承压水地层悬挂止水帷幕坑内降水引起地表沉降解析

在含水层厚度较大时,从经济性考虑通常采用悬挂式止水帷幕降水。文章基于构建深基坑墙-井渗流系统,将降水引起的作用力等效为施加在上覆土层和承压含水层交界面处的附加力,引入Mindlin位移解,提出悬挂式止水帷幕条件下深基坑群井降水引起的地表沉降计算公式,适用于止水帷幕插入比大于0.6且抽水井插入深度相对较短的情形,探究了止水帷幕插入比、基坑内水头降深、基坑半径与承压含水层厚度之比对地表沉降值的影响。研究结果在合肥某高铁站站房工程承压水地层深基坑降水问题中得到较好的实际应用,为其他类似工程降水方案优化提供了参考。     

悬挂式止水帷幕室内模型试验研究

为了准确揭示设置悬挂式止水帷幕条件下基坑的控水规律,采用自行设计研制的模型试验箱开展了室内地下水渗流模型试验,研究帷幕插入深度对基坑内涌水量、降水影响半径、基坑外水位降深和地表沉降的影响.试验结果表明:以基坑内涌水量、基坑外水位降深和地面沉降为评价指标,帷幕插入深度在90~100cm之间,悬挂式止水帷幕的控水效果较好;以降水影响半径为评价指标,帷幕插入深度在80~90cm之间,悬挂式止水帷幕的控水效果较好;坑内与坑外水头损失占总水头损失的比值接近1∶1,帷幕底部小范围内的水头损失占比很小,受帷幕插入深度的影响也比较小.试验结果可为悬挂式止水帷幕的基坑降水设计提供参考依据.     

悬挂式止水帷幕深基坑分级降水开挖变形特性

在地下水丰富且发育有深厚的透水层的地区,考虑到施工难度以及经济性因素,深基坑的隔水设计往往采用悬挂式止水帷幕.基于佛山地铁某深基坑变形实测资料,采用ABAQUS建立三维流固耦合模型,考虑分级降水开挖的实际工况,研究开挖过程中悬挂式止水帷幕基坑的变形规律.结果 表明:地连墙变形在开挖的各个阶段均呈“中间变形量大,两侧变形量小”的鼓胀形.最大侧向位移点在开挖的各个阶段均位于开挖面附近,随开挖深度的增加呈下移趋势.地连墙墙顶位置容易朝着坑外发生变形.坑外地表沉降曲线呈“凹槽”形,随着开挖深度的增加,最大地表沉降点逐渐远离基坑.在基坑开挖过程中,软土层开挖扰动引起的地表沉降呈减小趋势,由坑内降水引起的地表沉降呈增加趋势,由降水引起的沉降可达总沉降量的一半以上.回灌前后坑外地表沉降分布规律基本一致,均呈“凹槽”形,采取回灌措施可在一定程度上控制悬挂式止水帷幕地表沉降变形.     

悬挂式止水帷幕基坑降水开挖对临近高铁桥墩影响

当含水层深厚时,基坑工程中常采用悬挂式止水帷幕,此时止水帷幕深度对基坑降水开挖引起的周边地表和建筑物变形有着重要影响。为了研究不同止水帷幕深度条件下基坑降水开挖对临近高铁桥墩变形的影响,采用三维有限元软件,对苏州某地铁车站基坑降水开挖过程进行数值模拟。结果表明:随着止水帷幕深度增加,临近基坑的高架桥墩沉降量逐渐减小,当止水帷幕深度41、91 m时,距基坑42.5 m处的高铁高架桥墩沉降量分别为31.88、4.18 mm;在悬挂式止水帷幕条件下,止水帷幕深度大于91 m才能满足基坑降水对临近高铁桥墩的沉降控制要求(≤5 mm)。     

二元地基基坑降水结合悬挂式防渗墙及回灌一体化技术

通过构造基坑降水三维概化模型,利用有限元软件FLAC3D分析悬挂式防渗墙和回灌对基坑坑外的水头和地面沉降影响,主要将基坑直接降水工况、设置防渗墙的基坑降水工况和设置防渗墙及回灌井的基坑降水工况进行对比分析.分析结果表明防渗墙和回灌井,可明显提升坑外水头,有效降低了坑外沉降,减小软土层的单位沉降值,对粉砂层和细砂层的单位沉降值影响很小.同时,对比三种工况下的倾斜比,说明了距离防渗墙与回灌井越近,不均匀沉降越小.     

