減壓井施工說明

2021-04-05 11:55:22 字數 3230 閱讀 3572

在天然情況下,下部承壓含水層作用在頂板上的水頭壓力是與承壓含水層頂板以上土層壓力相平衡或小於上覆土壓力的。乙個基坑,開挖到一定深度後,承壓含水層頂板以上的上覆土壓力隨開挖深度的加深逐漸減小,當減小到不能與承壓含水層作用在頂板上的水頭壓力相平衡時,承壓水就會衝破上覆土層湧向基坑內,形成突水。這種突水來勢凶猛,承壓含水層中的高壓水帶著泥砂湧向基坑,如不及時採取措施,會造成地下連續牆下沉,嚴重的會引起內支撐破壞,連續牆倒塌,坑外地面嚴重變形,危及附近地下管線和地面及地下建(構)築物的安全。

例如2023年上海嫩江路浦西黃浦江邊一過江頂管的工作豎井,設計開挖深度25cm左右緊靠黃浦江邊的防洪牆,那裡的地層為上海市正常層位,30m左右為第⑦層(上海市第ⅰ承壓含水層)的頂板,第⑥層及以上地層以黏性土為主,圓形豎井直徑約25m左右,地下連續牆作為圍護結構,牆深35m左右。當開挖到一定深度後,底板發生突湧,大量水和細粉砂湧入井內,連續牆下沉了約17cm,由於搶險的措施及時得當,突湧發生後施工隊立即以大幫浦將黃浦江水注入井內,井內水頭抬高,及時制止了突湧的進一步發展,未釀成更大的事故。後立即打井,將第⑦層水頭降低後,繼續施工,安全順利的開挖到設計深度,實現幹封底。

基坑底板穩定性的驗算和承壓水頭降低的運算

因此,深基坑設計開挖面以下一定深度內埋藏有承壓含水層時,必須進行基坑底版引起突湧的安全計算。要保證基坑的穩定,則基坑最終開挖面到下部承壓含水層頂板間土的重量應大於承壓含水層的頂托力。

即:h·γ≥fs·γw·h

式中h--基坑最終開挖面到下部承壓含水層頂板間的距離(m);

γs--承壓含水層頂板以上土層的重度(kn/m3);

fs--安全係數1.1~1.3;

γw--水的重度(kn/m3),取10kn/m3;

h--承壓含水層從頂板算起的承壓水頭高度(m)。

例:某基坑開挖深度17.13,下部承壓水層厚約15.00,頂板埋藏深度為29.87m,承壓水靜止水頭埋深4.80m,則

h=29.87-17.13=12.74m

γs =18.31kn/m3(各層土的平均值)

h =29.87-4.8=25.07m

fs取1.1

1.1×10×25.07-12.74×18.31=276-233=43kpa

承壓水的頂托力大於上覆土層的壓力43kpa,需降低承壓水水頭43/10=4.3m。在降低4.

3m承壓水水頭後,下部承壓水的頂托力可以與上覆土層的壓力像平衡,在一般情況下就不會產生基坑底版的突湧,但承壓水頭仍高出基坑設計最終開挖面8m左右。而承壓水層頂板以上到基坑開挖面的土層在實際情況下並非如在自然狀態下那樣在平面上伸展很大的土層,而是被地下牆已切割成基坑形狀的一塊土層,這塊土層又被許多任務程樁搞得七穿八洞,當土層與地下牆或灌注樁避區域性接觸不良,承壓水很容易沿這些薄弱點突水,在處理不及時的情況可能會越衝越大,釀成事故(在這種情況下,不但計算土的重量已失去意義,更談不上還要將土的強度指標c, ф值考慮進去了。)。

因此,幾乎在所有的規範和書籍中都要求將承壓水位降到基坑最大開挖面以下1m的原因。但加大降深意味著增大抽水量,對環境要求很嚴格的情況是不可取的。為解決這一矛盾,首先,在井群的布置上要有將承壓水降到基坑最大開挖面1m的能力,而在實際降水執行時可開少量的井將承壓水位降到與上覆土壓力達到平衡時的高度。

