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基坑工程中地下水的影响和案例

769 2020-12-28 08:57:41



地下水相关概念

含水层、隔水层、弱透水层


饱水岩层中,根据岩层给水与透水能力而进行的划分,具有相对性:

· 含水层(Aquifer):是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土,砂岩等。

· 隔水层(Aquifuge):不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土(致密)

· 弱透水层(Aquitard):渗透性很差,给出的水量微不足道,但在较大水力梯度作用下,具有一定的透水能力的岩层——各种粘土,泥质粉砂岩、砂质页岩。



上层滞水、潜水、承压水


·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。

图1 潜水、承压水及上层滞水


· 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。


图2 潜水、承压水及上层滞水


图3 基岩自流盆地中的承压水



地下水对基坑工程的影响


据不完全统计,地下工程事故85%与地下水控制不当有关。

突涌

图4 突涌


当基底以下存在承压含水层,基坑开挖减小了含水层上覆隔水层的厚度,当上覆土重小于承压水的顶托力时,承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板,造成突涌。


管涌

图5 管涌



地基土在具有一定渗流速度(或梯度)的水流作用下,其细小颗粒被冲走,土中的空隙逐渐增大,慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道,从而掏空地基或坝体,使之变形、失稳,此现象即为管涌。一般发生在无粘性土层中。

突涌与管涌的区别


图6 突涌管涌区别



地基土在具有一定渗流速度(或梯度)的水流作用下,其细小颗粒被冲走,土中的空隙逐渐增大,慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道,从而掏空地基或坝体,使之变形、失稳,此现象即为管涌。一般发生在砂性地层。


 图7 突涌管涌示意图


图8 管涌成因示意图(单位:m)


帷幕渗漏、地面塌陷

图9 帷幕渗漏


图10 基坑渗漏造成外侧地面塌陷


地面沉降

图11 地面沉降



降水引发地面沉降主要是地层失水后引起土体的压密固结,一般认为砂层的压缩量极小,且很快趋于稳定,而粘性土层压缩量大,固结沉降完成需要较长时间。
水位下降引起的地面沉降一般是均匀沉降;地层土体流失引起的是不均匀沉降,一般引起地面沉陷。


边坡滑移

图12 边坡滑移


挖机沉陷、影响施工效率

图13 挖机沉陷

图14 挖机沉陷



2014年7月31日杭州地铁4号线塌方透水事故

7月31日上午,地铁4号线江锦路站至市民中心站区间,右线盾构机进洞时,现场发现洞门左上方出现渗漏水,新塘河河水水位增高。上午11点,新塘河围堰內积水突然消失,进入市民中心站,随之围堰倒塌,河水迅速灌入地铁。



2014年7月1日武汉地铁4号线盾构机接收涌水涌砂事故
7月1日晚19时10分,盾构井在左线吊出过程中,隧道与车站结构底部出现涌水涌砂险情,致使靠基坑一侧的省人民医院检测中心沉降开裂,数十名病人转移。




地下水与社会效益及经济效益



郑机城际铁路新郑机场站




杭州庆春路过江隧道
原设计围护结构为地下连续墙,施工成本超过1.3亿;更改为放坡+降水,放坡施工成本低于6000万元,工期缩短2个月以上。充分发挥了混凝土的自防水效果,提高了结构的防水性能。



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来源:矿山地质环境网

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