含水层越流情况下基坑降水引发变形机理及控制措施

在天津等沿海地区，地层中通常分布有多个承压含水层，由于隔水层厚度不均匀，且常包含粉土、粉砂透镜体，各含水层间存在水力联系的现象较普遍。天津某地铁车站基坑开挖前的降水试验中，基坑外水位发生大幅下降，实测地连墙侧移与坑外地表沉降分别达到允许变形的29.0%和73.5%。基于此案例，采用三维有限元对含水层越流情况下基坑降水引发的变形机理、规律和影响区进行研究，并对降水引发坑外沉降的控制措施进行了对比研究。结果表明，含水层越流导致基坑内外存在水力联系时，坑内降水引发的坑外沉降由支护结构侧移和水位下降共同导致，沉降区根据诱发机理可分为两部分，距基坑2倍降水深度以内为支护结构侧移和水位下降复合影响区，以外为水位下降影响区。降水井底部弱透水层高渗透性引发越流将增大坑内水位降深，从而增大地连墙变形及其引发的坑外沉降。地连墙墙趾处弱透水层高渗透性引发越流将增大基坑内外水力联系及坑外沉降，但会减小地连墙变形。对于含水层越流风险高的地层，疏干降水建议采用“深浅井”方案以更好地实现按需降水和基坑变形控制；回灌和加深止水帷幕截断基坑内外水力联系均可较好控制坑外水位下降，但切断水力联系会导致支护结构侧移增大，对于...     

不同施工条件下基坑预降水对地连墙侧移影响研究

已有工程实测表明,基坑开挖前的预降水可引起围护结构和周边环境厘米级的变形,但相关的研究报道还是偏少,基坑预降水引起的基坑变形性状仍未被全面揭示。采用ABAQUS建立考虑降水井瞬态降水的二维流固耦合有限元模型,研究了基坑宽度和预降水深度对预降水引发变形的影响。研究表明,预降水引发的最大地连墙侧移及地连墙侧移沿深度发展范围随着基坑宽度、降水深度的增加而增大,并且存在临界基坑宽度使得在临界宽度范围内,最大地连墙侧移及地连墙侧移深度范围随基坑宽度的增加而快速增加,而超过临界宽度后,基坑宽度对地连墙侧移的影响会明显减弱;同时存在临界降水深度,使得在其范围内,最大地连墙侧移随预降水深度的增加而变化缓慢,而超过临界降水深度后,降水深度的增大将引起最大地连墙侧移发生较大幅度的增长。     

软土地区地连墙与回灌井相互影响研究

针对地连墙缺口或缺陷问题,基于地铁车站基坑现场回灌试验,结合数值模拟,探究不同工况下地连墙与回灌井的相互影响作用。通过分析天津地铁6号线某车站基坑工程开挖前的抽灌试验,并采用有限差分法对不同地连墙缺口长度、不同回灌井距地连墙缺口距离工况下基坑外采取回灌控制水位下降的效果进行分析评价。结果表明:地连墙缺口长度对回灌效果影响较大,在缺口长度为5 m时,回灌引起的水位抬升效果相对完整墙降低可达50%左右; 基坑降水工程应保证地连墙质量,施工前开展抽灌试验,确保地连墙闭合; 在地连墙长度方向上,回灌井距离地连墙缺口或缺陷10 m以上时,缺口对回灌效果影响相对较小,在利用回灌控制坑外建筑物沉降时,应确保回灌井10 m范围内地连墙截水效果; 回灌井位于基坑外16 m以内时,因地连墙缺口引发的回灌效果差异显著; 距离超过24 m后,缺口对回灌的影响不明显; 实际工程中,回灌井应尽量远离基坑,靠近保护点的位置,避免受到地连墙渗漏影响。     

超大超深三线换乘车站降水研究

根据实际情况对天津地铁6号线金钟河大街站深基坑降水过程进行数值模拟，明确了换乘车站水位降深和地表沉降最大位置，得出围护结构为地连墙的深基坑降水影响范围约为基坑开挖深度一倍的结论。     

帷幕在降水条件下对基坑周边渗流及变形影响的研究

人工降低基坑水位是基坑工程中的常用技术手段之一,需要合理评价其在地基中引起渗流及附加的变形。采用Visual MODFLOW数值计算软件分析降水条件下武汉某基坑工程的渗流场,并采用分层总和法计算地基变形场。结果表明,随着离基坑的距离增加,基坑外的水头逐渐增大,而地基沉降逐渐减小。增加帷幕深度可以提高降水效果,并有效减小基坑降水引起的沉降。     

