基坑工程地下水問題

1、基坑降水計算需解決的問題基坑降水計算需解決的問題 楊建民，博士、副教授 天津大學(xué)，土木工程系2011.11.1提綱提綱l1、基坑工程地下水問題的產(chǎn)生l2、工程地下水問題的特點l3、我國某幾個典型城市的地下承壓水分布l4、基坑工程地下承壓水要解決的問題l5、地下水引發(fā)的幾個典型事故案例l6、工程解決方法l7、設(shè)計計算方法何謂地下水？何謂地下水？承壓水隔水層潛水毛細(xì)水土壤水地面飽水帶包氣帶不透水層上層滯水不透水層深大斷裂山體海水承壓水承壓水潛水承壓水透鏡體何謂含水層？何謂含水層？如何取得含水層的如何取得含水層的“屬性屬性”？l主要依靠井流試驗l其他如示蹤劑方法、同位素方法等l根據(jù)降深時間曲線的特征

2、如斜率、拐點等值反演參數(shù)；l應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)曲線簇配線法；l根據(jù)降深函數(shù)調(diào)試參數(shù)擬合實測曲線法；l應(yīng)用數(shù)值計算方法建立模型應(yīng)用實測結(jié)果調(diào)試參數(shù)或優(yōu)化參數(shù)法。1856年法國工程師達(dá)西Henry.Darcy達(dá)西同時代的法國人裘布依（J.Dupuit）1935年美國人泰斯（C.V.Theis） 1946年，雅各布（C.E.Jacob） 漢土什（M.S.Hantush）1964年，英國人博爾頓（N.S.Boulton）1975年，紐曼（S.P.Neuman） 1925年，太沙基（Karl Terzaghi）承壓含水層井流函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線潛水含水層井流函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線1、基坑工程地下水問題的產(chǎn)生、基坑工程地下水問題的產(chǎn)

3、生l70年代末：少數(shù)大型工程項目，開挖深度10米以上l80年代后期、90年代：大量城市高層建筑如雨后春筍般建起，尤其是東部沿海城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，這些城市地勢低緩，地下水豐富l1996年：10層以上高層建筑達(dá)1億多平米， 100米以上超高層建筑150多幢， 200米以上建筑20多幢， 多帶有13層地下室，開挖深度615米l當(dāng)前國內(nèi)幾個超深基坑： 上海環(huán)球金融中心27米深 北京國家大劇院32.5米深 天津站交通樞紐工程32米深 潤揚大橋北錨錠基坑53米深l地鐵建設(shè) 北京、上海、廣州、天津、南京、沈陽、深圳已建 杭州、蘇州、武漢、沈陽、大連、長春、青島、成都、西安 將建上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中

4、心建筑層數(shù)：地上101層、 地下3層 建筑高度：492 米 （世界第一）占地面積：14,400 平米基坑直徑：100 米基坑面積：7855 平米 坑深：約27 米l 上海環(huán)球金融中心位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū) ,北側(cè)為世紀(jì)大道 ,西側(cè)為東泰路 ,東側(cè)和南側(cè)為規(guī)劃綠化帶 ,場地標(biāo)高為 +4. 00m。該塔樓地面以上高度為 492m,共 101層 ,地下 3層。塔樓基坑為直徑100m的圓形基坑 ,面積約 7855m2 ?；訃o(hù)采用厚 1m的地下連續(xù)墻 ,墻頂標(biāo)高 +1. 65m,墻底標(biāo)高- 30. 00m?；哟蟛糠值酌鏄?biāo)高約為 - 14. 35m,電梯井、集水坑等最深處標(biāo)高為 - 21. 89m。l

5、 該工程基坑開挖面積大 ,深度深 ,淺部為弱潛水含水層 ,其地下水位埋深為 0. 51. 2m,水量不大 ,極易疏干。但基坑底部埋藏有高水頭的承壓含水層 ,分別為上更新統(tǒng)第 、第 承壓含水層 ,中更新統(tǒng)第 承壓含水層 ,該三層承壓含水層相互連通 ,構(gòu)成了一個復(fù)合承壓含水層 ,含水層頂標(biāo)高為 - 23. 88 - 25. 37m,底板標(biāo)高為 - 138. 83 - 145. 07,層厚度達(dá) 117m左右 ,靜水位標(biāo)高約為 - 5. 7m,對基坑底板的穩(wěn)定性極為不利 ,為確?；娱_挖施工順利進(jìn)行 ,必須對下部承壓含水層進(jìn)行降水減壓 ,將地下水位降至基坑底板以下。減壓井基坑開挖示意圖地層柱狀圖-37

