深基坑滲流分析和控制問題全面探討

1、深基坑滲流分析和控制問題全面探討目錄1、概述2、基坑事故及滲流破壞3、滲流基本概念4、滲流計算5、深基坑滲流設(shè)計要點6、滲流控制措施7、結(jié)語深基坑特點基坑深度越來越深-50占地面積越來越大-23萬m2基坑底部被墻、樁、降水井、勘探孔穿插切割與地下水關(guān)系越來越密切承壓水影響越來越突出基坑的事故與破壞越來越多。二、基坑事故與滲流破壞事故工程實例天津地鐵1號線-南樓三號線-紅南；-小樹林 京津城鐵- 武漢地區(qū)基坑事故 廣鐵3#-燕塘站 杭州地鐵-湘湖站基坑事故原因80%以上與地下水有關(guān)：1.規(guī)范和設(shè)計問題入土深度不夠深（墻底懸空）；2.與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)；3對地下水認(rèn)識有誤；4.構(gòu)筑物施工質(zhì)量太差；

2、5.運行管理失誤。 天津地鐵3號線某基坑滲流圖基坑滲流破壞特征1.沿著地基薄弱部位： 2. 墻、樁的邊緣；3.粘性土層厚度??；4.淤泥和流沙厚度大。5.結(jié)構(gòu)物的缺陷。三、滲流基本概念基坑滲透水流特性1、滲流是什么？ 土體是固、液、氣的三相體系。自由水在孔隙中流動，這便是滲流。土體也會運動，對孔隙水產(chǎn)生壓力。滲流是土與水相互作用的結(jié)果。2、滲透系數(shù)滲透系數(shù)k:土體透水性的大小。由現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定，或根據(jù)經(jīng)驗來選定。單位是m/d或cm/s.3、滲透坡降滲透坡降j：滲透壓力與滲透路徑（長度）的比值。常用臨界坡降和允許坡降 (1)臨界坡降：土體達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時的坡降，在均質(zhì)地基中， Jcr=/w

3、Jcr的計算公式有很多，但其極限值。出口坡降、允許坡降 (2) 出口（逸）坡降：滲流出口處的坡降， (3) 允許坡降：土體不會發(fā)生滲透破壞的坡降。常由臨界坡降除以安全系數(shù)Fs后得到。4、浮托力、穩(wěn)定安全系數(shù)浮托力（揚壓力）：作用在底板或隔水層下的 向上水壓力。穩(wěn)定安全系數(shù)Fs：通常，或?；?、達(dá)西定律達(dá)西定律：滲透速度與滲透坡降成正比，此時可寫成下面公式： V=k jK滲透系數(shù)基坑滲流特性（一） 基坑外側(cè)的滲流的方向向下，側(cè)壓力小于靜水壓力；它對土體產(chǎn)生了壓縮作用；這對于基坑穩(wěn)定都是有利的。 當(dāng)滲流穿過墻底進(jìn)入基坑內(nèi)側(cè)時， 滲流方向向上， 滲流壓力變成了浮托力; 不利?；訚B流特性（二）對于

4、基坑底部 滲流來說，要切記：1、 滲流整體穩(wěn)定取決于土體自重與浮托力是否平衡。2、 滲流出口和內(nèi)部穩(wěn)定還要滿足滲透坡降（出逸坡降）的要求。3、粘性土與砂性土的區(qū)別 。三、滲流分析與計算滲透模式圖砂層滲流計算模式圖 基坑底部的滲流破環(huán)這是太沙基計算簡圖。當(dāng)墻入土深度hd太小時，在0.5 hd范圍內(nèi)會發(fā)管涌破壞。為保持基坑的滲透穩(wěn)定，入土深度不能太短。 最不利的計算情況（一）（1）地基中沒有隔水層，下面砂層和 透水基巖中水互相連通（2）存在著薄弱地層（如淤泥、流沙） 或隔水層突然變薄部位，（3）局部超深或深度突變部位。（4）幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)的連接部位。（5）承受特殊荷載部位。最不利的計算情況（二）通常