隔水帷幕绕流长度对基坑降水影响研究

利用有限元数值计算软件建立了巨厚承压含水层条件下悬挂式隔水帷幕基坑减压降水的三维水文地质概念模型。通过该模型模拟计算了基坑减压降水过程中绕流长度、降水时间等因素对基坑坑外水位降深的影响。结果表明降水前期承压水水位下降迅速，而后逐渐变缓直至接近稳定；在相同的坑内水位降深下，坑外水位降深随绕流长度增加而减小，不同时空的坑外降深的减小幅度十分接近；但随着绕流长度的增加，减小坑外水位变化的效果逐渐衰减；增加隔水帷幕的插入深度控制坑外水位降深，在长期降水时效果更为明显。     

不同初始水头下基坑降水对开挖影响研究

基坑工程处于流量较大的江河附近时,江河水位变化将会直接影响建筑场地地下水位的高低,从而决定基坑内水位降深。本文以某地深基坑开挖为例,遵循实际场地情况,通过有限元软件Midas GTS NX建立5组不同初始地下水位数值模型,来分析江河水位变化(即不同初始水头)下基坑降水对于地连墙的水平位移及地面沉降的影响,以对今后临近江河的类似基坑工程的开挖作出指导。     

软土地区地铁车站深基坑降水问题探讨

针对某地铁车站基坑降水问题展开研究,结合地质条件提出针对性的降水方案,从降水井设计、施工、运行三方面对地下水的控制进行阐述,建立三维渗流模型,通过绘制基坑外水位降深等值线,计算基坑最大沉降值,分析了降水方案的效果。     

潜水层基坑降水引起地表沉降试验与理论研究

为研究基坑内外含水层未完全隔离条件下基坑内不完整井降水引起坑外地表沉降变化机制,以深圳地铁综合枢纽基坑工程为研究实例,选取深圳典型潜水地层,采用模型试验方法,结合理论分析,揭示潜水地层不完整井降水有效影响深度和坑外土层孔隙水压变化规律,分别提出不完整井降水有效影响深度、坑外水位变化曲线和绕渗区划分计算公式。基于提出的理论公式,研究提出基坑外地表沉降简化计算方法,理论计算地表沉降曲线变化趋势与试验结果基本吻合,但理论结果偏于保守,因此进一步利用绕渗区渗流作用原理对简化方法进行修正,有效提高了理论计算精度,分析对比现场监测数据,结果表明该方法具有较高的工程实用价值。上述研究成果可为类似潜水地层基坑工程降水设计、施工提供参考。     

大面积基坑开挖前预降水对支护墙变形的影响研究

首先基于工程实测,研究了大面积宽基坑土方开挖前群井预降水对支护墙变形的影响,实测到基坑开挖前降水引起的最大支护墙侧移达到15 mm,约为该基坑变形报警值的47.6%;并发现对于排桩支护墙,在支护侧布置降水井,可以起到减小坑内降水引起支护墙侧移的作用;然后开展了35个常见工况的三维流固耦合有限元数值计算,研究了基坑宽度对支护墙变形的影响规律及其机理。结果表明,宽度较大基坑在同一预降水时间和深度条件下将发生更大幅度支护墙侧移,而在通常的预降水深度(0~20 m)条件下,对于宽度为20~40 m的地铁基坑,降水引起的支护墙最大变形及其增量均对基坑宽度的变化十分敏感,而对于宽度大于40 m的基坑,在同一降水深度条件下,支护墙最大侧移仅有较小的差别。而引起上述规律的机理可用降水过程中基坑中轴两侧土体侧移的叠加效应强弱来解释,基坑宽度越小,降水过程中坑内土体侧移叠加效应越明显,最大支护墙侧移就越小。     

Geomechanics stability assessment of World War I military excavations at the Canadian National Vimy Memorial Site, France

The Canadian National Memorial Site, Vimy Ridge, France, commemorates the efforts and loss of life of Canadian troops in the First World War (WWI). The site comprises the monument, a Visitors Centre, the Grange Tunnels and restored trenches and several cemeteries. A substantial portion of the battlefield terrain remaining from WWI is preserved at this site, including trenches, shell holes and military mining craters. The ground surface is further disturbed by subsidence of the ground surface into underground excavations left from the war. A significant number of subsidence events have been recorded within the last decade. There is concern that ground surface subsidence could compromise the safety of visitors or workers at the site.The excavations of concern include dugouts, headquarters and hospitals, and were excavated in chalk. Possible excavation types, dimensions and support were investigated in the historical literature. To assess the potential for ground subsidence, the geological setting was investigated and the chalk was mapped and sampled, to determine the geomechanical characteristics of the material. The chalk was accessed in quarry excavations and in tunnels and declines that have been discovered and re-opened in recent years. Finally, the influence of excavation geometry and depth, chalk condition and effects of weathering on the excavation stability were assessed using numerical simulation, using a finite element program, and considering voussoir beam stability. Interpretation of the results of this analysis allow development of general relationships between span, depth and possible failure to isolate excavation classes that pose a long-term hazard, and to reduce the priority for those that are unlikely to fail to surface as well as those that are likely to have failed soon after construction.     

