基坑降水及工程案例分析.ppt

1、基坑降水与工程案例分析,地下水对地下工程的主要影响 基坑降水的若干类型 井点构造与施工 工程案例分析,1、地下水对地下工程的主要影响,1.1 基坑突涌破坏(承压水),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。,1、承压水对地下工程的主要影响,1.2 环境岩土工程问题,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。地面沉降的分布形态与承压水降落漏斗的分布形态基本上相似的。,1、承压水对地下工程的主要影响,1.3 围护结构开裂、空洞引起的流砂(潜水、承压水),在砂层、粉砂层、砂质粉土

2、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、承压水对地下工程的主要影响,1.4 坑底砂性土层的管涌破坏(潜水、承压水),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、承压水对地下工程的主要影响,1.5 地下结构抗浮问题(潜水、承压水) 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。,2、基坑降水的若

3、干类型,2.1 浅层潜水疏干降水 封闭型浅层潜水疏干降水 敞开式浅层潜水疏干降水,2、基坑降水的若干类型,2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水 工程特点 基坑周边设置止水帷幕； 坑底以下有较厚隔水层，阻隔下伏承压含水层的水力联系； 围护结构：重力坝、复合土钉墙、SMW工法桩墙等； 渗流问题：有界潜水含水层井流。 降水目的 潜水位下降至坑底以下0.501.00m；便于挖土与施工。,2、基坑降水的若干类型,2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水,井点平面布置形式,2、基坑降水的若干类型,2.1.1 封闭型浅层潜水疏干降水 渗流计算： 根据基坑内侧地下水静储量及地区经验，估算需要 排除的水量。,2、基坑降

4、水的若干类型,2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水 工程特点 基坑开挖深度浅； 基坑周边无止水帷幕； 坑底以下有较厚隔水层，阻隔下伏承压含水层的水力联系； 围护结构：纯土钉墙、放坡开挖等； 渗流问题：无界潜水含水层井流。 降水目的 潜水位下降至坑底以下0.501.00m；便于挖土与施工。,2、基坑降水的若干类型,2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水 渗流计算,2、基坑降水的若干类型,2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水 渗流计算,计算公式一：,适用条件：,2、基坑降水的若干类型,2.1.2 敞开式浅层潜水疏干降水 渗流计算,计算公式二：,适用条件：,根据 按标准曲线图确定,2、基坑降水的若干类型,2

5、.2 深层承压含水层减压降水 基坑内侧减压降水 基坑外侧减压降水,2、基坑降水的若干类型,2.2.1对承压含水层减压降水的逐步重视 上世纪80年代初，嫩江路煤气过江顶管的竖井，因未考虑减压降水措施，在基坑开挖深度达到20.00多米时，坑底发生突水，大量水和砂涌入坑内，地下连续墙下沉了十几厘米。 由于及时将黄浦江的水注入坑内，抬高坑内的水头，事故未进一步扩大。后来，通过在该基坑外侧进行减压降水，使竖井施工得以顺利完成。其后，黄浦江上游引水工程的过江顶管工作井，也在进行了减压降水后顺利完成施工。从此，深基坑的减压降水逐步得到重视。,2、基坑降水的若干类型,2.2.2 承压含水层减压降水的必要性,基

6、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，以防止基坑底面发生突涌、流土现象。,2、基坑降水的若干类型,2.2.2 承压含水层减压降水的必要性,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，以防止坑底发生管涌、流土现象。,2、基坑降水的若干类型,2.2.3 基坑外侧减压降水,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。,2、基坑降水的若干类型,2.2.3 基坑外侧减压降水,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。,2、基

7、坑降水的若干类型,2.2.4 基坑内侧减压降水,情形3： 隔水帷幕进入减压降水目的含水层中，且含水层中隔水帷幕的长度较大。宜选用基坑内侧减压降水。,2、基坑降水的若干类型,2.2.4 基坑内侧减压降水,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。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 1、坑内降水减压井布置在坑内 a. 开挖施工不便： 挖土机械如不慎将井管碰坏，抽水泵不能提出，封井困难； 井管碰断后大量承压水喷出，造成施工困难； 井碰坏后坑内无法或难以补井，只能在坑外补井。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点

