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        長沙沿江高層建筑群深大基坑滲透變形施工控制
        作者: 發布于:2014/7/27 10:28:08 點擊量:

        摘要:近水體邊界的深大基坑滲透變形問題一直是基礎施工的難點,使用真空井點技術控制后的該類基坑,不僅有效的阻止了基坑的側壁滲流,同時還能夠消除來自基坑底以及人工挖孔樁樁體內承壓水的頂托力,成功有效地防止了基坑及人工孔樁施工作業區的滲透變形。

        關鍵詞:沿江深基坑 真空井點降水止水技術 滲透變形
         
        引言
             湘江和瀏陽河沿岸若干高層建筑群的深大基坑工程采用真空井點降水止水技術后,施工做到安全有效,工期快,工程造價經濟,取得了很好的經濟效益和環保效益。
        湘江西岸采用真空井點降水止水技術的建筑群主要有:華盛·新外灘花園、夢潔金色屋頂、天地源、嘉頓·新天地;瀏陽河西岸的輝煌國際城,濱河大道超大超深地下涵管埋設坑溝降水止水,東岸的紅橡華園、四方·嘉麗深基坑的降水止水等。
         
        1. 沿江深基坑工程地質及水文地質特點
        1.1 工程地質特點
            富水的圓礫層層位主導著基礎工程實施。沿江圓礫層的厚度大,層頂標高在-4.5m~-6.5m之間,層底標高在-11.0m~-20.0m之間,層最厚的達12.0m,大多4.0m~5.0m,因圓礫層層位的物質構成中細砂含量50%以上,卵石50%左右,在富水條件下,易形成流砂和管涌,屬不穩定性土層。因而沿江深大基坑的工程樁都穿越圓礫土層層位,樁端座落至穩定的巖層中,故此,圓礫層的不穩定特性又成為沿江深基坑的開挖與使用的制約要素。
        長沙沿江圓礫層層頂往往上覆淤泥質土,粉性土層、粘性土層,淤泥質土和粉性土層,其毛細張力表現明顯,在靜水狀態下,毛細張力引導地下水上行可達5米左右,基坑開挖及基坑內孔樁開挖,圓礫土層上行地下水又是導致圓礫層層頂以上土層不穩定的要害要素。
        沿江土層屬河流階地地質條件,土層層位中除圓礫層外,還廣泛分布粉土、粉土夾砂、礫砂、粉細砂透鏡體,透鏡體的厚度最大5m左右,厚度多為1.0 m~3.0 m。透鏡體土體富水、松散、軟弱,往往以流土的形成發生滲透變形。
         
        沿江深基坑土層垂直分布及土層物理學性質 表1

        時代
        成因
        土層
        編號
        土層名稱
        屋頂埋深(m)
        揭露厚度(m)
        平均厚度(m)
        重度
        r(kn/m)
        含水量(w)
        孔隙比(e)
        粘聚力
        內摩擦角
        滲透系數
        K(m/d)
         
        素填土
        0.00-0.00
        3.60-4.60
        4.00
        1.85
        36.2
        1.102
        15.78
        0.65
        10-20
         
        粉質粘土
        3.60-5.60
        1.20-3.60
        2.00
        19.2
        31.4
        0.866
        17.68
        19.88
        1-5
         
        淤泥
        6.00-8.00
        0.90-2.60
        1.70
        16.6
        53.0
        1.79
        8.33
        2.23
        0.01-1.0
         
        粉土
        5.80-8.40
        0.80-2.80
        1.80
        19.1
        26.0
        0.75
        24.5
        18.67
        5-8
         
        粉土夾砂
        7.00-8.00
        0.00-3.00
        1.50
        24.5
        30.0
        0.78
        4.70
        26.63
        5-20
         
        粉砂
        7.00-8.00
        0.00-3.00
        1.50
        27.5
        30.0
        0.70
        3.70
        17.30
        5-15
         
        圓礫
        6.50-9.00
        17.0-20.0
        20.00
        22.0
        40-80

         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         1.2沿江深大基坑水文地質特點
        基坑的上層滯水與承壓性地下水呈混合狀態。沿江深大基坑-4.0m以上地下水主要為上層滯水,其補給來源主要是大氣降水和基坑周邊各種舊管路的滲水,-4.0m以下則以圓礫層上行承壓水為主;上層滯水和上行承壓水呈混合狀態,無明顯界限。
        深基坑滲水以坑壁滲水和坑底上涌為特點。沿江基坑-4.0m以上土層的基坑側壁滲水量不大,開挖至4.0m以下,至圓礫土層層頂位置6.5~7.5m左右,地下水運行方向以上行承壓水為主,地下水的補給量較大,基坑開挖-4.0m以下,上行地下水則完全制約基礎施工。
        河水對基坑地下水補給量大。當基坑開挖至圓礫層層頂附近,基坑沿江邊界的地下水補給量遠遠大于其它遠離水體的邊界,河水通過圓礫層與基坑的水動力聯系緊密。
         
