富水软土地区圆形超深基坑减压降水分析及沉降控制研究.pdf
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1、18建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure富水软土地区圆形超深基坑减压降水分析及沉降控制研究魏延杰(中铁十四局集团大盾构工程有限公司,江苏 南京 211899)摘要:随着城市地下空间开发的深入,新建地下结构埋深不断增大,承压水对地下结构施工的影响问题日益突出。对于穿越多个承压含水层的超深基坑,承压水可能造成基坑突涌,破坏地基强度,需要通过减压降水控制承压水的顶托力,同时又需要根据实际情况合理设计减压降水,适度降压,尽量减少减压降水对周边环境的影响。结合一个36 m超深圆形盾构井基坑工程,采用离散元对承压含水层的减压降水进行分析设计,研究了减压降水对周边环境
2、的影响,并基于分析结果,结合基坑周边环境特点,从施工措施、监测及应急处置的角度提出了有针对性的沉降控制措施,可为其他富水软土深基坑工程的承压水降水设计及环境影响控制提供参考。关键词:超深基坑;软土富水地区;减压降水;沉降控制中图分类号:TU447;TU46+3 文献标识码:A 文章编号:2096-3815(2023)04-0018-040引言随着城市地下空间的不断开发1,浅层地下空间已经被充分利用,中心城区新建地下结构的埋深在不断增大。很多地下构筑物,如综合管廊、地下管线都选择深埋,以减少受后续地铁、地库等地下结构施工带来的影响。深埋给施工方面带来了一系列难题,埋深越大、穿越地层越多,越可能遇
3、到承压含水层,进而带来一系列后续的减压降水问题,影响基坑安全。深基坑受承压水影响,都存在降水设计需求2,承压水的减压降水,既要能够有效消除承压含水层对基坑开挖造成的突涌风险,同时又要将抽水量控制在合适的范围内,减少对周边环境产生的沉降影响。本文结合上海地区位于中心城区的一个雨水调蓄地下管线工程的两处圆形盾构井超深基坑,研究了富水软土地区圆形超深基坑承压水降水的设计以及对周边环境的影响,并有针对性地总结了减压降水的施工措施。1工程概况上海市某污水处理厂的雨水调蓄工程地下管线采用盾构法施工,在普陀区设有DG10和DG11两处盾构井,DG10盾构井以及DG11盾构井均为地下一层圆形框架结构,采用明挖
4、逆作法施工。DG10号基坑开挖深度36.377 m,DG11号基坑开挖深度35.893 m。两处盾构井间距471 m,周边分布有高层住宅小区、变电站、历史保护建筑、办公楼等建筑。基坑开挖采用1 200 mm厚地下连续墙进行止水围护。19建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure由于开挖深度较大,基坑底板位于2层粉砂层,开挖范围内存在1粉质黏土,1淤泥质粉质黏土,1t砂质粉土,1淤泥质黏土,1黏土,1粉质黏土,1砂质粉土,2粉砂。基坑为明挖逆作法施工,需要采取合适的措施降低基坑周边及坑内各层土体含水量,以确保基坑开挖面的施工安全和开挖效率,避免出现开挖面软弱或滞
5、水现象。2减压降水分析与减压井设计由表1可知,现场开挖施工前,需要对层和1层承压含水层采取有效的减压降水措施,以防止发生承压水突涌事故。本文拟采用渗流数值法,结合现场水文地质条件、圆形盾构井结构特点、超深基坑围护结构特点以及明挖逆作法施工总体部署,对盾构井及基坑周边区域进行降水影响分析计算,以指导现场的降水设计与施工。需要降压的层位中,2、层承压水为封闭式降水。考虑到降水过程中,上覆潜水含水层将与下伏承压含水层组之间将发生一定的水力联系,将上覆潜水含水层、弱透水层以及下伏深层承压含水层组一起纳入模型参与计算3,计算2-2层、2-3层、层承压含水层,初始水位标高取0.11 m。采用三维离散元软件
6、Visual Modflow对盾构井基坑及周边进行建模。根据地下水流场的特征、地层分布、承压含水层的分布对模型进行网格划分。距离圆形盾构井越近的区域网格划分越精细,以优化运算量。由于DG10盾构井和DG11盾构井模型差别不大,此处仅列举盾构井DG10的模型,具体模型及划分情况如图1及图2所示。图1离散模型网络三维图根据勘察报告,基坑开挖穿越的承压水层为1、2、2-1、2-3、1层;其中1、2、2-1、2-3、1层地墙已隔断,但位于坑底区域的层和1层承压含水层的抗突涌稳定性经验算不满足要求。具体突涌稳定性验算结果如表1所示。靠近墙趾处设计有6 m厚封底隔水层,现场开挖施工前有必要对层和1层承压含
7、水层进行封闭式减压降水。表1基坑坑底承压含水层抗突涌稳定性验算开挖部位坑底标高/m减压目的层参考钻孔/承压水层顶标高承压水顶托力1.05wH/kPa上覆土压力hs/kPa水位降深需求/m临界开挖标高/m是否需要减压DG1031.9772-310BZ2/51.37 m537.705359.20717.0022.60是110BZ2/58.37 m617.505500.56711.1425.87是10BZ2/JET加固底786.35816.79否DG1132.293111BZ1/58.25 m610.47480.198.2425.43是2ZK43-1/JET加固底843.05892.55否图2离散模
8、型平面主要网格划分图对于DG10盾构井,根据模拟计算,在保证基坑最深处承压水水位达到安全埋深的前提下,需要在DG10盾构井基坑内布置1口降压井。该降压井抽水时间达1 d时,周边水位的降深情况如图3所示。在1口降压井开启1 d后,DG10盾构井满足基坑降水设计要求,最小位降深约为17.5 m。图3DG10盾构井承压水位降深预测结果(单位:m)20建筑科技2023 年 第 4 期建筑结构Building Structure对于DG11盾构井,根据模拟计算,在保证基坑最深处承压水水位达到安全埋深的前提下,需要在DG11盾构井基坑内布置1口降压井。该降压井抽水时间达1 d时,周边水位的降深情况如图4所
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