8、1、坑内降水减压井布置在坑内 b.井管暴露长度较大时，需设置支架固定井管。 在有内支撑的基坑内，井管暴露后可固定在支撑杆件上。 在无内支撑且面积较大的基坑内，需另外安装固定支架。 支架上无法上人，给换泵吊装造成困难。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 1、坑内降水减压井布置在坑内 c.后期封井难度大 减压降水井除在基础底板上留洞外，各层楼板上均需留洞，增 加了后续工作。减压井经封井处理后，才能割除井管，补洞。 井虽可用注浆方法封闭，但效果并不十分理想。有时候，井管 切割到基础底板处仍有水溢出。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 1

9、、坑内降水减压井布置在坑内 d.减压井过滤器的埋设深度不超过隔水帷幕的深度 如果减压井的过滤器埋设深度超过隔水帷幕的深度，导致井布 置在坑内与布置在坑外无明显的差别。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 1、坑内降水减压井布置在坑内 e.有利于控制减压降水对环境的不利影响 坑内降水管井的滤水管的深度不超过隔水帷幕的深度，坑外地 下水经连续墙的刃脚处绕流流入坑内，增大了渗流路径。 坑外承压含水层的地下水流入基坑的流量受到了限制。坑外水 头降深减小，有利于减小和控制减压降水对环境的不利影响。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 2、坑外降

10、水减压井布置在坑外 a. 对施工影响小 减压井布置在坑外地面以下，不受施工、运输的影响和破 坏，维修、养护方便。 降水结束后，不需要专门封井，只需用优质黏土充填。,2、基坑降水的若干类型,2.2.5 坑内降水与坑外降水的工程特点 2、坑外降水减压井布置在坑外 b. 减压降水对环境的不利影响较大 基坑外侧因减压降水引起的地下水位降深的绝对值较大，降 落漏斗深、分布范围大。 基坑外侧因减压降水引起的地面沉降量较大，地面沉降的分 布范围也较大。,2、基坑降水的若干类型,2.2.6 坑内降水与坑外降水的对比分析 坑内或坑外降水以井布置在坑内或坑外进行区分，只是形式上的区别。 坑内减压降水：不仅抽水井布

11、置在坑内，而且过滤器底端的深度不超过基坑隔水帷幕的深度。 坑外减压降水：不仅抽水井布置在坑外，而且过滤器顶端必须位于基坑隔水帷幕的下方。,2、基坑降水的若干类型,2.2.6 坑内降水与坑外降水的对比分析 无论采用坑内降水或坑外降水，均应在综合考虑地质与水文地质条件、基坑工程的特点、环境对基坑降水的特殊性要求以及工程造价等因素后确定。 有时，为了必须满足某些要求，不得不克服许多不利因素，并放弃考虑许多有利因素。 因此，基坑减压降水的设计无定式。,2、基坑降水的若干类型,2.2.7 减压降水的渗流计算 减压降水引起的地下水渗流计算，主要可分为两类，即：解析解计算和有限元数值解计算。 解析解计算：含

12、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。 有限元数值解计算：当含水层呈现非均质、厚度变化大、边界条件复杂时，可建立合适的二维或三维地下水渗流的有限元模型，利用其数值解计算。,2、基坑降水的若干类型,2.2.8 减压降水引起的坑外相邻地面沉降的估算 1、降水引起地面沉降的机理分析 研究表明：井点降水(抽汲地下水)引起地层压密而产生的地面沉降，是由于含水层(组)内地下水位下降，土层内液压降低，使粒间应力，即有效应力增加的结果。,降水引起的应力场变化示意图,2、基坑降水的若干类型,2.2.8 减压降水引起的坑外相邻地面沉降的估算 2、降水引起地面沉降的估

13、算方法 经典弹性地面沉降理论 准弹性地面沉降理论 粘弹性地面沉降理论流变学理论 弹塑性地面沉降理论流变学理论,3、井点构造与施工,3.1 轻型井点 3.1.1 轻型井点的构造 主要设备： 井点管 + 滤水管 + 集水总管 + 连接管 + 抽水设备,3、井点构造与施工,3.1.2 轻型井点施工 井点管埋设方法 水冲法：利用高压水冲开泥土，井管靠自重下沉。冲孔直径一般为300cm，冲孔深度宜比滤水管底深0.50m。 冲孔达到设计深度时，须尽快减低水压。拔起冲管的同时沉入井点管，并在孔壁与管壁之间快速填砂。在距地面以下1.00m(不宜过小)处用粘土填实至地面，以防止漏气。 钻孔法： 适用于坚硬土层或