5、，選取一個或多個最不利的斷面；有些時候，可能要針對整個基坑，進(jìn)行整體穩(wěn)定計算。 潛水:沿最小路徑滲透承壓水:沿最薄的地層突涌基坑突涌位置圖 圖2滲流計算目的（1）地基中不發(fā)生災(zāi)難性的管涌和流土。（2）坑底不會因承壓水的頂托而產(chǎn)生突涌（水）、流泥、隆起等。（3）基坑四周和底部涌水量不太大， 不影響基坑開挖和砼澆筑。（4）坑內(nèi)軟土（淤泥質(zhì)土）能較快地脫水固結(jié)。滲流計算內(nèi)容（一）（1）基坑整體滲流計算： 控制斷面h、v、i、q、以及總的涌水量。（2）核算坑底的滲流出逸坡降是否滿足要求，是否會發(fā)生管涌。 （3）檢驗墻底進(jìn)入隔水層內(nèi)的深度是否滿足滲透穩(wěn)定要求。 如果不能滿足要求時，應(yīng)將墻底再向下加深到新

6、的隔水層內(nèi)，直到滿足要求為止。 滲流計算內(nèi)容（二）（4）核算坑抵抗承壓水突涌的能力：1）坑底土體自重能否抵抗承壓水的浮力并具有足夠的安全系數(shù)。2）坑底有多個承壓水層而隔水層厚度較薄時，還必須進(jìn)行滲透安全（允許坡降）核算。（5）核算抽水井設(shè)計是否滿足要求。有限差分法示意圖 圖4計算結(jié)果分析滲流計算得到的最大出逸比降為允許比降的3倍多，會發(fā)生滲透破壞。而當(dāng)把hd加大并在墻底進(jìn)行帷幕灌漿時，滲流即無大礙。平面有限元法用平面有限元法計算滲流，就是在基坑中選取一個或幾個剖面，按二維水流來處理，分別計算不同部位的水流壓力、比降和滲透流量以及相應(yīng)的變化曲線。 壓力水頭等值線 圖6墻底基巖灌漿從計算結(jié)果表中可

7、以看出, hd時基坑不安全；墻底帷幕深入到微風(fēng)化層,則基坑是穩(wěn)定的?；訚B流計算結(jié)果 簡化計算法1、計算原理 均勻土層水壓力分布圖 圖7計算原理及步驟：1、在均勻地基中，水頭損失與滲徑長度成正比。2、在分層地基中，總的水頭損失等于由各分層地基中水頭損失之和；3、各層土的滲透系數(shù)k和滲透坡降i成反比。計算步驟：先求得最小的滲透比降i（k最大）；再推求其余各層的i值；再分段求出其水頭損失值；再總的水頭損失值。基坑滲透水壓力圖（墻底入弱風(fēng)化巖層）圖9不均勻土層滲透水壓力圖 圖10該基坑深，坑底直接位于粉砂層中；地連墻底穿過隔水層進(jìn)入了粉砂層中。坑底和墻底均在透水層中；地基中有兩層微承壓水，埋深約6m

8、，。經(jīng)過計算，如不采用降水，基坑開挖后，可能發(fā)生管涌和坑底突涌。 承壓水滲流計算這里要特別指出的是（見圖10）：在承壓水條件下，基坑內(nèi)側(cè)的浮托力（揚壓力）不是常規(guī)滲流水壓力244KN，而是隔水層底面的第二層承壓水的壓力290KN。承壓水的滲流計算基坑底部的承壓水計算坑底承壓水計算（1）基坑底部滲流穩(wěn)定計算應(yīng)包括以下兩個方面：（1）當(dāng)坑底上部為不透水層，而其下的透水層中有承壓水時，應(yīng)進(jìn)行抗流土和隆起的穩(wěn)定性計算，要使透水層頂板以上到基坑底部之間的土體重量大于水的浮托力PW:坑底承壓水計算（1）sat t=Fswhw式中，sat為土的飽和重度。P=whw 承壓水的浮托力。 t-透水層頂板以上到坑底

