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[分享]基坑工程中地下水控制方案设计应注意的问题

发表于2018-04-13    872人浏览    4人跟帖    筑龙币+100  复制链接  只看楼主

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地下水控制方案是基坑工程方案设计的重要组成部分,需要统一考虑。根据不同地区的政策和技术标准,选择施工降水方案、帷幕隔水方案、施工降水+回灌的地面沉降控制方案等。不论什么样的地下水控制方案,都需要满足技术可行和经济合理,并能满足基坑工程施工对周边环境安全的要求。

1、地下水控制方案的选择

地下水控制方案的选择必须符合当地的政策和要求,同时符合技术的可行性和经济的合理性。

保护周边环境的地下水控制方案选择应根据地下水位降低后对周边环境的影响程度和可能采取的措施综合考虑,本着基坑工程安全和周边环境安全至上的原则选择施工降水、施工降水+回灌、帷幕隔水等地下水控制方案。

从保护地下水资源和地下水环境角度,以最大程度减少地下水抽排水量为前提,同时兼顾经济效益、环境效益,使基坑工程地下水控制符合“保护优先、合理抽取、抽水有偿、综合利用”的原则,在地下水控制方案中应优先选择帷幕隔水,其次选择施工降水+帷幕隔水,再次选择施工降水。

(1)帷幕隔水

有几种原因需选择帷幕隔水方案。一是工程地质条件较差,采用工程施工降水方案后,基坑工程仍存在边坡失稳等较大的安全风险;二是基坑周边环境复杂,建(构)筑物对地面沉降较敏感,采用工程施工降水易引起建(构)筑物损坏等,并可能进一步引发其它灾害;三是周边临近建(构)筑物离基坑较近,不具备施工降水条件;四是地下水资源和水环境保护需要,不允许工程施工降水;五是经济对比后,帷幕隔水方案较施工降水方案有明显的优势等等。

是否选择帷幕隔水方案是由各种因素综合决定的,但基坑工程安全、地区政策和周边环境条件是主要的因素。

(2)施工降水+帷幕隔水

存在多层水影响基坑工程的场地,根据基坑工程施工需要,也可以采用施工降水+帷幕隔水方案。例如直接影响基坑开挖的含水层,根据各种因素综合分析后,需要采用帷幕隔水,但间接影响基坑工程的含水层(承压水含水层)需要必要的降低水位,以避免承压水突涌对基坑的影响,则可以采用施工降水+帷幕隔水方案。灵活合理的采用施工降水+帷幕隔水方案,可有效地降低基坑工程安全风险,减少抽取地下水量,同时也能够降低基坑工程造价。

(3)施工降水

施工降水方法主要分为集水明排、井点降水、管井降水、辐射井降水等类型,适用于各类含水层。施工降水主要的控制要求是基坑内的地下水位降低至基底以下不小于 0.5m。

为避免施工降水过量抽取地下水资源或影响地下水环境,施工降水应遵循以下原则:

1) 分层抽水的原则:其重要前提是必须查清场地的水文地质条件,查清影响基坑工程的场地各层地下水的分布和影响程度,有针对性的布置降水井,控制各层地下水的水位。当能够保证施工结束后有有效措施使上下层不连通,才可以考虑混层抽水。

2) 回灌补偿原则:对于基坑排水量仍较大的情况,且具备地下水回灌条件,应制定地下水回灌计划。

3) 有条件使用渗井降水原则:在上层水水质较好或施工结束后能够有有效措施保证上下层不连通,则可以使用渗井降水。

4) 抽排水综合利用的原则:对抽排的地下水应进行综合利用,可以利用施工降水进行工地车辆的洗刷、冲厕、降尘、钢筋混凝土的养护等,也可以利用施工降水用于绿地、环境卫生以及排入地下雨水管道等。

5) 动态管理的原则:根据基坑开挖的需要和基坑降水的水位情况,对降水设施进行动态管理,达到按需降水,减少基坑抽排水量。

(4)施工降水+回灌

当地下水位降低引起的地面沉降对周边黄金安全产生影响时,可以考虑采用回灌的方法,控制对地面沉降敏感的建(构)筑物附近含水层的地下水位,避免施工降水对周边敏感的建(构)筑物的影响。需要注意的是,一是敏感建(构)筑物附近含水层的地下水位应保持在一定高度(最好处于施工降水前的状态),不能是含水层的水位过高;二是施工降水井停抽后,对回灌井的水位控制仍能保持一定时间,避免基坑周边地下水位恢复时,被保护敏感建(构)筑物附近含水层的地下水位降低。

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2、降水设计有关参数的取值

降水方案设计中用到的参数主要包括含水层的厚度(对承压水含水层为 M,对潜水含水层为 H),水位降深 s,影响半径 R,大井等代半径 r 0 ,渗透系数 K 等。

(1)含水层厚度

当含水层的顶底板标高相差不大,含水层厚度则取场地范围内钻孔揭露的含水层厚度的平均值。

当含水层顶底板标高差异较大时,应分析所有勘探资料,用有代表性的含水层厚度平均值为工程场地的含水层厚度。

(2)水位降深

设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下 0.5m。当施工降水涉及多层地下水时,方案设计不能为了安全而各层地下水统一取水位降深值为第一层地下水降低至基底以下的水位降低值。应根据各含水层的地下水位确定水位降深值;当采用大井法计算水量时,可以根据各含水层的设计水位降深值计算流量;对于降水管井的井内水位则为基坑中心点的水位降深与管井至中心点的距离与水力坡度乘积之和,同时应考虑井损和水跃值。