14、紧靠建筑物的现场施工条件。,3.1.2 轻型井点施工 井点管填料的选择 或 D50：填料的粒径，mm； d50：滤水管周边地层的粒径，mm。,3.2 管井井点 3.2.1 管井构造 主要设备： 井管 + 过滤器 +沉淀管+ 抽水设备,3.2.2 管井设计 管井设计一般包括以下内容： a) 井身结构； b) 井管配置及管材的选用； c) 填砾位置及滤料规格； d) 封闭位置及材料； e) 井的附属设施。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 1 钻进工艺 钻进特点 1) 降水管井钻进大多在第四系松散土层中进行，较少在基岩中进行； 2) 降水管井的深度相对较浅，一般一径到底，井身结构较为简单。,

15、3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 1 钻进工艺 钻进质量 1)井身圆正，直径不小于设计井径 保证井管顺利下沉，保证过滤层的厚度及滤料的均匀性。 2) 井身垂直，且顶角倾斜1 保证深井泵的顺利安装与安全运行。当采用潜水泵抽水时，井斜要求可适当降低。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 1 钻进工艺 钻进方法 钻进方法应根据钻进地层的岩性和钻进设备条件等因素进行选择。 以卵石和漂石为主的地层，宜采用冲击钻进或潜孔锤钻进，其他第四系地层宜采用回旋钻进。 钻进设备 钻进设备的选用，应根据最大设计井径、井深、钻进地层的岩性特征及综合经济指标等综合考虑。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准

16、2 成井工艺 井管安装 1) 井管应安装在井正中，以保证滤料厚度均匀。井管安装应设置找中器，其数量根据井深确定，找中器直径小于井径3050mm； 2) 井管应座落在原状土层上，不能悬空，避免井管下沉； 3) 井管连接应圆直、牢固，井管偏斜度1； 4) 过滤器位置准确，位置偏差300mm； 5) 井管底部应封底。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 2 成井工艺 填砾质量 1) 滤料应按设计的规格进行筛分，不符合规格的滤料不得超过设计数量的15%； 2) 滤料的磨圆度应较好，棱角状砾石的含量不得过多，严禁以碎石作为滤料； 3) 滤料应不含泥土和杂物； 4) 宜用硅质砾石。,3.2.3 管井施

17、工与竣工验收质量标准 2 成井工艺 洗井,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 2 成井工艺 洗井 (2) 洗井原则与要求 A)应尽量采用活塞与空压机联合洗井。 B)管井的强度较低(如水泥管、塑料管等)时，可采用空压机洗井或水泵洗井。 C)砂类土含水层管井洗井应由弱逐渐加强，砾石、卵石含水层管井洗井应始终以最大强度进行。 D)洗井时的最大水位降深应接近或超过抽水试验时的最大水位降深。 E)洗井结束后，应立即清除井底沉淀物。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 2 成井工艺 洗井 (3) 洗井质量标准 A)井水中不含有泥浆等管井施工物质，井水物理性质应无色透明。 B)在24h的连续洗井过程

18、中，单位出水量不再增大，井水含砂量不再降低。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 3 竣工验收质量标准 管井出水量 管井内水位达到设计降深时的实测出水量，应不小于管井设计出水量。当管井设计出水量超过抽水设备的能力时，按单位出水量检查。 井水含砂量 管井抽水稳定后，井水含砂量应小于1/20000(体积比)。 井斜 实测井管的斜度，应1 。 井管内沉淀物的高度应小于井深的5。,3.2.3 管井施工与竣工验收质量标准 3 竣工验收质量标准 管井出水量 管井内水位达到设计降深时的实测出水量，应不小于管井设计出水量。当管井设计出水量超过抽水设备的能力时，按单位出水量检查。 井水含砂量 管井抽水稳定后

