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超深基坑承压水控制技术

2020-07-05 来源:爱问旅游网
地 基 基 础 FOUNDATION BED & FOUNDATION超深基坑承压水控制技术宋炜卿上海建工集团股份有限公司

上海 200080摘要:以上海徐家汇中心大厦深基坑降水工程为研究对象,建立了三维渗流模型,进行基坑渗流场模拟,以此预测基

坑内外的水位变化情况,用于指导降水井设计和布设。经与坑内外降水水位变化实际进行对比,验证了三维渗流模拟 计算的合理性及用于指导降水设计的适用性。由于项目基坑所处区域含有深厚承压水层,地下连续墙无法隔断承压水 层,在深开挖工况下基坑极易发生承压水突涌事故,为此,根据计算分析,提出了按需降水控制原则,并通过控制坑 外水位来确保周边环境及基坑施工安全。关键词:深基坑;承压水;三维渗流模型;按需降水中图分类号:TU46+3 文献标志码:A 文章编号:1004-1001(2019)10-1802-03 D0I: 10.14144/j.cnki.jzsg.2O19.10.008Control Technology of Confined Water for Super Deep Foundation PitSONG WeiqingShanghai Construction Group Co., Ltd., Shanghai 200080, ChinaAbstract: Taking the deep foundation pit dewatering project of Shanghai Xujiahui Center as the research object, in

order to predict the variation of water level inside and outside the foundation pit, three-dimensional seepage model

is established to conduct the foundation pit seepage field simulation. This can be used to guide the dewateri ng well desig n and layout, and compares them with actual pit precipitation water level variation inside and outside to validate the rationality of the three-dimensional seepage simulation. It can also be used to guide the applicability of the precipitation

design. Due to the deep confined water layer in the foundation pit area of the project, the underground diaphragm wall

is unable to cut off the con fined water layer, hence it is very likely to have the accident of confined water surge in the foundation pit under the working condition of deep excavation. Therefore, according to the calculation and analysis, the principle of dewatering control on-demand is put forward to control the water level outside the pit to ensure the safety of the surrounding environment and foundation pit construction.Keywords: deep foundation pit; confined water; three-dimensional seepage model; dewatering on-demand随着城市地下空间的开发利用,越来越多的超深超大 承压含水层,因而形成悬挂式的止水帷幕。考虑到周边环 境复杂,分布有大量地下管线,尤其基坑北侧为运行中的 轨交9号线区间隧道,距离基坑仅10 m,降水设计及降水运

基坑工程出现,在长三角、珠三角等地下水极其丰富的地

区,深基坑工程面临承压水突涌风险。对于开挖深度大、 场地下伏含水层厚度大的基坑,一般采用“止水帷幕+坑

行必须考虑基坑自身安全和环境安全。地下水三维渗流计

内降水”的方式进行基坑地下水处理。但由于含水层埋深 深、厚度大,止水帷幕常常无法进入相对隔水层,而形成 悬挂式止水帷幕,从而无法避免坑内降水引起坑外水位降

算及地下水分阶段按需控制的降水设计为本基坑的顺利实 施提供了保障。低对周边环境造成的不利影响。因此合理的降水设计对基 坑工程至关重要2〕。1 工程概况上海徐家汇中心项目规划用地面积约66 017 m2o基坑

本文以上海徐家汇中心大厦4-3地块超深基坑为例,其 地面绝对高程+4.15 m,相对标高为一0.65 m。地下连续墙 深75 m,釆用套铳接头,坑内设置7道混凝土支撑。基坑采用地下连续墙作为围护结构,墙深75 m,没有隔断基坑场地紧邻轨交9号线、11号线,周边分布有较多高

层建筑,场地周边道路下方分布有电力、信息、能源、雨

基全项可:上诲■市'科学技术委员会科研项可(16DZ1200200) o作者简介:束炜卿(1977—),男,本科,嵩级工程呷,通信地址:上诲•审东乂£路666号(200080 ) o电子邮箱:13601854577@163.com收稿 B 期:2019-05-21水等管线,环境十分复杂。场地北部下方为轨交9号线宜山路站一徐家汇站区间隧

道;南侧紧邻虹桥路,虹桥路为主干道路,其南面分布有

元福大厦、西藏大厦、徐汇中学等重要建筑;西侧紧邻宜

山北路,该路西面为城开国际大厦及住宅等建筑;东侧紧

18022019 • 10 • Building Construction宋炜卿:超深基坑承压水控制技术邻恭城路,恭城路下方为轨交11号线徐家汇站,其东侧为 港汇广场(图1)。虹桥路图1徐家汇中心4-3地块周边环境基坑共需开挖8层,开挖深度31.50 m,局部深坑挖深 达到35.20 m„2 工程地质情况场地勘察最大深150.0 m,划分为11个工程地质层及若 干亚层。场地内第⑦1层砂质粉土及⑦2层粉砂属上海地区第I 承压含水层,第⑨层粉砂属第II承压含水层,第⑪层属第 【II承压含水层。场地内第1及第II承压含水层相连通。场地下伏的第⑦层承压含水层,含⑦1砂质粉土、 ⑦2-1粉砂、⑦2-2层粉砂,含水层分布稳定、连续,层顶 埋深44 m左右,层底埋深67 m左右。其下为第⑨层粉砂

层,⑦层与⑨层的复合含水层厚度超过50 m,含水层巨

厚,处于连通状态。本工程地下6层区域的地下连续墙深75 m,墙趾已进入 第⑨层约8.0 m,由于承压含水层埋深大、厚度大,地下连

续墙不能将承压水隔断,只能形成悬挂式止水帷幕。3三维渗流模拟计算深基坑必须充分考虑基坑底板的突涌安全性,须对下 部承压水含水层的顶托力进行验算。4-3地块第⑦层承压含水层层顶最浅埋深43.9 m,水头