6、.0-24.0-19.0-13.01.02.03.淤泥質(zhì)粘土粉細(xì)砂砂質(zhì)粉土夾粉細(xì)砂粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土粘土淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土填土-52.0-51.0填土濾管砂子-30.056.0-24.0-19.0粘土球井管273650+3.6（絕對標(biāo)高）+3.6（絕對標(biāo)高）1.65-14.15-21.89-30.0 -24.0地下連續(xù)墻-55.0-3.0承壓含水層國家大劇院國家大劇院占地面積2.55萬平方米的主體建筑，大部分基礎(chǔ)埋深在26m，幾個劇院的臺倉部位基礎(chǔ)最深達(dá)32.5m，基礎(chǔ)部位承壓含水層的承壓水頭高于頂板26m，再下面一層的含水層承壓水頭超過頂板15m。45.0024.0029.0035.000.005

7、.0010m5m6m9m19m-26.0-32.5 武漢陽邏長江大橋武漢陽邏長江大橋 南錨碇基坑工程外徑達(dá)73米，深達(dá)46米，是目前國內(nèi)最大的圓型深基坑，僅開挖土方就達(dá)16.6萬立方米，竣工采用厚1.5米、內(nèi)徑70米，深60米的圓形地下連續(xù)墻圍護(hù)，整座基坑混凝土澆灌量達(dá)21萬立方米。 潤揚長江公路大橋潤揚長江公路大橋 北錨碇基坑是一個長70米、寬50米、高50米的巨大長方體基坑。地連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，長236米，厚1.2米，深53米，相當(dāng)于17層樓高。開挖過程中，地連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，為保證安全，基坑外圍再筑一道高噴防滲“帷幕”，形成二道防線；在“帷幕”和基坑圍墻之間開挖63口深層降水、減壓和觀測

8、井，加強防滲減壓保障。 南錨錠基坑長70.5米，寬52.5米，基坑開挖深度29米，達(dá)到基巖面。以140根直徑為1.5米的嵌巖鉆孔樁作為基坑的擋土結(jié)構(gòu)，利用地下凍結(jié)技術(shù)在排樁外側(cè)形成厚1.3米的凍土帷幕作為基坑的擋水結(jié)構(gòu)。開挖過程中監(jiān)測點溫度回升至15，凍結(jié)止水失效，后采用液氮凍結(jié)法。 施工場區(qū)平面位置如圖所示。其中地下工程整體為三層，局部為地下四層結(jié)構(gòu)。基坑開挖面總面積近7萬平方米，地下三層結(jié)構(gòu)開挖深度約2328米，地下四層結(jié)構(gòu)開挖深度約31.5米?；庸こ坦卜譃樗膫€標(biāo)段，其中、標(biāo)段采用蓋挖逆作法施工，、標(biāo)段為明挖法施工。目前、 標(biāo)段仍在施工階段，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，厚1.2米，墻底標(biāo)高

9、分段分別至-40.5米、-45.5米、-49.9米、和-53米。 第二承壓層水頭變化過程第二承壓層水頭變化過程（幀（幀/3天）天）地面沉降變化過程地面沉降變化過程（幀（幀/15天）天）2、工程地下水問題的特點、工程地下水問題的特點l同巖土工程：地域性強 如北京、上海、天津三地差別很大l基于水文地質(zhì)學(xué)，但更注重工程應(yīng)用，強調(diào)力學(xué)安全的定性分析，在定性的基礎(chǔ)上講求定量 如：水文地質(zhì)中影響甚微的局部透鏡體含水砂層對其上部基坑可能有致命危險影響l同土力學(xué)密切結(jié)合3、我國某幾個典型城市的地下承壓、我國某幾個典型城市的地下承壓含水層分布含水層分布 21 7 . 0 0 ( - 1 3 . 1 1 )1 4