19、，井水含砂量应小于1/20000(体积比)。 井斜 实测井管的斜度，应1 。 井管内沉淀物的高度应小于井深的5。,4、减压降水工程实例,4.1 M4线董家渡修复工程减压降水(坑内降水) 工程概况： M4线董家渡修复工程，包括东、中、西三个超深明挖基坑。 超深基坑开挖主要集中在浦西董家渡一块狭小区域内实施，周边建筑密集，交通繁忙。 基坑采用厚1.20m、深65.00m的地下连续墙作为围护结构，开挖深度达38.0041.00m，采用9道(东端头井10道)钢筋混凝土支撑体系。,减压抽水井设置在基坑内侧； 井点滤管埋置深度小于地下连续墙的入土深度； 基坑内布井55口。,4、减压降水工程实例,工程特点：

20、 深层承压含水层组厚度大(第一、二、三承压含水层连通，含水层组总厚度达116.00m)、水量大； 地下连续墙进入承压含水层顶板以下约30.00m； 基坑周边建筑环境要求高； 连续墙底以上，基坑内、外侧的承压含水层呈半连通状态。,4、减压降水工程实例,M4线降水工程进展： 基坑开挖： 至2006年6月30日，东基坑风井东侧(靠近黄浦江)已开挖到第8道支撑深约31.00m，原隧道已部分暴露，部分沉没。暴露的隧道内全部被第层粉砂充填。风井西侧开挖到第7层支撑深约28.00m。,4、减压降水工程实例,M4线降水工程进展： 降水效果： 目前坑内降水运行正常。坑内水位一直控制在基坑开挖面以下。 坑外水位降

21、深：坑外水位观测孔内的最大水位降深为4.00m左右。原设计计算(运用三维有限元渗流模型)的坑外水位降深5.00m左右。模型计算结果与实际水位降深基本一致。,坑内40口减压井抽水时的地下水位等值线图,坑内40口减压井抽水时的基坑纵剖面地下水渗流场模拟图,4、减压降水工程实例,M4线降水工程进展： 地面沉降及地下连续墙变形： 监测资料表明，目前地下连续墙变形正常，控制在设计范围内，坑外地面沉降正常。 开挖单元地下连续墙的渗漏情况正常，未发现有较大的渗漏点。,4、减压降水工程实例,M4线降水工程进展： 周边环境： M4线监测点设立以来(2003-8-10)，至2006年6月30日，累计最大沉降值为：

22、临江大厦J6点-24.35mm，南浦大桥上匝道S4点-26.15mm，董家渡路D11点 -17.10mm，中山南路D4点-9.66mm，防汛墙F3点 -9.87mm。目前沉降值变化不大。,4、减压降水工程实例,结论： 基坑外侧的承压地下水位降深小于 5.00m，证明了地下连续墙对地下水渗流的阻隔作用。基坑内外的地下水位相差较大，达到了降水设计的目的。 针对本工程的结构特点及水文地质特征，采用基坑内侧减压降水，对周边建筑及环境的影响较小。,4、减压降水工程实例,5.2 上海环球金融中心减压降水(坑外降水) 工程概况： 上海环球金融中心塔楼地上101层，地面以上高度为492.00m，地下3层。 塔

23、楼区基坑为直径达100.00 m的圆形基坑，面积约7855.00m2。 围护结构采用厚1.00m的地下连续墙，连续墙深度为34.00m。开挖深度为17.7525.49m。,4、减压降水工程实例,周边环境： 场地西侧为东泰路和88层金茂大厦，相距40.00m，北侧为世纪大道，离建筑红线约50.00m处地面下有正在运营的M2线地铁和银城路地道；东侧和南侧为公园规划用地及银城东路和银城南路。 周边地下管线众多。,基坑内设置环形支撑，坑内抽水井管固定困难,地层剖面、基坑剖面与降水井结构,基坑及井群平面布置图,4、减压降水工程实例,工程特点： 深层承压含水层组厚度大(第一、二、三承压含水层连通，含水层组

24、总厚度达116.00m)、水量大； 地下连续墙进入承压含水层顶板以下仅6.00m； 基坑周边建筑环境要求高； 基坑内、外侧的承压含水层几乎呈全连通状态。,4、减压降水工程实例,降水方案： 减压抽水井设置在基坑外侧(坑外14口)； 井点滤管埋设位置位于地下连续墙的下方； 基坑内布置2口减压井，作为坑内超深基坑开挖施工阶段的备用减压井(按专家组意见增设)。,4、减压降水工程实例,降水效果： 第一阶段降水：基坑开挖深度约为17.75m。降水运行从2004.62004.11.5。 第二阶段降水：开挖深度为17.7525.49m。降水运行从2004.11.52005.3.16。 降水运行历时9个月左右，

