基坑降水試驗中地連墻對基坑內(nèi)外水力聯(lián)系的影響

基坑降水試驗中地連墻對基坑內(nèi)外水力聯(lián)系的影響

近年來，在復(fù)雜的城市環(huán)境中挖掘深層水井已成為城市發(fā)展的重要手段。隨著工作空間的逐漸縮小和嚴(yán)重變形的控制，降水安全提出了更高的要求。因此，對水位變化和結(jié)構(gòu)變形的研究具有重要意義。為防止降水引起坑外較大沉降，工程中通常通過布置止水帷幕隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，并采用預(yù)降水評估其隔斷效果.未插入隔水層的懸掛式止水帷幕具有工期較短、造價較小等優(yōu)勢，逐漸在工程中得到應(yīng)用，但懸掛式止水帷幕不能完全徹底阻隔基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，降水時容易引發(fā)坑外水位降低從而產(chǎn)生較大沉降本文結(jié)合天津某分布于既有車站兩側(cè)的異形基坑，開展單井降水和群井降水試驗，對降水過程中基坑內(nèi)外水位變化進(jìn)行監(jiān)測，判斷地連墻對承壓水的阻隔作用，監(jiān)測降水引起地連墻和既有車站主體結(jié)構(gòu)的變形情況.在此基礎(chǔ)之上，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和既有車站變形控制策略進(jìn)行探討，以期為類似工程提供參考.1工程概論與地質(zhì)條件1.1最大寬度為依托的n天津某基坑工程分布于思源道車站主體結(jié)構(gòu)東西兩側(cè)，基坑平面圖如圖1所示.基坑為不規(guī)則形狀，東側(cè)基坑最長處191.08m，最寬處107.57m；西側(cè)基坑最長處145.113m，最寬處95.778m.既有思源道地鐵車站已于4年前施工完成.本工程地下一層橫跨思源道站體上方，地下一層底板與思源道車站頂板同一標(biāo)高，地下二層底板與思源道車站中板同一標(biāo)高，在既有思源道站站廳層設(shè)置兩個連接通道，從而既有車站和本工程負(fù)二層能夠無高差接駁.1.2工土中土為主，摻雜粉土較少基坑場地地連墻深度范圍內(nèi)以滲透性較好的粉質(zhì)黏土為主，摻雜粉土和少量的粉砂，如表1所示.場地潛水水位埋深0.40～2.10m（高程0.27～2.21m）.第一承壓含水層位于(8)1.3高壓旋噴樁支護(hù)基坑采用厚度0.8m的地連墻進(jìn)行支護(hù)，其標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為15m，對應(yīng)地連墻深度為32m，與既有地鐵站零接兩側(cè)共用既有地鐵車站的地連墻，新舊地連墻接縫處設(shè)置高壓旋噴樁加固.基坑內(nèi)支撐均為混凝土支撐；東西側(cè)為獨立封閉基坑，均為環(huán)形輻射支撐體系，東側(cè)設(shè)置兩個環(huán)梁支撐體系.結(jié)合水文地質(zhì)條件可知，地連墻作為止水帷幕能夠切斷基坑內(nèi)外第一層承壓水之間的水力聯(lián)系，但由于地連墻深度較淺，基坑內(nèi)外第二層承壓水可能存在一定的水力聯(lián)系，但其抗突涌驗算滿足規(guī)范要求.2基坑內(nèi)外水力聯(lián)系由于該基坑與既有車站零距離接駁，為了保證既有車站結(jié)構(gòu)和線路的安全穩(wěn)定，兩側(cè)基坑開挖需要對稱降水.根據(jù)地質(zhì)水文條件可知，該場地分布有大量高滲透性土體，且承壓含水層不連續(xù)，存在基坑內(nèi)外水力聯(lián)系的可能.為降低降水過程中基坑內(nèi)外水力聯(lián)系發(fā)生的風(fēng)險，本工程先后進(jìn)行單井和群井降水試驗，通過基坑內(nèi)外觀測井觀測基坑內(nèi)外水位變化和建筑物變形量.2.1對外gcj1觀測井降水井、觀測井及變形監(jiān)測點布置如圖3所示.