9、的不透水層厚度。 hw-透水層頂板以上的水頭，m。Fs安全系數(shù)坑底承壓水計算（2）2）坑底以下為粉土和砂土?xí)r，要驗算抗管涌或流土穩(wěn)定性，i i通常粉細(xì)砂地基。 當(dāng)級配不良時，。3）當(dāng)坑底以下為粘性土與砂土互層時， 應(yīng)進(jìn)行上面兩項核算（見圖11）， 特別是當(dāng)粘性土很薄時，應(yīng)當(dāng)核算該層土的滲透比降是否滿足要求。滲流計算成果分析 1.應(yīng)當(dāng)把滲流計算出來的hd為地連墻最小入土（巖）深度，2. 還要滿足經(jīng)濟合理要求3. 用灌漿或高壓噴射灌漿等封堵墻底透水層，確保基坑安全和正常施工。 五 防滲體設(shè)計地基土、地下水、地連墻三位一體1、結(jié)構(gòu)抗?jié)B透設(shè)計要求在進(jìn)行抗?jié)B透結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要對滲透水流的防滲和降水統(tǒng)一考慮

10、。如果只考慮一項，那就可能對基坑的滲透穩(wěn)定和周邊環(huán)境（樓房和地下管線）造成很不利的影響。 墻底懸在砂層中基坑滲流剖面2、對規(guī)范的討論JGJ120-99的局限：地層條件：單一地基；未考慮承壓水影響；沒有基坑底部滲透穩(wěn)定計算；公式允許墻底位于透水層中hd =1.2 o (h_hw)滲透穩(wěn)定要求的滲透穩(wěn)定需要的入土深度hd墻底進(jìn)入不透水層的要求：hd見JGJ120-99的條。 其中，hw水頭，b墻厚。這是按接觸比降的要求來計算的。3、降水深度要求設(shè)計降水深度不宜小于基坑底面以下米。JGJ120-99 第條要求：這對潛水或承壓水層都是必須做到的。爭論-接地孔，殘積土4、防滲體的地下輪廓線大面積基坑不同

11、深度基坑六、基坑滲流控制措施基坑滲流控制措施主要有以下幾種：1 對于超深基坑來說，首先采用地下連續(xù)墻做支護(hù)；深度較淺的基坑，可采用咬合樁、灌注樁與高噴樁、土釘墻等做為支護(hù)結(jié)構(gòu)，總之要因地制宜;但防滲一定要做好。 2 其它措施：（1）底部灌漿(巖石地基)（2）底部高壓噴射灌漿(土層)（3）墻底加長(不放鋼筋)（4）坑內(nèi)降水(承壓水)（5）坑外降水(承壓水（6）坑底防滲基坑滲流控制措施1、墻底接長由于結(jié)構(gòu)強度（配筋）所需要的hd常常較小，所以為防滲需要而接長時，不需要配置鋼筋。應(yīng)當(dāng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定底部接長長度。地連墻的合理深度。 2、墻底止水帷幕當(dāng)墻底入風(fēng)化巖時，可在其墻底基巖中灌漿； 在軟土基坑中的墻底，可采用高噴灌漿帷幕，也可采用水泥灌（注）漿帷幕。 有時也可在坑外做止水帷幕，不需在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋灌漿管，施工干擾少。 防滲體示意圖錨碇基坑支護(hù)防滲體圖廣州地鐵某基坑剖面圖水泥灌漿和高噴灌漿的對比通過很多工程實踐來看，深度較深時，高噴的灌漿效果越來越差。 現(xiàn)在一些深大基坑底部都采用水泥帷幕灌漿的方法，與地連墻形成防滲體，實施效果很好。深大基坑采用水泥帷幕灌漿。4、基坑底部防滲有些基坑的平面尺寸很大，或者是承壓含水水頭很高， 底