埋深约5.50 m。抗突涌安全系数为0.59,远小于抗突涌安全 系数标准值1.05。在基坑开挖过程中,不能满足承压水突涌稳定性计算

要求时,应计算承压水降深。经计算,承压水临界深度为21.50 m。即承压水初始水 位埋深在5.50 m的情况下,当4-3地块基坑挖深超过21.50 m 时,需降低第⑦层承压水水位。根据拟建场地的地质条件、基坑围护结构特点以及开

挖深度等因素,降水设计目的层为承压含水层,将上覆含 水层与下伏含水层组一起纳入模型参与计算,并将其概化

为三维空间上的非均质各向异性水文地质概念模型。3.1非稳定渗流的控制方程多孔介质和流体不可压缩时,非恒定达西渗流场求解 的微分控制方程为:

轨韵+幽韵+駅韵”霧⑴ 式中:E---S (承压含水层)或S”(潜水含水层);T---M (承压含水层)或B (潜水含水层);S——贮水系数;Sv---给水度;M—承压含水层单元体厚度;B——潜水含水层单元体地下水饱和厚度;k*、仏、k=——各向异性渗透系数;H——点(x,y,z)在r时刻的水头值;W—源汇项;I---

时间。3.2定解条件初始条件:H(x,y,z,r)|,=o =

。边界条件:H(x,y,z,t)\\r, = Ht(x,y,z,t) o

式中:H„ (x,y,z, /)-----点(x,y,z)的初始水位;口一类边界条件;H\\ (.r, y, z, /)-----点(x, y, z)在/时刻的边界已知水位。对整个渗流区进行离散后,采用向后差分法将上述数 学模型进行离散,就可得到数值模型,由此计算、预测降 水引起的地下水位的时空分布。3.3基坑降水水文地质概念模型根据研究区的几何形状以及实际地层结构条件,对研 究区进行三维剖分。地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律;

含水层分布广、厚度大,在常温常压下地下水运动符合达

西定律;考虑浅、深层之间的流量交换以及渗流特点,地 下水运动可概化成空间三维流;地下水系统的垂向运动主

要是层间的越流,三维立体结构模型可以很好地解决越流 问题;地下水系统的输入、输出随时间、空间变化,参数

随空间变化,体现了系统的非均质性,但没有明显的方向 性,所以参数概化成水平向各向同性。综上所述,模拟区可以概化成非均质水平向各向同性 的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统

通过概化、单元剖分,即可形成为地下水三维非稳定渗流

模型。3.4降水井处理在计算软件Visual Modflow中,降水井可以设置过滤器

长度、出水量等参数。3.5边界条件处理在本次基坑降水模拟中,模型边界在降水井影响边界

建筑施工•第41卷•第10期18037!宋炜卿:超深基坑承压水控制技术以外,故可将模型边界定义为定水头边界,水位不变。3.6模型计算结果4-3地块基坑布置13 口降水井(内含备用井3 口和观测

井4口),井深58 m>过滤器长度为12 m (图2)。图2围护与降水井三维立体示意4-3地块坑内降水水位埋深近32.0 m (降深26.0 m),

坑外水位埋深约7.10m (降深1.60m)。由于本工程承压含

水层厚度大,围护结构并未完全隔断承压含水层,在坑内

进行抽水过程中,坑外地下水会有一定程度的水位降幅。4 降水井按需控制运行因基坑工程地处市中心,环境工程非常敏感,为确保

基坑降水安全运行,保证基坑周围环境安全和地铁安全,

承压水降水运行必须严格按照按需降水、控制沉降、确保 安全的原则。水位控制深度必须严格按降水运行设计要求 执行(表1)。表1基坑“按需降水\"水位要求区域开挖深度/m安全水头埋深加开启井量/ 口临界深度21.505.5—第5道支撑19.20——第6道支撑23.708.91第7道支撑27.9516.22最深坑35.202&66大底板施工——6大底板养护——6后期降水——1r\\18042019 • 10 • Building Construction4-3地块基坑内13口降水井,其中观测井3口,在坑内 3口井和坑外1 口井上布置水位报警系统。主要目的是智能

控制坑内降水水位。这样既不发生突涌风险,也不发生超

降,影响周边环境。5 降水验证性分析4-3地块基坑在实施过程中,完全遵循按需降水原则,

分层降水,将水位控制在安全水位(30.0 m)左右,从而 确保基坑未发生突涌风险,同时有效控制了坑外的水位

(6.5~7.0m)(图4)。O 5

看1015¼

2025303540 — 03-3104-20 05-10 05-3006-19 07-09日期图4水位运行示意根据地铁监测数据,轨交9号线区间隧道沉降值在降水

期间累计不超过10 mm,满足了基坑北侧的轨交9号线的沉 降控制要求(图5)。2 O

03-31

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05-10 05-30 06-19 07-09日期图5轨交9号线沉降监测数据6 结语针对基坑开挖深度大且水文地质条件较为复杂的工

程,三维渗流模型计算在基坑承压水控制方面可得到充分 应用,完全能够指导降水设计和运行。另外,承压水控制 时应遵循按需降水原则。-----------------「二参考文献_

—[1]张勇,赵云云.基坑降水引起见面沉降的实时预测[J].岩土力学,

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建筑大学学报(自然科学版),2007,23(1):47-51.[3] 骆祖江,李朗,曹惠宾,等.复合含水层地区深基坑降水三维渗流场

数值模拟:以上海环球金融中心基坑降水为例[J].工程地质学报,

2006,14(1):72-77.

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