基坑中共布置47口疏干井，其中西側(cè)基坑內(nèi)布置22口，東側(cè)基坑布置25口；基坑外共布置36口觀測井，其中主要普通潛水觀測井GCJ0共18口，深度為10m，重點關(guān)注GCJ0-1至GCJ0-4；第一層承壓水觀測井GCJ1共9口，深度為18m，重點關(guān)注GCJ1-1至GCJ1-4；第二層承壓水觀測井GCJ2共9口，深度為30m，重點關(guān)注GCJ2-1至GCJ2-4.變形監(jiān)測主要包括基坑周邊地表沉降、地連墻水平位移和豎向位移及既有車站結(jié)構(gòu)水平和豎向位移.其中，沉降監(jiān)測點繞基坑外邊緣分布，共設(shè)30組，每組5個測點，由內(nèi)向外間隔均為2m.地連墻監(jiān)測點沿基坑四周均勻布置，其中DC1-5為沉降監(jiān)測點，DS1-5為水平位移監(jiān)測點.既有車站主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測包括沉降和水平位移監(jiān)測，沿行車方向布置，其中JGS01-06為水平位移監(jiān)測點，JGC01-10為沉降監(jiān)測點.3降水試驗的過程3.1試驗數(shù)據(jù)分析單井降水試驗在基坑開挖之前進(jìn)行，在監(jiān)測單井降水效果的同時也觀察坑外潛水位觀測井和第一承壓水觀測井水位變化.降水時長24h,JD1(10m）、JD3(18m）、JX1(10m）、JX3(18m）設(shè)計降水深度為3m;JD2(10m）、JD4(18m）、JX2(10m）、JX4(18m）設(shè)計降水深度為4m，括號內(nèi)數(shù)字為各井深度，其他試驗參數(shù)如表2所示.東側(cè)基坑抽水井JD1-4周圍坑內(nèi)水位觀測井及坑外臨近水位觀測井水位變化如圖4a所示；西側(cè)基坑抽水井JX1-4周圍坑內(nèi)水位觀測井及坑外臨近水位觀測井水位變化如圖4b所示.由上圖可知，東西側(cè)基坑降水井水位變化規(guī)律較為接近，試驗可靠性較強.僅以東側(cè)基坑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：隨著抽水時間的增大，水位逐漸降低，降水時間超過7h后，JD-1(10m）和JD-3(18m）水位下降接近3m;JD-2(10m）和JD-4(18m）水位下降接近4m，基本達(dá)到設(shè)計降深，說明抽水井降水效果較好，停止抽水后，觀測井水位迅速恢復(fù)至原地下水位.基坑外潛水層觀測井GCJ0-3水位變化整體較小，最大降深僅10mm；但第一承壓水層觀測井GCJ1-3水位變化相對較大，最大降深達(dá)30mm.分析該現(xiàn)象的原因為：標(biāo)準(zhǔn)段地連墻深度為32m，深入10-2層粉土粉砂層，切斷了基坑內(nèi)外潛水層水力聯(lián)系；因此，在坑內(nèi)對10m深的抽水井進(jìn)行抽水時，基坑外的潛水層觀測井水位變化較小，但第一承壓水觀測井水位變化較大，初步表明基坑內(nèi)外該承壓水層存在一定的水力聯(lián)系.3.2設(shè)計降壓水效果群井降水試驗在單井試驗之后基坑開挖之前實施，監(jiān)測群井降水效果的同時也監(jiān)測坑外潛水位觀測井和第一、第二承壓水觀測井水位變化.降水井深度分為10,18,30m，分別與潛水、第一承壓水和第二承壓水聯(lián)通.降水時長60h，設(shè)計降水深度為10m且所有井同時降水，其他試驗參數(shù)如表3所示.降水過程中水位變化如圖5所示.由圖5可知，東西側(cè)基坑降水井水位變化規(guī)律較為接近：隨著抽水時間的增大，水位逐漸降低；降水時間超過17h后，坑內(nèi)水位觀測井水位下降接近10m，達(dá)到設(shè)計降深，說明抽水井降水效果較好；停止抽水后，觀測井水位迅速恢復(fù)至原地下水位.與單井試驗類似，基坑外潛水層觀測井GCJ0-1水位變化較小，最大降深僅0.2m，說明地連墻切斷了基坑內(nèi)外潛水層水力聯(lián)系.深度為18m的抽水井JX-3(18m）、JD-3(18m）和坑外觀測井GCJ1-1均深入地下第一承壓水層.抽水開始后，坑內(nèi)水位迅速降低，至設(shè)計深度后保持穩(wěn)定，坑外觀測井隨著坑內(nèi)水位的變化也呈現(xiàn)相同的規(guī)律，但水位變化幅度較小，基坑內(nèi)外第一承壓水存在微弱的水力聯(lián)系.