苏州地区大尺度深基坑变形性状实测分析

以苏州广播电视总台现代传媒广场大尺度深基坑(面积为33500 m2)为工程背景,并收集了该地区11个采用钻孔灌注桩围护、顺作法施工的方形基坑(长宽比1.01~2.68)及至少23个采用地下连续墙围护的长条形地铁车站基坑的实测数据,全面地对比分析了苏州地区采用不同挡土结构、不同形状的大尺度深基坑的变形性状。研究结果表明:1方形基坑连续墙最大侧移值(δhm)平均值为0.08%He;地铁车站基坑连续墙δhm平均值为0.20%He;2方形基坑和地铁车站基坑的围护结构最大侧移点埋深(Hm)分别落于(He-10,He+5)和(He-7,He+8)范围内。采用混凝土支撑的基坑的Hm稍小于采用钢支撑的基坑的Hm;3同样采用地下连续墙围护的本工程方形基坑和长条形地铁车站基坑的墙后地表沉降最大值(δvm)的范围分别为(0.01%~0.09%)He和(0.04%~0.27%)He。地铁车站基坑墙后地表沉降影响范围约为4.5He,大于方形基坑墙后地表沉降的影响范围;4本工程方形基坑和地铁车站基坑δvm/δhm的范围分别为0.13~1.07和0.22~1.65;5方形基坑和地铁车站基坑的立柱隆起值(δcu)分别为(0.07%~0.26%)He和(0.10%~0.23%)He;6大尺度方形基坑和地铁车站基坑表观土压力包络线峰值分别为0.80γHe和0.87γHe,皆出现在开挖面以下(0.21~0.64)He处。采用Terzaghi和Peck及日本土木学会建议的土压力分布模式会显著低估该地区大尺度深基坑表观土压力峰值。     

考虑承压含水层间越流的地下水回灌现场试验研究

当场地存在多层层间有一定水力联系的承压含水层时,基坑内降水可引发基坑止水帷幕墙底以下的承压含水层的水头下降,并相应引起坑外多个含水层水位降低,若对所有层进行回灌则将导致成本大幅提高,此时可对某一层回灌,通过越流对其他含水层进行水位补给。通过在天津地铁某车站基坑所在场地开展抽水试验、单井回灌试验、先抽后灌试验对基坑内外的水力联系、不同含水层间的水力联系和隔层回灌的效果进行了研究。结果表明,由于各含水层间之间有一定水力联系导致竖向越流补给较强,基坑内疏干降水可引起坑外承压含水层水头下降并引起坑外地层沉降。对基坑外第Ⅰ微承压含水层进行回灌可有效对其上部潜水层和下部第Ⅱ-1承压层的水头起到抬升作用,通过隔层回灌从而控制其水位下降导致的坑外沉降。对第Ⅰ承压含水层进行回灌对基坑外第Ⅱ-2承压层水位抬升也有一定的作用,但是尚不足以使其因基坑内降水引起的坑外水位下降值完全恢复,建议结合设置此层的备用回灌井以控制其水位下降。     

天津市基坑抽排地下水量计量研究

基于天津工程地质特点和水文地质特点,通过对天津市内多个基坑降水工程全方位、全过程的监测,运用不同测量方法,通过抽样与全面对比,研究了基坑疏干井与降压井抽水量变化关系,并结合已有工程实例,确定了不同类型基坑适用的降水水量计量方式,取得了基坑降水水量计算的经验公式。同时,根据不同计量方式下抽水过程中电量水量监测数据,总结了气泵降水和潜水泵降水抽水量与耗电量之间的关系。根据典型工程的测量结果并结合理论推导,提出3种基坑工程地下水抽排量估算方法,即井流量计算法、体积计算法和电量推测法。     

基坑坑底抗隆起稳定安全系数计算方法改进研究

深基坑坑底抗隆起验算是基坑支护设计的重要内容之一,验算中如何考虑挡土构件嵌固段的作用是一个尚未较好解决的复杂问题。文章分析了国内现行技术标准中所建议基于地基承载力和圆形滑移面两种验算方法的不足,进而基于深入的理论及计算对比分析提出一套较为完善的验算方法。所提出的验算方法以现用两种方法为基础,对其进行适当改进,并研究给出其各自所适用的嵌深;研究给出一临界嵌深计算公式,用以界定不同嵌深时所应采用的计算方法,从而实现任意嵌深情况下的坑底抗隆起稳定性的简化验算。通过与有限元极限分析这一精细数值方法就大量算例的计算对比,对所提出的验算方法进行验证。     