        2. 沿江深基坑施工對環境的影響和安全治水措施
        2.1 施工環境特點
        施工的沿江深大基坑多位于密集的舊建筑群中,這些舊建筑群仍舊是民居的主要場所,基坑形成與使用階段保護舊建筑群的安全是重中之重的要務。深大基坑施工過程中的地下水排水不當,會造成舊建筑群的開裂與損壞,因此,安全的深基坑治水施工技術是保障周邊舊建筑群及其地下構筑物管線、管溝在施工期間不受影響的重要保障。
        2.2 地下水對深基坑施工及環境的影響
        對基坑開挖的影響。在沿江深大基坑開挖時,當深度開挖至-4.0m時,地下水則以強滲透形成匯集,若采用地下水強排措施勢必導致淤泥,粉性土層的流土現象,給土方和支護工程都會帶來困難并直接影響工期。
        對周邊環境的影響。在基礎工程中對地下水處治措施不當,造成的流砂和圓礫土層管涌,除影響工程進度外,還會造成基坑周邊道路和房屋不均勻性沉降開裂,地下管線的不均勻沉降性斷裂,其社會影響大。
        2.3         安全控制滲透變形的原理
        沿江深基坑的淤泥土層,粉性土層,圓礫土層在地下水位浸潤線上、下的工程性質差別很大,地下水位線之下的飽和土易形成流土流砂、管涌災害,淤泥土和粉性土呈軟弱狀態,圓礫層呈松散狀態;地下水位線之上的非飽和土層則呈現密實、穩定的特點。從地下水的運移特征來看,地下水的垂直降落不會引起地面差異性沉降,反而可加強非飽和土的物理學性能。
        2.4 安全性治水措施
        真空井點降水止水技術是在基坑邊界布置密集的群井,將下端連接濾水管的井點管沉入群井之中,濾水管部分埋設在圓礫層層底以下,產生真空的降水主機通過連接件與群井相連組成降水系統,群井共同作用條件下,基坑內的地下水位可整體垂直降落,地下水位線被控制在圓礫層底以下0.5~1.0m的位置,基坑側壁及基坑內所有含水土層的土體呈非飽和狀態,即控制了基坑的滲透變形穩定了基坑的土層,同時對周邊環境不會造成任何影響。
         
        3. 真空井點降水止水技術在沿江深大基坑的應用效果
        3.1 針對圓礫層埋深進行技術設計
        一層地下室基坑設計,一般采用沿基坑坡頂埋設,真空井點在長沙一級降水深度最大9.5m,技術指標可達到將地下水位線控制在圓礫層層底的位置。
        二層地下室基坑設計,一般采用二級井點降水或內置井點埋設方式,技術指標也一樣達到將地下水位線控制在圓礫層層底的位置。
        真空井點水平間距根據含水土層的水量豐富程度一般取1.5 m~2.5m,沿江邊界井點間距1.2 m~1.5 m(如圖4)。
        3.2 真空井點技術在不同含水土層中的作用
           對強透水層的作用。真空井點對強透水層,滲透系數小于100m/d的土層有很好的效果,特別是礫砂、圓礫、中粗砂等土層,經真空井點抽吸后,密實而堅硬。對于粉細砂類土層,真空井點具有良好的固砂效果,可以從根本上避免流砂和管涌的發生。
           對弱透水層的作用。真空井點技術對滲透系數大于10-6m/s的弱透水土層抽吸有效。該技術可以固結弱透水層,如粉土土層、淤泥質粉土土層、淤泥層等,可以從根本上避免流土性變形的發生。
        3.3 真空井點技術對基坑的穩定作用
        對基坑側壁的穩定作用。經真空井點技術處理的基坑側壁土層物理學性能的內聚力和內摩擦角能夠提高1~2倍,能有效地穩定基坑邊坡。
        對基底的穩定作用。真空井點技術能夠將基坑的地下水位整體有效控制在基底以下,特別是能夠將具有頂托力的承壓水水頭壓力控制在基底之下,基底土質呈非飽和狀態,對基底起到有效固結作用,因此,采用該技術的深大基坑基底穩定。
        對透鏡體土體的穩定作用。真空井點技術通過抽吸該土體內或其周圍的地下水,達到很好的固液分離效果,透鏡體土體呈穩定狀態。真空井點技術是唯一能夠有效解決透鏡土體穩定的技術。
        對深大基坑沿江邊界止水作用。在湘江和瀏陽河沿岸深大基坑采用真空井點技術后,基坑沿江邊界都呈現很好的止水作用,這是因為真空井點降水主機的抽水速度大于和河水向基坑補給的滲水速度,使沿江邊界基坑側壁由飽和土變為非飽和土,在非飽和土中的地下水需克服土體孔隙中的空氣阻力,才能產生滲流,即經過真空井點技術處理后的沿江邊界基坑側壁成為“非飽和土止水墻”,有效地阻擋了河水向基坑的滲流。
        3.4 真空井點技術對周邊安全的作用
        真空井點群井降水速度緩慢,降水漏斗呈“倒尖錐”形小漏斗。對基坑“理論滑移面”以外的地下水位降低幾乎無影響。大量的工程實踐中,經對地下水位監測表明,基坑外的地下水位很快恢復正常。因此不會引起周邊道路,房屋的差異性沉降。
        真空井點排出的地下水為清水,不會造成地下土體顆粒物的流失,這也是對周邊起到安全保障的條件。
        3.5 綠色施工特點
        真空井點制作過程體現綠色特點。真空井點制作采用100型地質鉆機成孔,成孔過程和洗井過程產生少量的泥漿水,流入事先挖好的集水坑內,不外排,不外流。
        真空井點運行過程體現綠色特點。真空井點運行過程中抽出的地下水為清水,該水源經化驗無害,收集后可作為施工機具的清洗用水,可噴灑路面,也可用于攪拌混凝土,節約大量自來水資源。
         
        4. 結語
        長沙沿江房建深大基坑富水的地質條件是基礎施工的重要制約要素,防止和控制深大基坑滲透變形是基礎施工成功的關鍵,長沙沿江高層建筑群的深大基坑治水措施凡采用真空井點降水止水技術進行施工控制的,基礎施工都很好實現安全、快捷、工程造價經濟的目標。
         
        參考文獻:
        1.《長沙市城市規劃工程地質報告》 長沙地質礦產局 著 1987.12
        2. 湘江和瀏陽河沿岸高層建筑群《地質詳細勘查報告》共9套 2003-2013年
         
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