深度為30m的抽水井JX-5(30m）、JD-5(30m）和坑外觀測井GCJ2-1均深入第二承壓水層.抽水開始后，坑內(nèi)水位迅速降低，至設(shè)計深度后保持穩(wěn)定，坑外觀測井隨著坑內(nèi)水位的變化也呈現(xiàn)相同的規(guī)律，水位變化幅度達(dá)4m，說明此處基坑內(nèi)外第二承壓水存在較大的水力聯(lián)系.除此之外，分析圖中水位降低速率可知，潛水水位降低速率最快，第一承壓井次之，第二承壓井最慢.產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是由于基坑內(nèi)外承壓水存在水力聯(lián)系，抽水時基坑內(nèi)外承壓水相互補給造成的.通過上述分析可知基坑內(nèi)外承壓水存在水力聯(lián)系，造成該現(xiàn)象的原因可能是由于地勘點間距一般在25～30m之間，勘察結(jié)果無法預(yù)測承壓水的不連續(xù)性.為避免此類事件的發(fā)生，可在基坑開挖前做預(yù)降水試驗，以全面掌握場地水文地質(zhì)情況.4沉降和保護(hù)運動的位移觀測4.1東西兩側(cè)基坑地面水和周邊沉降降水期間，對基坑地連墻水平和豎向位移進(jìn)行了監(jiān)測，如圖6和圖7所示.由圖6可知，開始降水后，地連墻頂部沉降逐漸增大，0～17h之內(nèi)地連墻沉降速率較大；當(dāng)水位穩(wěn)定后，沉降保持穩(wěn)定，沉降最大值為DC-1處的9mm，發(fā)生在東西兩側(cè)基坑中間的位置，而東側(cè)基坑西南側(cè)的DC-6和DC-7兩處沉降較小.分析其原因為：東西兩側(cè)基坑均降水引起的疊加效果使DC-1處沉降較大；而DC-6和DC-7沉降主要受到東側(cè)基坑降水影響.停止抽水后，地連墻有小幅回彈.圖7中，地下連續(xù)墻表面的水平位移方向均指向基坑內(nèi)部.開始降水后，水位逐漸降低，基坑內(nèi)土體有效應(yīng)力增加，沉降增大.地連墻向內(nèi)發(fā)生位移，最大水平位移為5mm，為基坑深度的0.03%，發(fā)生在DC-1處，達(dá)到整個基坑施工水平位移控制值的23.8%.4.2沉降變形發(fā)生情況降水試驗過程中既有車站主體結(jié)構(gòu)的豎向位移如圖8所示.從圖8可看出，降水過程中既有車站主要發(fā)生沉降變形，最大豎向沉降量為2mm左右，對車站自身安全影響較??；且在停止抽水后，既有車站發(fā)生了小幅度回彈.5樁身設(shè)地條件和地面采空區(qū)的沉降通過上述降水試驗結(jié)果的分析可知，本基坑地連墻并未完全截斷埋深較深且橫向不連續(xù)的第二承壓水層，基坑內(nèi)外第二承壓水存在水力聯(lián)系，東西兩側(cè)基坑降水導(dǎo)致了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和既有車站主體結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的沉降和水平位移.導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的原因為地勘點布置間隔較大，勘察結(jié)果無法完全反應(yīng)實際地質(zhì)水文條件.因此，為了避免實際開挖降水過程中的工程災(zāi)害，開展預(yù)降水試驗十分必要；同時，可在坑外設(shè)置相應(yīng)的承壓層回灌井，并在坑外承壓層水位觀測井發(fā)生水位下降時，及時進(jìn)行回灌.6基坑降水的必要性本文結(jié)合天津某分布于既有車站兩側(cè)的異形基坑降水試驗，對降水過程中水位變化、地連墻和既有結(jié)構(gòu)變形展開了分析，主要結(jié)論如下.(1）場地內(nèi)第二承壓水不連續(xù)，基坑地連墻未能完全阻斷該承壓含水層，通過基坑試驗發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)外第二承壓水存在橫向水力聯(lián)系，造成降水過程中地連墻和既有結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的沉降和水平