Predicting excavation damage zone depths in brittle rocks

During the construction of an underground excavation, damage occurs in the surrounding rock mass due in large part to stress changes. While the predicted damage extent impacts profile selection and support design, the depth of damage is a critical aspect for the design of permeability sensitive excavations, such as a deep geological repository(DGR) for nuclear waste. Review of literature regarding the depth of excavation damage zones(EDZs) indicates three zones are common and typically related to stress induced damage. Based on past developments related to brittle damage prediction using continuum modelling, the depth of the EDZs has been examined numerically. One method to capture stress induced damage in conventional engineering software is the damage initiation and spalling limit(DISL) approach. The variability of depths predicted using the DISL approach has been evaluated and guidelines are suggested for determining the depth of the EDZs around circular excavations in brittle rock masses. Of the inputs evaluated, it was found that the tensile strength produces the greatest variation in the depth of the EDZs. The results were evaluated statistically to determine the best fit relation between the model inputs and the depth of the EDZs. The best correlation and least variation were found for the outer EDZ and the highly damaged zone(HDZ) showed the greatest variation. Predictive equations for different EDZs have been suggested and the maximum numerical EDZ depths, represented by the 68% prediction interval, agreed well with the empirical evidence. This suggests that the numerical limits can be used for preliminary depth prediction of the EDZs in brittle rock for circular excavations.     

超深基坑对城市桥梁保护区域影响的初步探讨

针对城市建设中越来越广泛遇到的基坑问题,本文初步探讨了超深基坑开挖对城市桥梁安全保护区域的影响。目前我国多数城市所规定的安全保护区域为10～60 m,这是根据以往的工程经验所确定的。然而,随着我国经济建设的飞速发展,超深基坑不断涌现,综合工程经验与典型工程的数值模拟结果,本文认为超深基坑的影响范围可能超出现行有关规定为城市桥梁所确定的安全保护范围。为合理确定安全保护区域,建议应按照城市桥梁类型和重要程度的不同,根据基坑开挖等相关施工活动的扰动程度,分类划定城市桥梁安全保护区域。     

过江隧道深基坑中SMW工法加钢支撑围护结构现场监测分析

 杭州庆春路过江隧道是“钱江第一隧”,其江北岸基坑是典型的粉性土基坑,最大开挖深度16 m,主要采用SMW工法(劲性水泥土搅拌连续墙)加钢支撑的围护结构体系,围护桩最长达27 m。基坑开挖过程监测数据表明：围护桩的最大水平位移与开挖深度及时间密切相关,支撑的架设及内部结构能很好限制桩体变形;气温、降雨等外界条件的变化对支撑轴力的影响较大,临近基坑支撑的拆除也会产生重大影响;钢支撑轴力均未达到设计值,应对设计方案进行优化;基坑降水及由此引发的渗流会改变土体有效应力,是基坑周围地表沉降的主要原因,同时相邻基坑的施工也会产生一定影响;地下水位的变化能很好反应围护桩的止水效果,可作为判断基坑是否出现漏水的指标。对于粉性土基坑,有效控制基坑周围水的变化,对保持基坑安全有重要意义。     

宁德核电站核岛基坑爆破开挖安全控制研究

 基坑在进行爆破开挖时,爆孔周围岩体必然会因爆炸作用而造成破坏,因此加强爆破开挖安全控制对于保障工程质量至关重要。以福建宁德核电站核岛基坑爆破开挖为依托,根据场地地质勘测资料,通过现场爆破振动试验获得场地爆破振动衰减规律,通过声波测试以及数值模型试验获得爆区损伤深度与距爆源30 m处质点峰值振动速度之间的函数关系,结合工程施工对基础爆破开挖损伤的要求确定30 m处爆破振动速度阈值,并通过后期全程监测验证控制参数的有效性。     

Characteristics and trends of land subsidence in Tanggu, Tianjin, China

Land subsidence in the Tanggu area is directly related to withdrawal of shallow groundwater within a depth of 300 m. The main strata responsible for the subsidence are at a depth of between 136 and 300 m. The contribution to subsidence made by the clayey soils is different from that of the sandy soils, as the former is related to the seasonal dropping of the water table while the latter is associated with annual changes. In addition, while there is a clear correlation between the accumulative groundwater extraction and the accumulative subsidence, this linear relationship is not obvious between annual extraction and annual subsidence. A case study in Tanggu, Tianjin, is presented in order to demonstrate a proposed computational model to predict land subsidence – the Optimization Model for Land Subsidence (OMLS). Electronic Publication