[精选]邻近大江大河地下工程地下水控制技术.pptx

1 2023/1/4 邻近大江大河地下工程 地下水控制技术 汇报提纲 地下水相关概念 1 2 基坑中地下水的危害 4 基坑工程降水案例 3 基坑工程降水类型 上层滞水：当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。一般雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐耗失。潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。潜水没有隔水顶板，或者只有局部的隔水顶板，潜水的表面为自由水面，称作潜水面；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋深深度。潜水、承压水、上层滞水 地下水相关概念 滞水 潜水 承压水 承压水：承压水：是指充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。上、下均为连续的隔水层，分别是隔水顶板和隔水底板，两者之间的距离为该承压含水层厚度。承压性是承压水的重要特性，只有钻孔揭穿含水层顶板时，才可见承压水，水位将顺着钻孔上升到含水层顶板以上一定高度，高出含水层顶板的距离便是承压水头。如果钻孔中的水位高出地表，钻孔能够自溢出水。承压水对基坑底板和基坑施工的危害较大，一般由于埋深大、水头高、水量大等因素，给深基坑的治水工作带来一定的困难。潜水、承压水、上层滞水 地下水相关概念 隔水底板 隔水顶板 H：承压水头 M：承压含水层厚度 大部分基坑事故都与地下水有关。地下水在基坑工程实施过程中的危害主要表现形式有：坑底隆起、坑底突涌、侧壁渗漏、管涌、周边土层过量沉降、斜坡滑移、坍塌等。主要发生在砂土、饱和含水地区。坑底突涌坑底突涌 管涌管涌 侧壁渗漏侧壁渗漏 突涌点突涌点 基坑中地下水的危害 地下水危害形式 止水帷幕渗漏止水帷幕渗漏，桩桩间水土流失间水土流失 地面塌陷地面塌陷 大部分基坑事故都与地下水有关。地下水在基坑工程实施过程中的危害主要表现形式有：坑底隆起、坑底突涌、侧壁渗漏、管涌、周边土层过量沉降、斜坡滑移、坍塌等。主要发生在砂土、饱和含水地区。基坑中地下水的危害 地下水危害形式 边坡滑移边坡滑移 大部分基坑事故都与地下水有关。地下水在基坑工程实施过程中的危害主要表现形式有：坑底隆起、坑底突涌、侧壁渗漏、管涌、周边土层过量沉降、斜坡滑移、坍塌等。主要发生在砂土、饱和含水地区。基坑中地下水的危害 地下水危害形式（1）防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，便于施工。（2）增加边坡和坡底的稳定兴，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。（3）减少土体含水量，提高土体强度。（4）降低承压水水头，防止基底突涌。（5）采用回灌，减少对周边环境的影响。基坑中地下水的危害 基坑降水的作用 根据基坑工程地质特征、围护结构的插入深度、降水井的位置等，可以将基坑降水分为以下4种类型：1、第一类基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水层隔水底板的基坑降水 2、第二类基坑工程降水隔水帷幕未深入降水含水层中的基坑降水 3、第三类基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水层的中的基坑降水 4、第四类基坑工程降水无隔水帷幕基坑降水 基坑工程降水类型 基坑工程降水类型 由于隔水帷幕深入到降水含水层隔水底板中，阻断了坑内外含水层之间的水力联系，是一种全封闭式降水，因此，采用坑内降水方式，即降水井设置在基坑内侧。如果降水目的含水层为潜水含水层，则是疏干降水；如果降水目的含水层为承压含水层，则降水前期是降压，后期是疏干。由于主要抽水坑内地下水，很容易达到降水目的，降水效果明显，且降水影响范围小，对周边环境影响小。第一类基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水层隔水底板的基坑降水 地下水流特征：由于隔水帷幕隔水，基坑内、外地下水无水力联系，坑内降水时，基坑外的地下水位不受影响。