深基坑的渗流分析和防渗体设计探讨

2016-10-09 11:03:58    来源:中国岩土网

摘要:本文提出了深基坑事故的主要原因是对地下水和渗流的分析和处置不当;设计时首先应进行深基坑的渗流稳定分析;为此提出深基坑支护设计的新思路,即由基坑的渗流稳定条件来确定入土(岩)深度;并为此提出了深基坑支护设计要点,提出了综合考虑工程的安全、质量和经济性的设计原则。

  5.深基坑防渗体的设计要点

  5.1对基坑支护设计的基本要求

  5.1.1补充完善地勘和周边环境调查工作

  地连墙与桩基础受力特点不同,所以对地基的要求也不尽相同。桩基础是以承受垂直荷载为主的,它对地基的主要要求是桩侧摩阻力和桩端垂直承载力;而基坑支护结构是以承受水平荷载为主的,它对地基的主要要求是抗剪强度、变形特性和透水特性等。

  因此基坑工程地质勘察与桩基础应当有所区别的。如果采用地下连续墙或灌注桩做基坑支护结构,则应当对工程初期的地质勘察资料进行复核,必要时应进行补充勘察工作。

  5.1.2进一步优化结构设计

  根据不同阶段的勘察报告及有关资料和支护结构的受力特点,结合水文和工程地质条件进行分析计算,进一步优化结构设计。

  5.1.3进行专门的基坑渗流分析

  必须进行专门的深基坑渗流分析,以确保工程安全。很多深基坑工程地质、水文地质条件复杂,其地下水位有时还受潮汐或波浪的影响,出现渗流破坏的可能性很大,尤应引起注意。

  5.2深基坑防渗和降水方案

  5.2.1全部防渗方案:

  将地连墙(这里泛指垂直挡土结构)底伸入到不透水的土层或岩层内一定深度,切断渗流通道;

  5.2.2全部降水方案

  此时不设置防渗设施,通过强力抽水,将地下水位降到基坑底部以下。由于强力抽水,对周边地下水影响很大,所以此法只在周边环境开阔地域内使用,比如大型的江河中的围堰和基坑。此时,要特别注意管涌问题。

  5.2.3防渗和降水相结合方案

  此方案是在基坑上部设置防渗结构,下部则采抽排地下水,来降低地下水位。

  在城市建设中,采用此种方法的较多。

  5.2.4防渗措施

  (1)地下连续墙,墙底伸入不透水层 内

  (2)水泥灌浆帷幕

  (3)高压喷射灌浆帷幕

  (4)水泥土搅拌桩墙(SMW,TRD)

  (5)地下防渗墙(砼、砂浆或自硬泥浆、薄墙)

  (6)冻结法

  5.2.5降水工法

  根据地下水的类型、埋深和基坑的特性,可以采用以下几种降水方法:

  (1)明排水

  (2)井点排水和超级井点排水(SWP)

  (3)管井排水

  (4)辐射井排水

  当基坑周边建(构)筑物离得较近,容易引起位移时,有时需要在基坑外边采取回灌措施,以保持该处地下水位不变或不会降低太大。

  5.3深基坑支护设计要点

  5.3.1深基坑设计的基本原则:

  笔者认为在深基坑设计过程中,应当遵循地基土、地下水和结构物相结合;基坑侧壁防渗、水平防渗和基坑降水相结合;安全、质量和经济相结合的基本原则。

  另外,深大基坑应当以防渗为主;不能做到这一点时,应将基坑的防渗和降水结合起来,通盘加以考虑。

  5.3.2关于基坑防渗体

  基坑防渗体是在地连墙或其它支护结构下部进行水泥帷幕灌浆或高压旋喷灌浆,用墙和幕组成基坑总的防渗体。其目的是利用上部结构来承受基坑的荷载;而利用下部结构解决防渗问题。因为基坑下部承受的荷载逐渐变得很小,不必再浪费造价很高的混凝土和钢筋了;只需用帷幕来解决基坑的渗流稳定问题。这样,可以避免单纯采用地连墙或其它支护结构底部伸入不透水层过深带来的施工困难,可大量节约工程投资,缩短施工工期。这对于第四纪覆盖层和岩石的基坑都是适用的。比如现在很多地连墙深度超过了60m,施工难度很大。在条件适宜的情况下,就可以考虑采用上墙下幕的设计方案。

  至于地连墙做多深,帷幕做多深,应通过技术经济比较,来选定一个地连墙合理深度,既能满足基坑的防渗要求,又可节约投资。我认为,适当的地连墙深度和足够的防渗帷幕或降水措施结合起来,使得基坑工程的总体造价最小或较小、对周边环境影响较小的总体方案,才应看作是合理的;这样的地连墙深度,才是地连墙的合理深度。

  5.4 对基坑底部水平防渗的讨论

  采用高压喷射灌浆的方法来封闭基坑底部的透水地基,已经有很多工程做过,包括南水北调穿越黄河隧道的竖井工程,沈阳地铁二号线工程以及武汉地上百座建筑基坑工程……等等;但是没有一个是成功的。

  在承压水条件下的基坑,采用目前的高喷方法,很难做到密封不透水。

  5.5高喷灌浆和控制灌浆的比较

  5.5.1高喷灌浆是在有限范围(直径)内,采用高压力对地层土料进行喷射搅拌,以形成一个固结体。出了这个有限边界之外,喷射压力就会迅速衰减,对地基起不到加固作用。根据所用的高喷设备和灌浆压力、提速等参数不同,可以形成不同直径大小的固结体。要想让这些固结体在钻孔底部互相搭接起来,就必须采用大直径,小间距和小偏斜的方法才能办得到。如果采用小直径的高喷桩,当钻孔深度较大时,其底部就很难搭接在一起,见图4。

  总之,要做到密封不透水,应当满足以下三个条件:1)桩的直径足够大;2)相邻桩的中心距足够小;3)桩的深度不能太大。

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