富水地层深基坑施工诱发邻近建筑物变形分析： 以济南地铁R2线烈士陵园站深基坑为例

针对城市地铁车站深基坑开挖对邻近建筑物的影响，尤其是富水地层，深基坑施工会诱发邻近建筑物产生较大变形，严重危及既有建筑物正常使用。依托济南轨道交通R2线烈士陵园站深基坑工程，基于现场实测结果分析了围护桩体水平位移、地表沉降和建筑物沉降规律，采用三维数值计算与现场监测数据相互印证，分析了深基坑施工对邻近建筑物变形的影响，并探讨了不同因素对邻近建筑物变形的影响。结果表明：建筑物沉降是由坑外地表变形所造成的，基坑开挖和降水造成坑外建筑物沉降大致相当；减小钢支撑间距，能够降低建筑物的沉降和倾斜，但不宜过密；止水帷幕能够起到有效控制建筑物沉降的效果，随着止水帷幕深度增加到一定程度，控制效果降低。     

高承压水基坑降水对周边环境的影响分析

通过工程实例数据,运用模拟手段研究在基坑内降水的同时增加止水帷幕长度并超出降水井过滤器底部一定深度,形成悬挂隔水帷幕时对地表沉降及周边环境的影响.结果表明:随悬挂隔水帷幕长度的增加,坑内总涌水量显著降低,地表沉降量渐小.研究结果对实际工程具有较好地参考借鉴作用.     

流固耦合下隔水帷幕对深基坑的变形特性研究

本文以某软土区止水帷幕深基坑监测为背景，使用COMSOL Multiphysics对基坑分层建模并建立二维渗流-固结耦合模型，研究流固耦合模型在软土地区基坑数值模拟的可行性，基坑渗流模型的建模方法，并分析不同隔水帷幕建模方法对基坑水平位移及坑外地表沉降的影响.研究表明：COMSOL Multiphysics模拟基坑变形数值与实际监测数值较吻合，降水渗流作用对基坑变形具有很大影响.止水帷幕对于减少坑外水位下降和控制地表沉降有显著作用.设置隔水帷幕后，地面沉降量减小，而缺点是导致围护结构变形增大.最后模拟了不同深度隔水帷幕对坑外地表沉降的影响，认为隔水帷幕对坑外沉降改变量有先增大后减小的规律，深度过小或者过大对沉降量的控制效果不好.弱透水层交界处有沉降改变量的极大值，弱透水层处沉降量改变量有明显骤减.     

悬挂式止水帷幕基坑控水优化方法

基于地下水渗流连续性原理并结合达西定律,推导出了止水帷幕在不同插入深度下的圆形基坑涌水量计算公式.在此基础上,借鉴我国船舶工程中广泛采用的阻力系数法,提出了考虑悬挂式止水帷幕的地表沉降量计算方法.最后综合涌水量和地面沉降计算方法,以控水成本为目标,以基坑涌水量和坑外地面沉降量为约束条件,建立了一套完整的兼顾基坑设计安全性和经济性的悬挂式止水帷幕基坑控水设计优化方法,并以北京市通州区某工程场地为例,对所建立的控水优化方法进行了具体应用.     