10、 . 9 0 ( - 1 1 . 0 1 )4 . 0 0 ( - 0 . 1 1 )2 . 9 0 ( 0 . 9 9 )中 山 南 路 0 1 - 13 . 2 0 ( 0 . 3 5 )1 4 . 7 0 ( - 1 1 . 1 5 )1 6 . 5 0 ( - 1 2 . 9 5 )1 . 0 0 ( 2 . 5 2 )3 . 5 0 ( 0 . 0 2 )1 4 . 8 0 ( - 1 1 . 2 8 )1 7 . 4 0 ( - 1 3 . 8 8 )1 6 . 1 0 ( - 1 2 . 3 3 )1 8 . 5 0 ( - 1 4 . 7 9 )1 6 . 3 0 ( - 1

11、2 . 5 9 )8 . 3 0 ( - 4 . 5 3 )7 . 1 0 ( - 3 . 3 3 )5 . 7 0 ( - 1 . 9 9 )4 . 9 0 ( - 1 . 1 9 )1 6 . 8 0 ( - 1 4 . 0 0 )5 . 0 0 ( - 2 . 2 0 )1 8 . 0 0 ( - 1 4 . 6 1 )4 . 8 0 ( - 1 . 4 1 )3 . 5 0 ( - 0 . 1 1 )1 7 . 0 0 ( - 1 3 . 4 5 )5 . 0 0 ( - 1 . 4 5 )5 . 9 0 ( - 6 . 7 8 )1 1 . 0 0 ( - 1 1 . 8 8 )1

12、3 . 0 0 ( - 1 3 . 8 8 )9 . 8 0 ( - 1 1 . 0 5 )5 . 5 0 ( - 6 . 7 5 )3 . 0 0 ( - 8 . 3 3 )5 . 5 0 ( - 1 0 . 8 3 )8 . 2 0 ( - 1 3 . 5 3 )2 8 . 0 0 ( - 2 4 . 4 5 )2 3 . 7 0 ( - 2 0 . 1 5 )2 8 . 9 0 ( - 2 5 . 0 1 )2 4 . 0 0 ( - 2 0 . 1 1 )2 2 . 8 0 ( - 1 9 . 2 8 )2 9 . 3 0 ( - 2 5 . 7 8 )2 4 . 8 0 ( - 2

13、1 . 0 3 )2 9 . 0 0 ( - 2 5 . 2 3 )2 7 . 9 0 ( - 2 4 . 1 9 )2 4 . 5 0 ( - 2 0 . 7 9 )2 3 . 3 0 ( - 2 0 . 5 0 )2 7 . 7 0 ( - 2 4 . 9 0 )2 4 . 4 0 ( - 2 1 . 0 1 )2 8 . 0 0 ( - 2 4 . 6 1 )2 9 . 4 0 ( - 2 5 . 8 5 )2 5 . 5 0 ( - 2 1 . 9 5 )2 2 . 8 0 ( - 2 3 . 6 8 )1 9 . 0 0 ( - 1 9 . 8 8 )1 8 . 6 0 ( - 1

14、9 . 8 5 )1 6 . 5 0 ( - 2 1 . 8 3 )2 0 . 5 0 ( - 2 5 . 8 3 )2 0 . 5 0 ( - 2 5 . 8 3 )3 1 . 0 0 ( - 3 6 . 3 3 )2 2 . 8 0 ( - 2 3 . 6 8 )3 4 . 5 0 ( - 3 5 . 3 8 )3 7 . 0 0 ( - 3 3 . 4 5 )2 8 . 0 0 ( - 2 4 . 6 1 )3 7 . 0 0 ( - 3 3 . 6 1 )2 9 . 4 0 ( - 2 5 . 8 5 )2 7 . 9 0 ( - 2 4 . 1 9 )3 7 . 0 0 ( - 3