(3)大井等效半径

一般的降水井群在基坑外缘采用封闭式的布置,为了计算简单,将井点系统看成一口大井,以便引用已有的公式计算这个等效大井。等效半径即指大井的半径 r 0 ,通常按照降水范围和基坑形状确定。

(4)影响半径

井点系统的影响半径可以表示为

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对于 R 的取值可以采用两种方法获得。若有抽水试验资料时,应按照观测孔的试验资料求得 R;若没有抽水试验资料时,应用比拟法选用当地类似的水文地质条件下其它地段的参数值或当地经验值;当基坑安全级别比较低的情况下,可以采用经验公式。

(5)渗透系数

在目前的施工降水方案设计中,渗透系数取值大小不仅对降水工程实施可行性有直接影响,而且对降水方案合理性至关重要。原则上应用场地各含水层的渗透系数应根据抽水试验求得。当邻近本工程 100m 范围内存在抽水试验资料,且水文地质单元类似,则可以借用邻近工程的渗透参数。对于基坑安全级别比较低的情况,可以采用当地的渗透系数经验值。

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3、施工降水的风险控制

施工降水设计人员应有工程风险意识,以保证基坑工程的施工安全。在设计阶段的风险控制主要注意以下几个方面。

(1)设计人员应全面了解、掌握基坑降水区域的地质及水文地质条件。在此基础上,对深基坑工程而言,应尽可能进行三维地下水渗流计算。

(2)在进行地下水渗流分析时,应正确把握水文地质概念模型、渗流数值模型的可靠性。

(3)设计人员应充分了解基坑围护结构特点及各工况条件,在此基础上确定降水方案并进行降水设计。

(4)应选取满足基坑开挖、施工安全与周边环境和地下水环境保护要求的最佳方案。

(5)考虑到计算参数的可靠性以及地质条件的变异性,降水井施工质量及成井后的保护程度、设备运行异常等,降水设计计算要留有一定的安全系数。

(6)设计前应掌握充分的设计依据,应准确掌握场地的水文地质资料,从源头开始控制基坑降水设计的可靠性。

考虑到施工降水过程中存在的风险因素,在设计阶段应编制有针对性的应急预案。

(1)应编制施工降水工程专项应急预案,也可与基坑工程应急预案一并编制。

(2)施工降水应急预案应主要包括以下内容:

涉及消防、医疗急救、防汛防风、用电安全等常规预案;

深基坑工程可能发生的基坑突涌、围护渗漏涌水涌砂等险情编制具有针对性、可操作性的应急抢险预案;

应急物资、设备的堆放、保管的日常检查措施;

因停电、潜水泵损坏等造成地下水位升高应编制应急预案,并确定应急生效时间。

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4、帷幕隔水的要求

竖向截水帷幕的形式有两种:一种是插入隔水层,另一种是含水层相对较厚,帷幕悬吊在透水层中。前者须进行基底渗流稳定、隆起验算,必要时可加深竖向截水帷幕深度或采用基坑内设降压井保证施工安全。后者需要考虑绕过帷幕涌入基坑的水量,评价基坑内降水井数量和布置及其可能造成的周边环境问题,必要时进行封底或采用其它方法。

(1)纵向截水帷幕

1) 同一工程可采用多种止水帷幕方式,根据地层特点、基坑开挖深度、支护型式、周边环境条件等,在不同的部位选用适合的止水帷幕。

2) 落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层,其插入深度宜不小于 2~3m 或按下式计算:

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式中

l——帷幕插入不透水层的深度,m;

h w ——作用水头,m;

b——帷幕厚度,m。

3) 当地下含水层渗透性较强,厚度较大时,可采用悬挂式竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案,以减少抽取地下水量和基坑周边地下水位的降低值,降低地面沉降对基坑周边环境安全的影响。

4) 截水帷幕插入弱透水地层中,需进行基底渗流稳定、隆起验算。如果不符合要求,则坑外或坑内布设降压井。

5) 基坑内需根据弱透水地层的渗透性、基坑内外水头差、基坑底面与含水层底板的关系、含水层岩性、基坑面积等确定采用明排、或布设降水井以控制地下水位在基底以下。

6) 采用止水帷幕后,因地层中的地下水不能排出,除了对支护结构产生水压力外,土层的强度指标 φ 、 c 值与降水条件下的指标也有所不同。无相关试验数据时,帷幕止水条件下的 φ 、 c 值宜适当降低。

(2)横向截水帷幕

1) 当含水层较厚,采用悬挂式帷幕截水和基坑内降水方案仍不能满足基坑开挖需要或采用全封闭式截水帷幕施工时,在完成纵向截水帷幕的同时,也应进行横向截水帷幕的实施。

2) 横向截水帷幕厚度和深度应根据含水层的水头和基坑开挖深度,通过基底抗隆起验算确定。

3) 为了减少横向截水帷幕出现漏点数量,降低发生涌砂等破坏地基、支护结构等事故,旋喷桩搭接厚度不低于 10~20cm,基坑越深,搭接厚度越大。


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