝体，使之变形、、失稳，此现象即即为管涌。管涌形成条件：（１）土中粗细颗粒粒粒径比D/d>10；（２）土的不均匀系数d60/d10>10；（３）两种互相接触的土土层渗透系数之比比k1/k2>2～3；（４）渗流梯度大于土的的临界梯度。管涌破坏示意图斜坡条件时地基条件时３．基坑底的突涌涌当基坑下有承压水水存在，开挖基坑坑减小了含水层上上覆不透水层的厚厚度，当它减少到到一定程度时，承承压水的水头压力力能顶裂或冲毁基基坑底板，造成突突涌。抗承压水稳定性示示意图式中：－水的重度：－土的浮重度；－承压水头高于含水水层顶板的高度。。基坑突涌产生的条条件是基坑开挖后后不透水层的厚度度(三)降水对周边环境的的影响评价民房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边环环境示意图7号线常熟路民房2（混4）(三)降水对周边环境的的影响评价二、基坑坑地下水水渗流规规律与基坑降降水类型型（一）、、基坑地地下水渗渗流规律律工程降水水案例（回P3）案例1、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工工程案例2、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降降水工程程案例3、宝钢1880基坑降水水工程案例1、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工工程主要技术术参数表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泵站主体体工程为为一内径径60m的圆井，，坑内外水水位差为为10m。案例1、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工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、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工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、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工工程(a)承压含水水层顶部部水位(b)承压含水水层底部部水位承压含水水层顶面面及底面面的水位位立体图图连续墙周周围地下下水水位位等降深深线示意意图案例1、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工工程案例1、合流污污水外排排一期工工程彭越越浦泵站站降水工工程降水工程井群分布位置图主要技术术参数表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、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降降水工程程坑内外水水位相差差(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、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降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、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降降水工程程降水井、观测井平面布置图案例2、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降降水工程程

降水井、观测井结构图1－黄泥；2－粘土球；3－4#人工砂案例2、复兴东东路电缆缆隧道工工作井降降水工程程32.48基坑深44.30连续墙深深60.00粉砂案例３宝宝钢1880基坑降水水工程主要技术术参数表4案例３宝宝钢1880基坑降水水工程坑内外第第一承压压含水层层⑦水位差差（m）表5案例3、宝钢1880降水工程程1880基坑地质质、连续续墙、降降水井剖剖面图案例3、宝钢1880降水工程程1880基坑抽水试试验井平面面布置图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案例，可见见基坑地下水水渗流有以以下几种类类型：4、第四类基坑（无隔水帷幕）周围的地下水渗流1、第一类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕幕）潜水含水层层或微承压含含水层或承压含水水层隔水层基坑围护结结构深入隔隔水层（即即含水层底底板）中，，井点降水水以疏干基基坑内的地地下水为目目的，(见图)。这类围护护结构位于于降水含水水层以下，，即潜水含含水层底板板之中，将将基坑内的的地下水与与基坑外的的地下水分分隔开来。。其地下水水渗流特征征：由于围护结结构隔水，，基坑内、、外地下水水无水力联联系。降水水时，基坑坑外地下水水不受影响响。因此，这类类井点降水水影响范围围小。这种种基坑在上上海很普遍遍，一般基基坑度小于于10～15m。1、第一类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流2、第二类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕幕）潜水含水层层隔水层承压含水层层弱透水层2、第二类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流基坑围护结结构深入隔隔水层（即即含水层顶顶板）中，，井点降水水以降低基基坑下部承承压含水层层的水头，，防止基坑坑底板隆起起或突水产产生流砂为为目的，见见图。这类围护结结构位于降降水含水层层以上，即即承压含水水层顶板之之中，围护护结构未将将基坑内、、外承压含含水层分隔隔开。其地下水渗渗流特征：：由于不受受围护结构构的影响，，基坑内、、外地下水水连续相通通。这类井点降降水影响范范围较大，，但降落漏漏斗平缓，，抽水引起起的地面沉沉降为均匀匀沉降。