25、承压水水位控制在开挖面以下1.00m左右，确保了基坑开挖安全，同时降水对周边环境的影响也控制在最小程度内。,说明： H-基坑开挖面标高 G1-地下承压水水位标高 S6-东泰路上水管 M6-东泰路煤气管 D5-东泰路电缆管 S17-世纪大道上水管 J1-世纪大道立交 J15-银城东路立交 F1-业主建筑,承压含水层地下水渗流场模拟图,4、减压降水工程实例,结论 本工程的地下连续墙进入巨厚承压含水层中仅6.00m，基坑内外的承压含水层几乎呈全连通状态，且基坑内无内支撑体系，选用坑外减压降水的方式是合适的。 基坑开挖的不同阶段，在满足基坑安全及施工要求的前提下，尽量减小水位降深和缩短水位持续下降的时

26、间，有利于控制减压降水对周边环境造成的不利影响。,4、减压降水工程实例,4.3 某地铁车站深井点减压降水(坑外降水) 工程概况 水文地质特征：承压含水层埋深浅 (层底埋深为31.2m)，厚度小(层厚仅10.7m)。 降水方案制定：根据原设计提供的基坑围护方案，地下连续墙仅进入承压含水层的上部第7-1-1层，并按照总包方要求，减压降水井布置在基坑外侧，并按此降水方案实施减压降水井施工。,减压降水井群的平面布置,围护结构设计方案变更：变更设计后的地下连续墙入土深度增大到27.029.5m，几乎将承压含水层隔断，连续墙底以下的承压含水层过水断面仅1.74.2m。 围护结构设计与降水设计脱节：围护结构

27、设计方案变更后，未及时通知降水设计与施工单位，减压降水井的设置与施工仍按原降水方案实施。 围护结构设计方案与降水方案相互矛盾：围护结构设计方案变更后，原降水设计方案已不合理，减压降水井群布置在基坑外侧更显得不合理。,工程特征 地下连续墙深入承压含水层，在连续墙底端以上，基坑内侧的承压含水层呈半封闭状态； 承压含水层埋藏较浅，层厚小； 承压含水层水位较高，最小埋深仅3.00m。 减压降水井布置在基坑外侧，虽方便施工，但不合理。 抽水井为完整井(过滤器长度与含水层厚度大致相等)。,降水工程效果 基坑外侧的承压水位降深大，降落漏斗的分布范围较大； 基坑内侧的承压水位下降缓慢，降水历时长、降水效果差；

28、 降水单位在得知围护结构设计变更后，曾要求在坑内增设减压井，未得到许可。其后，不得不在基坑外侧补打减压井，以保证坑内水位降深达到原降水设计要求。 基坑外侧相邻地面的沉降量较大(包括基坑开挖等其它因素在内，最大地面沉降量达78cm)，对周边环境的影响较大。,4、减压降水工程实例,4.4 某地铁车站深井点减压降水(坑外降水) 工程特征 基坑开挖面已进入承压含水层顶板以下； 深层承压含水层组厚度大、水量大(第一、二承压含水层相互连通)； 地下连续墙进入承压含水层的长度远小于承压含水层的厚度。,4、减压降水工程实例,降水方案 减压降水井群布置在基坑外侧； 井点过滤管位于地下连续墙的下方(过滤管埋深为

29、49.064.0m),围护结构及降水井群的平面布置,地质剖面与减压降水结构图,减压降水的不利影响因素 井点施工完成后，各井出水量正常。受其后进行的沿基坑外侧的旋喷桩加固施工的影响，各减压降水井均遭受不同程度的损坏。 J4减压井的流量变得很小，井内冒砂、冒浆。 J5减压井几乎抽不出水。 大多数井管受压变形、卡泵，无法抽水。只好重打降水井。 测斜资料表明：基坑开挖前，在坑外进行旋喷桩加固施工期间，地下连续墙中部发生明显向基坑内侧变形的现象。,降水效果 基坑内地下水位降深基本满足设计与施工要求。 由于受不利因素的影响，减压降水井遭受严重损坏，导致基坑内局部地段的水位降深比设计降深小12m。 减压降水后的承压水位比设计水位高12m，导致坑底局部冒水、冒砂，影响了施工进