15、3 . 2 9 )3 7 . 0 0 ( - 3 3 . 2 3 )2 9 . 0 0 ( - 2 5 . 2 3 ) 12 9 . 3 0 ( - 2 5 . 7 8 )3 7 . 0 0 ( - 3 3 . 4 8 )3 5 . 9 0 ( - 3 2 . 0 1 )2 8 . 9 0 ( - 2 5 . 0 1 )2 8 . 0 0 ( - 2 4 . 4 5 )3 6 . 0 0 ( - 3 2 . 4 5 ) 1 2 1第一類基坑降水特征圖第一類基坑降水特征圖 第二類基坑降水特征圖第二類基坑降水特征圖 第三類基坑降水特征圖第三類基坑降水特征圖 第一含水組：埋深100米之內(nèi)， 潛水層地

16、面至埋深20米 微承壓含水層埋深2040 承壓含水層4080（100）l 沈陽工程地質(zhì)條件較好，地鐵沿線為黏性土、粉土、中砂、粗砂、礫砂、圓礫土。 l地鐵線路的車站頂板埋深，一般在地表下3.5米左右，底板埋深在地表下17米左右，地鐵線路所通過的地質(zhì)，既不是軟土也不是巖石，而是中密至密實的砂類土及圓礫土，這種工程地質(zhì)條件十分適宜修建地鐵。 l沈陽市地下水位高，埋深一般在8.310.9米的地鐵沿線含水層滲透系數(shù)大。這種水文地質(zhì)條件對修建地鐵十分不利。4、基坑工程地下承壓水要解決的、基坑工程地下承壓水要解決的問題問題l抗突涌（水壓力太大引起的） 如底板突水l管涌、流土、潛蝕（滲流力太大引起的） 如管

17、線滲漏、流土涌砂、塌方l控制地面沉降 如臨近建筑開裂l附加好處：減少水壓力、增加土體抗剪強度基坑降水要達(dá)到以下三個目的：l疏干基坑內(nèi)儲水，為基坑開挖創(chuàng)造干式作業(yè)條件；l降低坑底承壓含水層水頭，保證抗突涌穩(wěn)定安全，避免滲流破壞；l控制降水引起的面沉降，避免產(chǎn)生較大差異沉降。為此要著手從以下課題展開研究：l水文地質(zhì)模型識別即含水層類型判定；l含水層水文地質(zhì)參數(shù)反演；l井點降水設(shè)計，包括井?dāng)?shù)、井距、涌水量等；l抗突涌穩(wěn)定演算及減壓井布置和減壓設(shè)計；l應(yīng)急分析和應(yīng)急預(yù)案設(shè)計；l井點降水?dāng)?shù)值計算分析；l地面沉降數(shù)值計算分析。5、地下水引發(fā)的幾個典型事故案、地下水引發(fā)的幾個典型事故案例例 上世紀(jì)90年代，

18、臺北某地鐵車站基坑采用明挖順作法施工，基坑寬23.25m、長560m，開挖深度24.5m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1m厚、44m深的地下連續(xù)墻。基坑地面標(biāo)高+104.5m，地處臺北鬧市區(qū)的一條主要街道。 首先封閉了主干道的北行車道，在事故區(qū)域回填約1.1萬m3回填料。然而，回填料未能封堵涌水。隨后啟用附近600mm直徑的供水主管向坑內(nèi)灌水以平衡滲流水壓力。最后整個560m長地鐵基坑灌水至+88.0m，才將事故惡化的趨勢控制住。 控制住局勢后，對事故發(fā)生區(qū)域的地面沉降較大的46m長中心區(qū)域(A、B、C區(qū))采用注漿方式進(jìn)行地基處理，注漿處理地基體積為2.1萬m3，注漿總費用85萬美元。經(jīng)修復(fù)，事故發(fā)生1年后開工。上行線510環(huán)處壩址172754621上行線1400環(huán)處壩址約-29.737172175251212 SK11+832.0412 SK12+106.091SK11+879.6封門-9.88412312212封門-7.376611221上海地鐵四號線隧道事故地下連續(xù)墻65米黃浦江完好隧道（充滿水）完好隧道（充滿水）江中圍堰及平臺破損隧道管片對接段水平凍結(jié)垂直冰凍垂直冰凍隧道內(nèi)