这种基坑深深度在上海海一般大于于15～20m。例如引水工工程中的南南市水厂降降水工程、、世界广场场降水工程程、人民广广场地下变变电站降水水工程等。。3、第三类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流降水井围护结构（隔水帷幕幕）承压含水层层隔水层弱透水层潜水含水层层3、第三类基基坑围护结结构（隔水水帷幕）周周围的地下下水渗流基坑围护结结构深入承承压含水层层中，井点点降水的前前期以降低低基坑下部部承压含水水层的水头头为目的，，后期以疏疏干承压含含水层为目目的。这类围护结结构位于降降水含水层层中上部，，基坑内、、外承压含含水层大部部分被围护护结构隔开开，仅含水水层底部未未被隔开。。其地下水渗渗流特征：：由于受围围护结构的的阻挡，上上部基坑内内、外地下下水不连续续，中下部部或底部含含水层连续续相通，地地下水呈三三维流态。。另外，由由于井损，，井内水位位低于井壁壁外水位，，而且，随随着水位降降深的加大大，井内、、外水位降降相差越大大。这类基坑深深度比较深深，在上海海一般大于于20～25m。例如合流污污水治理工工程中的的的4.1标彭越浦泵泵站降水工工程，吴泾泾、闵行污污水外排工工程3.1标降水工程程，上海外外环沉管隧隧道浦西岸岸边段降水水工程、复复兴东路电电缆隧道工工作井、M4号线董家渡渡修复段等等。4、第四类基基坑（无隔隔水帷幕））周围的地地下水渗流流基坑周边无无隔水帷幕幕，这类基基坑渗流只只受水文地地质条件影响为为平面渗流流，在降水水井附近为为三维空间间流。（二）基坑坑降水类型型根据基坑渗渗流类型可可以划分四四种基坑降降水类型1．第一类基基坑工程降降水——隔水帷幕深深入降水含含水层隔水水底板的基基坑降水这类降水设设计依据的的理论是带带隔水边界界的基坑平平面渗流理理论。降水水方法采用用管井抽水水方法或加加真空的管管井抽水方方法，也可可以采取轻轻型井点、、喷射井点点抽水方法法。该类降降水对周边边环境影响响很小。2．第二类基基坑工程降降水——隔水帷幕未未深入降水水含水层中中的基坑降水这类降水设设计依据的的理论是无无界或者有有补给边界界的基坑平平面渗流理理论。降水水方法采用用管井抽水水方法。该该类降水对对周边环境境影响比较较大。3．第三类基基坑工程降降水——隔水帷幕深深入降水含含水层中的的基坑降水水这类降水设设计依据的的理论是基基坑空间渗渗流理论。。降水方法法采用管井井抽水方法法。该类降降水对周边边环境的影影响取决于于降水井的的位置、滤滤管长度及及其与隔水水帷幕的关关系。4．第四类基基坑工程降降水——无隔水帷幕幕的基坑降降水这类基坑深深度浅、无无隔水帷幕幕，降水设设计依据的的理论是潜潜水含水层层平面渗流流理论。降降水方法可可采用轻型型井点、喷喷射井点或或真空管井井抽水方法法。该类降降水对周边边环境影响响比较大。。三、降水设设计中的几几个问题降水井布设设比较表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）降水水井的设置置1．降水井的的平面布设设坑外水位>2m321坑内水位2．连续墙深深度与降水水井深度的的关系坑内降水时时坑内地下下水水位与与连续墙深深度的关系系1－深井井管管；2－隔水帷幕幕；3－地下管线线；4－坑外建筑筑物基础4连续墙入土土深度与降降水井深度度的关系表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）降水水井深度问问题传统方法确确定降水井井深度公式式为：式中各项见见图：——降水井深度度，m;——地面至基坑坑底面的距距离，m;——基坑底面至至降低后的的地下水位位距离，一一般取h=0.5~2m;——水力梯度，，环形井点点系统J＝1/8～1/10，单排井点系系统J＝1/4~1/5;——降水井至基基坑中心的的水平距离离，m；——过滤器工作作部分长度度和沉淀管管的长度，，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；滤水管内部部的磨阻。。由上式设计计的井深往往往偏小，，尤其是比比较深井的的降水。其其原因是该该方法没有有考虑地下下水流经滤滤水管的损损失（即井井损），主主要来自四四个方面：：——井内水位降降深；——井内流量；；——渗透系数；；——含水层厚度度；——影响半径；；——滤水管半径径；——当吸水管位位于滤水管管顶端时，，为滤水管管的直径，，即；当吸水管位位于滤水管管内时，，为吸水管半半径；——当吸水管位位于滤水管管顶端时，，为滤水管管的断面积积，即；当吸水管位位于滤水管管内时，——滤水管的磨磨阻系数；；——重力加速度度；分析上式，，井内水位位降深是由由两部分组组成。一是是与无无关的常常数项即裘布依单井公式，，它代表了流量经过含水层输送到到滤水管外壁的水水头损失，是与的的一次方方成正比。二是与有关关的函数，即代表了滤水管的水水头损失（即井损损），前面的“＋＋”号代表吸水管管位于滤水管顶端端，“－”代表吸吸水管位于滤水管管内，而滤水管内内的水头损失又有有两种原因造成的的：原因1：水流的摩阻损失失这一损失是的的三次方的函数数。经试验验证在降水水井深度设计中应应该考虑井损，采采用以下公式：——井的水头损失（即即井损），m。原因2：水流的增量加速速度运动引起的损损失这一损失是的的二次方的函函数。降水井数量、井的的间距根据渗流规规律选用公式计算算，考虑安全性确确定。（三）降水井数量量例如在上海地区不不考虑隔水帷幕影影响情况下：粉质粘土：200m2一口井；砂质粉土：井间距距10～15m；粉细砂：井间距15～20m。四、降水井施工控控制标准问题1.滤管孔隙率问题：：孔隙率不得小于18～20%。2.滤料规格问题：砂质粉土0.25mm～2.0mm粉砂、粉细砂0.5～2.0mm。3.洗井问题：活塞洗洗井加空气压缩机机洗井4.单井出水量在没没有帷幕影响情况况下：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、降水引起地面面沉降问题１．第一组建筑物物沉降曲线②粉质粘土③11淤泥质粉质粘土⑤1-1粘土⑤2-2粉质粘土⑥粉质粘土⑦1砂质粉土⑦2粉砂④淤泥质粘土⑧粉质粘土上海某号线上行线线沉降观测曲线2．第二组土体沉降降与地面沉降曲线线日期J325M10