一旦出現險情可立即啟動備用井將承壓水位降到基坑開挖面以下。

關於坑內降水和坑外降水的問題

在降水設計中降壓井布置在坑內或坑外往往成為爭論的問題,不同主張的人往往將坑內或坑外降作為一種定式而堅持不休。一般情況下,降壓孔布置在坑內或坑外都可以達到降低承壓水頭的目的,許根據降水目的的含水層位置、厚度、隔水帷幕的深度、周圍環境對降水的要求、施工方法、圍護結構的特點、基坑的大小、開挖的深度等一系列因素綜合考慮。下面作一分析:

(一)降壓井布置在坑內,即所謂坑內降水的優缺點

缺點:1.開挖施工不便,挖機如不慎將井管碰壞後幫浦不能提出,給封井造成困難;井管碰斷後大量承壓水噴出,造成施工困難;井碰壞後坑內無法補井,只能補在坑外。

2.井管暴露的長度太長後需設支架支護,在有內支撐的基坑內可旁支撐布井,井管暴露後可固定在支撐上。但在無內支撐,面積又大的基坑須另安裝支護井管的支架,給施工出土帶來不便,支架上無法上人,換幫浦吊裝造成的困難,如將支架在井口形成換幫浦封井的操作平台,很深的基坑,費用大,不安全,影響挖土施工。

如上海環球金融中心101層塔樓圓形基坑,直徑100m,開挖深度26m左右,連續牆靠幾道鋼筋混凝土圈樑加固,中間無內支撐,井布在坑內無法支護、維修、保養水幫浦。降水結束後無法上井口封井

3.當連續牆或隔水帷幕插入降水目的的含水層很淺,如降壓井的過濾管不超過隔水帷幕的深度,則濾水管僅3~5m,進水面積小,水量小,降10~20m水頭需滿堂布井,井的數量大;如坑內降壓井的濾水管超過隔水帷幕時,經不再坑內和坑外無明顯的差別,坑內外地下水滲流形態沒有明顯的不同。

4.基坑降壓降水並非基坑開挖到設計的要求深度、做好墊層、澆好大底板即可結束,需要待上部結構的壓重超過地下水的浮力時才能終止降水,降壓井在坑內除了在大底板上需留洞外,個層樓板都需要留洞,增加後續工作。

5.井設在坑內,降壓降水結束後需將降壓井作封井處理,才能割除井管,補洞。井雖可用注漿方法封閉,但效果並不是十分理想,有時井管割到大底板處仍有水溢位。

優點:1.坑內降水,即井布置在坑內井的濾水管超過隔水帷幕的深度相對坑外降水來說,井與井之間距離小了些,井間的干擾大一些,可能井的數量會少一些。

2.當降水目的含水層厚度較大,連續牆或隔水帷幕插入江水目的的含水層的深度大。一般超過10m以上,坑內降水管井的濾水管可以不超過隔水帷幕的深度,坑外的地下水經連續牆的刃腳處繞流流入坑內,增加了流程,連續牆刃腳以下的承壓含水層垂直滲流補給,基坑底面即為地下水流入基坑的過水斷面,流量受到了限制,各個井的抽水量減小了,坑外水頭降也減小,有利於降低對環境的影響。

(二)降壓井布置在坑外,即所謂的坑外降水,其優缺點正好與坑內降水相反,坑內降水的缺點往往是坑外降水的優點,它對施工影響小,設在坑外的井可埋設在地下,不受施工運輸的影響和破壞,維修、養護方便,均在地面操作,降水結束後不需專門封井,只需用優質粘土填塞。而坑內降水的優點也是坑外降水所不能及的。

從上述的分析來看,坑內或坑外降水以井布置在坑內或坑外來區別,只是形式上的區別。實質上的坑內降水,井是布置在坑內,但關鍵是井過濾管的位置是否超過隔水帷幕的深度,如超過基坑隔水帷幕,地下水的滲流場還是以徑向流為主,與井布置在坑外並無大的差異;真正意義上的坑內降水應該是不但井放在坑內,而且過濾管的下部不超過基坑隔水帷幕的深度。而坑外降水,井不但布在坑外,降壓井的過濾器頂部必須在基坑隔水帷幕以下。

採用坑內降水還是坑外降水,應該對地質、水文地質條件、基坑的大小、形狀、施工方法、維護設計的特點、環境對基坑降水要求的寬嚴程度等諸多因素綜合分析,再加上經濟比較後確定。有時為了必須滿足某些要求,再多的不利因素也要克服;再多的有利因素也只能放棄。因此,降水的設計無定式。

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