双层地基基坑降水-防渗-回灌耦合模型沉降控制研究

针对双层复合地基基坑降水过程中极易引发地基渗透破坏和基坑周边建筑物沉降等问题,为真实模拟现场双层地基三维渗流条件,自行研制了室内大型渗流试验装置,开展了双层地基基坑降水-防渗墙防渗-回灌井回灌的耦合模型试验.试验表明,相对于降水-防渗条件,增设回灌后,基坑外上排测压管水头抬升近10.7%,下排测压管水位抬升约3.1%;各测压管外侧水头比内侧平均高出约2.75%,说明在基坑降水-防渗的同时进行坑外回灌可以有效地提高基坑外回灌井底端土层以上区域的水头高度,减小基坑外建筑物的沉降.运用FLAC3D软件对坑外沉降进行数值计算,进一步印证了模型试验中降水-防渗-回灌耦合模型对沉降控制的效果.相关研究成果对复合地基降水过程中的渗透变形及地基沉降控制有一定的参考价值.     

杭州地铁承压含水层基坑降水数值模拟分析

承压水对地铁的安全施工有重要的影响,若处理不好容易引发严重的工程事故。以杭州地铁1号线过江隧道为工程背景,研究承压水对该工程施工的影响。围绕过江隧道工程中深基坑开挖、盾构施工、联络通道施工遇到的承压水问题,进行分析并提出相关的对策。深基坑降水采用的是悬挂式止水帷幕加深井降水方案,悬挂式帷幕对降水的影响需要结合三维渗流理论来解决问题,利用GMS软件中的MODFLOW模块进行数值模拟,经过多次试算得出合理的降水方案,与实际工程降水情况相吻合,可以满足基坑开挖的要求。     

悬挂式止水帷幕基坑降水引起坑外地面沉降计算方法

悬挂式止水帷幕的挡水效应能够减轻基坑降水对周边环境的影响,但帷幕插入深度与坑外地面沉降之间的定量关系尚不明确.本文基于有效应力原理,并根据渗流场和应力场的部分耦合关系,考虑地下水位下降引起的土体孔隙比和压缩指数变化,通过止水帷幕插入深度与水位降深的关系提出了不同止水帷幕插入深度下潜水含水层中基坑降水引起坑外地面沉降的计算方法.结合室内渗流模型箱试验对所提方法进行验证,结果表明地面沉降的试验监测结果与计算结果基本一致,从而为准确预测地面沉降和设计合理的止水帷幕插入深度提供了重要参考.     

淤泥地层中深基坑降水影响范围及地层变形稳定性分析

基坑降水影响范围及地层变形稳定性是淤泥地层中深基坑工程设计和施工的关键问题之一。本文通过对某淤泥地层中深基坑降水特征分析得出,止水帷幕能能有效阻止连续墙外侧水向基坑横向渗流,减少降水对外部环境影响;基坑降水引起的地表沉降影响范围和基坑外侧地下水位变化影响范围均与降水深度关系不大,影响范围分别约为80m、40m;淤泥地层中基坑降水后水位下降相对砂质粘性土或粉质粘土较小,但地表沉降量却是三者中最大的。因此,在淤泥质土地层中深基坑的设计和施工,应特别注意由降水造成的基坑周围地表建筑物的倾斜和沉降。     

深基坑降水-回灌系统的最优化设计与应用

根据镜像与叠加原理推导出承压完整降 灌井群耦合作用下的水位线方程.在此基础上，提出以基坑及周边环境容许变形为主要约束条件的深基坑降水 回灌系统最优化设计方法，并结合某地铁车站深基坑工程，阐述了优化降水、回灌井点数量及其布置位置的求解过程和方法.结果表明，所建优化设计方法不仅能够保证基坑周围建筑物的安全和降水工程的顺利进行，而且可以降低工程造价，对同类工程具有一定参考价值.     

富水深基坑降水引起的地表沉降预测

随着城市轨道交通的发展,富水地区地铁深基坑降水引发的工程问题时有发生,引起广泛关注。传统算法计算地基沉降只考虑降水前后土体自重应力的变化。在此基础上进一步考虑渗流动水压力引起的有效应力变化和止水帷幕对土体沉降的约束影响,提出一种简化的计算降水引起基坑外地表沉降的方法。并结合实际工程对该方法进行验证。结果表明:考虑地下水渗透力的影响使降水后土体有效应力较不考虑渗流时增加5%左右,地下水渗流对土体有效应力的影响不可忽略。止水帷幕对土体沉降的约束影响在距支护结构1倍降水深度范围内,计算该范围内土体沉降需将止水帷幕影响考虑在内。同时考虑降水前后自重应力变化、渗透力影响、止水帷幕约束这三者的共同作用,得出的理论计算结果与实测值误差在12%以内,验证了计算方法的有效性。     