基坑工程降水类型 全封闭式降水 第二类基坑工程降水隔水帷幕未深入降水含水层中的基坑降水 与第一类基坑工程降水有本质的区别，第一类工程降水是一种疏干降水，即是把基坑隔水帷幕和隔水底板封闭的含水土体内的地下水排干；第二类工程降水则是将位于基坑开挖面以下的承压含水层中的水位降低到一定程度，防止基坑底板隆起或突水，满足基坑开挖安全的需要，属于典型的减压降水。隔水帷幕位于降水目的含水层以上，未将基坑内、外承压含水层分开，坑外降水与坑内降水的效果基本相同，因此，为了坑内施工方便，通常可将降水井布置在基坑外侧。该类工程降水影响范围较大，但降落漏斗平缓，抽水引起的地面沉降为均匀沉降。基坑工程降水类型 第三类基坑工程降水隔水帷幕深入降水含水层中的基坑降水 由于地下围护结构或隔水帷幕深入到降水含水层中，部分隔断基坑内、外的水力联系，地下水的流动受到阻挡，渗流边界变的非常复杂，地下水呈三维流态，降水设计时往往需要借助三维渗流计算软件进行分析计算。对于含水层厚度大、周边环境复杂地区，常采用此类方法进行地下水位控制，由于受围护结构绕流阻水的影响，坑内降水时，基坑内、外往往会产生较大的水位差，要预防管涌发生。基坑工程降水类型 悬挂式止降结合 第四类基坑工程降水无隔水帷幕基坑降水 基坑周边通常未设置止水帷幕或隔水帷幕不完全，对地下水流动阻碍作用不明显，降水影响范围较大，因此，要求周边环境条件较好，没有重要管线（尤其是煤气管、上下水管等）及重点保护的建（构）筑物，降水设计时主要以降低水位为目的，不考虑对环境的影响。潜水含水层 承压含水层 基坑工程降水类型 敞开式降水 根据降水井的平面布设，又可分为坑外降水和坑内降水 降水井布设 配合措施 优点 缺点 适用条件 坑外降水坑外降水 无隔水帷幕或无隔水帷幕或 隔水帷幕对地下水流隔水帷幕对地下水流无阻碍作用无阻碍作用 有利边坡稳定有利边坡稳定 减少围护的侧压减少围护的侧压力力 坑外水位下降坑外水位下降 对周边环境产生对周边环境产生影响影响 环境要求不高环境要求不高 坑内降水坑内降水 有隔水帷幕有隔水帷幕 且对地下水流具有阻且对地下水流具有阻碍作用碍作用 坑外水位不下降坑外水位不下降 或少下降，有利于或少下降，有利于环境保护环境保护 形成坑内、外水头形成坑内、外水头差，易引起管涌差，易引起管涌 环境要求高环境要求高 基坑工程降水类型 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 滨滨江江大大道道下下穿穿通通道道 主线隧道主线隧道 B1区区 B3区区 J2区区 J3区区 J4区区 J5区区 一、工程概况 南京梅子洲过江通道连接线工程位于长江岸边，是2014年南京青奥会的主要配套工程，主线隧道长2926m，匝道长2896m、地下空间面积24109m2。工程建成后将成为国内结构体系最为复杂、规模最大的超大型地下交通系统。B2-J1区区 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 一、工程概况 已有建筑：江苏省武警总队、嘉盛建设公司、保利香槟国际(住宅区)及市自来水公司城南水厂。在建建筑物有：青奥中心、国际风情街。管线：燕山路两侧地下管线横跨江山大街，包括给水管，污水管，中压燃气管，雨水管，路灯电缆，电力通信管线及城南水厂专用线。给水管为城南水厂输水主干管，对本工程影响较大，横穿J2区。江山大街江东路以东道路两侧现已敷设给水、雨水、污水、燃气、通信、电力等管线。省武警总队省武警总队 保利香槟国际保利香槟国际 国际风情街国际风情街 青奥中心青奥中心 城南水厂城南水厂 长江大堤长江大堤 周边环境复杂 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 典型的长江漫滩典型的长江漫滩二元地质结构特二元地质结构特征征。上部广泛分上部广泛分布 有布 有 3 3 3030m m 厚 的厚 的淤泥质粉质粘土淤泥质粉质粘土，常有粉砂常有粉砂、粉土粉土夹 层；中 部 为夹 层；中 部 为1010 4040m m厚的稍厚的稍 中密粉土中密粉土、粉砂粉砂层层，局部有软土局部有软土夹 层夹 层，K=K=6 6 2525 m/dm/d；下部主要；下部主要为中密为中密 密实粗粒密实粗粒砂土砂土、砾砂砾砂、园园砾等砾等，厚厚3 3 2020m,m,K=K=3030 5050m/dm/d。2层淤泥质粉质粘土 1层粉砂 2层粉细砂 1层粉细砂 2层中粗砂 2层淤泥质粉质粘土 1层粉砂 2层粉细砂 层粉质粘土夹粉砂 1层粉细砂 2层中粗砂 4层卵砾石 层风化泥岩 3层粉质粘土夹粉砂层 3层粉质粘土夹粉砂层 二、水文地质条件 3-30m 10-40m 3-20m 承压含水层在长承压含水层在长江河道区与江水江河道区与江水相连通相连通，具有具有补补给源强给源强、渗透性渗透性好好、富水性强富水性强、厚度大等特征厚度大等特征，给基坑开挖带来给基坑开挖带来很大威胁很大威胁。