高渗透、强补给水文地质条件下深基坑降水技术探究
王菲菲
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王菲菲,. 高渗透、强补给水文地质条件下深基坑降水技术探究[J]. 水资源研究进展,2021.2. DOI:10.12721/ccn.2021.157012.
摘要: 深基坑降水与基坑工程整体的安全性与稳定性有着密切关系。对于高渗透、强补给的水文地质条件,要想保证基坑工程的顺利进行,则一定要做好基坑周边的降水工作,要实现深基坑降水技术的有效应用,对施工区的水文地质条件进行了解和掌握,根据相关数据参数制定科学的施工方案。还需要使用软件技术对基坑降水过程中地下水渗流情况进行模拟,结合模拟结果对方案进行进一步优化,保证基坑降水的有效实施,提高降水效果,实现对基坑状态的有效控制。
关键词: 高渗透;强补给;水文地质条件;深基坑降水技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157012
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若没有对地下水进行有效控制,很容易在施工期间出现安全问题,如果处理不当,深基坑在开挖作业过程中会出现管涌、流砂的情况,严重时还会出现坍塌问题。本文主要对某地区工程实例进行了分析,该工程所处区域的土壤渗透性比较强,地下水补给能力强,基坑深度在13m左右,所以,控制好现场降水是非常重要的一项工作。基于此,本文主要对渗透、强补给水文地质条件下深基坑降水技术进行了探究。

一、地质水文条件

工程位于水网地区,水深 0.50-2.0 m ,主要素填土层①1、粉质黏土层①2、淤泥质粉质黏土层②、粉土夹粉砂③1、粉质黏土夹粉砂层③2、粉砂层④、细砂层⑤和细砂层⑥构成。

该区域的地下水主要有以下 3 种:

(1)上层滞水。主要赋存在填土中,水位受大气降水影响较大,无统一的地下水位。

(2)潜水。主要赋存在第②层淤泥质粉质黏土、第③1 层粉土夹粉砂及第③2 层粉质黏土夹粉砂中,潜水水位高程约 5.00 m 。

(3)承压水。主要赋存在第④层粉砂、第⑤层细砂、第⑥层细砂中。勘察期间承压水位高程约 4.50m。上层滞水及潜水直接接受大气降水及长江侧向补给。第④层粉砂、第⑤层细砂及第⑥层细砂中的承压水主要补给来源为地下水侧向径流和长江的侧向补给。地下水流由西北流向南东。区内地下水主要以蒸发和向河流排泄为主。从水文地质条件看,承压含水层位于第④层,最浅层顶板埋深为 7.3 m ,初始水头埋深为 4.5 m 。基坑最大挖深为 12.7 m ,已超过基坑开挖面以下 4m 左右的安全承压水顶板标高。因承压水层厚,所以采取的三轴搅拌桩止水帷幕没有隔断含水层,存在承压水突涌的风险。

二、现场试验与分析

1、抽水试验

要想保证井点设置的科学合理,则需要对工程各部位的参数进行了解和掌握,主要有渗透系数、导水系数、水位变化系数、基坑开挖深度和涌水量等,要进行现场抽水试验,根据试验结果来确定适合的井点位置。要对该工程区域的水文地质条件进行了解,在此基础上进行流量和小流量井的抽水试验,在不同位置布置了3个试验井,分别为Y1、Y2和G1。

2、专项拟合分析

第1组大流量单井抽水实验:开启30m试验井Y1,观测G1、Y2井。

根据时间和水位降深绘制曲线,通过降深曲线与标准曲线的匹配,完成数据专项拟合分析。从抽水井和各观测孔历时降水曲线可见,抽水时水位明显下降,800min以后地下水位趋于稳定。抽水试验单井出水量为47.3m3/h,在抽水1000min后水位基本稳定,与井Y1相距8.0m的观测井G1降深达1.04m,与井Y1相距16.0m的观测井Y2降深达0.65m。停抽5h后,水位恢复90%。

第2组小流量单井抽水试验:开启20m试验井G1,同时观测Y1、Y2井。

从抽水井和各观测孔历时降水曲线可看出,抽水时水位明显下降,300min以后地下水位趋于稳定。抽水试验单井出水量为25.2m3/h,抽水500min后水位基本稳定,且当出水量控制不变时水位有上升趋势。与井G1相距8.0m的观测井Y1降深达0.25m,与井G1相距8.0m的观测井Y2降深达0.2m。停抽2h后,水位也恢复90%。

三、影响半径

一般情况下,对于无越流补给的承压含水层不会受到“影响半径”的影响,但是该工程在应用深基坑降水技术的过程中还是对这方面的影响因素进行了分析,同时结合工程的实际情况设置了2个观测孔对影响半径进行计算,结果为49.35m。

通过对试验成果进行分析,需要在基坑内部25m深度的位置来设置降压井,这样才能保证基坑降水效果,满足基坑工程的建设要求。基坑外部降压井的深度要比内部深5m,这样才能满足基坑降水要求。

四、现场深基坑降水的应用

在实际应用深基坑降水技术的过程中,需要结合以上抽水试验结果和该地区的水文地质条件参数,对各项参数信息进行详细计算与分析,根据所得结果来确定井点的具体位置。本工程在施工中主要布置了14口观测井,主要是对基坑中的地下水位进行观测,同时在基坑内部设置了18口降压井和5口混合井,确保能够满足该工程基坑降水需要。

在降水过程中主要使用排水泵进行排水,要选择大功率设备,在使用期间能够将积水及时排出。还需要在基坑周围建设排水沟渠,确保在积水过多的情况下能够顺利排出。

五、技术应用期间的工程监测

要想明确降水量与周围环境和深基坑施工质量之间的关系,则需要结合工程建设的实际情况,在基坑周围区域设置监测点,掌握工程围护特点,了解岩土特征和周围环境的具体情况,确保能够对整个深基坑的降水过程进行全面监控,为工程的顺利进行打下基础,保证施工期间的安全稳定。

通过对本工程监测数据分析可以了解到,在应用深基坑降水技术的过程中,基坑围护变形在工程可承受范围内,周围土地沉降值为30mm,不会对工程整体产生较大影响,可以保证基坑的安全性。

六、具体实施效果

本工程深基坑在建设围护结构之后,结合基坑工程的具体情况选择针对性的降水技术,只用了20天就完成了基坑底部的施工作业,施工质量和效率有所提升,可以满足工程的建设需要。

本工程在建设期间,基坑外部水位一直控制在合理范围,没有出现大幅度的变化情况,由此可见,现场抽水工作的开展能够取得良好效果,可以对地下水位进行有效控制。对于高渗透、强补给水文地质条件下的基坑工程来讲,需要对水文地质参数进行深入分析,并利用相关参数进行模型构建,根据构建的模型对数据进行验证,通过对地下水位渗水量模拟来对施工方案进行优化与完善,确保与实际降水量相符。对井点布置的优化设计可以对降水时间和空间进行有效控制,保证降水效果达到相关设计标准,满足基坑施工建设要求。工程施工期间没有出现管涌或者渗水情况,实现了对降水影响的有效控制,提高了整体的施工管理水平。

参考文献:

[1]龙绍章.复杂地质条件下的深基坑降水技术[J].建筑施工,2012(02):23-24.

[2]徐运达.软土区深大基坑降水对支护及周边环境影响研究[D].2015.

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