富水圆砾地层局部止水帷幕作用下基坑开挖变形数值分析

富水地层中的基坑止水与降水是基坑工程的重难点,大量降水易造成地表不均匀沉降。本文依托甘肃省某基坑工程利用数值模拟和现场实测的方法,研究了富水圆砾地层下排桩-旋喷桩局部止水帷幕对基坑变形的影响。在验证模型计算准确性的基础上,分析了局部有无旋喷桩、旋喷桩嵌入深度对基坑渗流与变形的影响、传统与局部止水帷幕对限制基坑变形的差异。结果表明,排桩-旋喷桩局部止水帷幕可以延长地下水渗流路径,降低渗流速度,同时分担了部分土压力,对限制地表沉降和桩身水平位移都起到了积极的作用;旋喷桩嵌入深度越深止水效果越好,并能够限制地表沉降与桩身水平位移,但超过一定深度对限制地表沉降与桩身水平位移不明显;传统止水帷幕对限制地表沉降最好,但对限制桩身水平位移效果不明显。     

悬挂式止水帷幕矩形基坑涌水量简化计算方法

悬挂式止水帷幕矩形基坑的地下水流动复杂,基坑涌水量计算成为工程设计的难题,无论在计算方法的合理性还是计算结果的准确性方面都难以满足工程实践的要求。为此,在明确悬挂式止水帷幕条形基坑涌水量近似计算公式准确性和适用性的基础上,提出基于条形基坑单宽涌水量近似计算公式的矩形基坑涌水量简化计算方法,利用修正系数(ξ)考虑基坑形状、止水帷幕插入深度、基坑降水影响范围对矩形基坑涌水量的影响,通过工程实例验证简化计算方法的适用性和工程实践的合理性,为悬挂式止水帷幕矩形基坑涌水量的合理计算提供新的途径。     

基坑降水效应的室内试验研究

为了研究墙井作用下基坑降水引起的水位变化,采用相似材料模拟弱透水层,并通过改变止水帷幕插入承压含水层深度与抽水井过滤段长度分析基坑降水引起的水位变化。研究结果表明:在基坑降水过程中,抽水井过滤段长度和止水帷幕插入承压含水层的深度都会影响到含水层的水位变化;坑内外观测井的水头差(Δh)随着止水帷幕插入含水层深度的增大而增大;抽水井过滤段长度与含水层厚度之比(l′)约为33%时,止水帷幕插入深度与含水层厚度之比(d′)大于73.0%,止水帷幕的挡水效果较好;Δh随着l′的增加而减小,当d′约为50%时,为发挥止水帷幕的挡水效果,Δl应小于63.0%。     

深基坑降水过程中的回灌分析

本文以某深基坑降水工程为例,采用Modflow对其回灌进行的模拟分析,并将计算结果于实测结果进行对比分析。讨论了用Modflow进行回灌分析的可行性。并探讨了回灌井对降水对基坑周边水位的控制和影响。为同类地质条件下相似基坑工程的降水方案设计提供依据。     

深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响

针对深基坑施工引起的环境变形问题,采用流固耦合数值方法,探讨了深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响规律.依托工程实例,采用基于Biot固结理论的流固耦合分析方法,通过力学和渗流交替迭代计算模拟开挖降水的耦合作用,并以实测数据验证该方法的合理性.建立三维数值分析模型,对比有无降水条件下基坑的墙体变形和地表沉降,获得深基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降曲线,并与相同水位变化下一维固结理论的计算结果对比,探讨两者间的差异及其产生机理.研究结果表明:深基坑降水对墙体变形影响较小,但会明显增大坑外地表总沉降量及其影响范围;基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度以外,与一维固结理论的计算结果相同;墙土共同作用是导致深基坑降水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度范围内波动的主要原因.