南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 降水类型十分复杂，几乎包含了所有的基坑降水类型。无隔水帷幕的敞开式降水无隔水帷幕的敞开式降水 隔水帷幕深入含水层隔水底板隔水帷幕深入含水层隔水底板 隔水帷幕深入降水含水层隔水帷幕深入降水含水层 隔水帷幕未深入降水含水层隔水帷幕未深入降水含水层 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 B2-J1基坑平面布置图 B2-J1区基坑开挖区基坑开挖面积约面积约5万万m2。南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 B2-J1基坑平面布置图 先放坡开挖至地面先放坡开挖至地面下下8m；南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 再进行主线隧道及匝道施再进行主线隧道及匝道施工工，最大开挖深度最大开挖深度27.5m，最大开挖宽度最大开挖宽度258m，最大最大开挖长度开挖长度323m。B2-J1区区基坑施工对整个工程形成基坑施工对整个工程形成控制性影响控制性影响，而降水又成而降水又成为该区能否顺利完成的关为该区能否顺利完成的关键因素之一键因素之一。323m 258m 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 盆式基坑放坡开挖至地面下8m，开挖范围内主要为淤泥质粉质粘土层，坑底下12m则为层粉砂、粉细砂层。不仅要考虑淤泥质粉质粘土层的疏干，还需考虑承压含水层的降压，以及降压井的保护、封井问题。2层淤泥质粉质粘土 1层粉砂 2层粉细砂 层粉质粘土夹粉砂 2层中粗砂 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 主基坑开挖最深27.5m，开挖范围为粉砂、粉细砂，夹薄层粉质粘土，阻碍地下水的垂向渗透，若处理不好，影响疏干效果。2cm 27.5m 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 降水井全孔投滤料，将开挖范围内地下水引渗至开挖面以下，通过降水井滤管排出，少部分降水井在开挖面以上设置一段滤管，加快地层疏干；达到降水、疏干目的同时，又便于后期封井。南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 三、降水方案 主线基坑降水后，基坑内、外水头差大于15m；一旦隔水帷幕出现缺陷，在坑外高水头压力的作用下，易形成管涌。因此，在基坑外布置备用井，一旦发现异常，可开启备用井，迅速降低坑外水头压力。南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 四、降水效果 淤泥质粉质粘土层疏干效果淤泥质粉质粘土层疏干效果 地下空间放坡开挖地下空间放坡开挖 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 四、降水效果 主线隧道基坑开挖主线隧道基坑开挖 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 四、降水效果 主线隧道基坑开挖主线隧道基坑开挖 降水井降水井 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 四、降水效果 开挖至设计标高开挖至设计标高 开挖至第三道支撑开挖至第三道支撑 开挖至第四道支撑开挖至第四道支撑 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 四、降水效果 水清无砂、出水量大水清无砂、出水量大 南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 五、小结 降水方案比选过程中，仅方案设计一项就为工程造价节约1000万元以上；管材选择上，疏干井采用造价低的无砂混凝土管井，即保证了疏干效果，又节约造价近200万元；整个项目工期紧，由于降水效果好，为土方开挖争得工期，工期的缩短也意味着成本的降低。南京梅子洲过江通道连接线基坑降水 工程降水案例 南京纬三路过江通道工程位于南京长江大