承压富水地层地铁车站基坑降...工渗流稳定性及地面变形研究_卢福聪.pdf
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1、第 1 期研究报告*国家自然科学基金项目(51678164、51478118);广西自然科学基金项目(2018GXNSFDA138009);广西科技计划项目(AD18126011);广西特聘专家专项资金项目(20161103);广西大学科研基金项目(XTZ160590)通信作者承压富水地层地铁车站基坑降水与回灌施工渗流稳定性及地面变形研究*卢福聪1,2,3索潇1,4 吴波1,2,3陈立平1卞士海5农忠建1许九保1(1广西大学土木建筑工程学院,530004,南宁;2广西防灾减灾与工程安全重点实验室,530004,南宁;3工程防灾与结构安全教育部重点实验室,530004,南宁;4广西交科集团有限公
2、司,530007,南宁;5浙江省工程勘察设计院集团有限公司,315211,宁波第一作者,讲师)摘要结合实时监测数据,分析济南某富水承压基坑周边地面沉降以及地下水渗流等主要影响因素。采用有限元数值分析方法建立车站端头基坑的三维地下水应力渗流耦合有限元模型,分析地铁车站在考虑开挖降水回灌情况下的渗流稳定性。研究结果表明:随着基坑的开挖与降水过程的持续进行,周边地层在距基坑 1020 m 处的沉降呈现明显凹槽;回灌能在一定程度上恢复地下水的原本渗流,减缓由降水带来的地面沉降,且随着回灌井距离基坑位置的不同而呈现出不同的效果;过近回灌带来的地下水升幅具有危害性,过远回灌则导致恢复地下水渗流效果不理想。
3、模拟结果显示,在距离基坑约 30 m 处进行回灌,能最大限度地控制地面变形情况且不使基坑过度变形。关键词地铁车站;基坑;降水施工;回灌施工;渗流稳定性;地面变形中图分类号TU433U2134DOI:1016037/j1007869x202301031Seepage Stability and Ground Surface Deformationin Metro Station Foundation Pit Dewatering andechargeConstructioninConfinedWater-rich StratumLU Fucong,SUO Xiao,WU Bo,CHEN Lipi
4、ng,BIAN Shihai,NONG Zhongjian,XU JiubaoAbstractBased on the real-time monitoring data,the maininfluencing factors such as land subsidence and ground waterseepage around a water-rich confined foundation pit in Ji nanare analyzed A three-dimensional ground water stress-seepagecoupling finite element m
5、odel of the station end foundation pitis established byusingfinite elementnumerical analysismethod,and the seepage stability of the metro station under thecondition of excavation-dewatering-recharge is analyzed e-search results show that:with the excavation of the foundationpit and the continuous de
6、watering process,the subsidence ofthe surrounding stratum presents obvious groove 1020 m awayfrom the foundation pit echarge can restore the original seep-age of ground water to a certain extent,slowing down the landsubsidence caused by precipitation,and showing differenteffects with different relat
7、ive locations of the recharge wellfrom the foundation pit The ground water rise caused by tooclose recharge is harmful,and too far recharge will lead to un-satisfactory effect of ground water seepage recovery The simu-lation results show that recharge at a distance of about 30 mfrom the foundation p
8、it can maximize the control of land sub-sidence and avoid excessive deformation of the foundation pitKey wordsmetro station;foundation pit;dewatering con-struction;recharge construction;seepage stability;ground sur-face deformationFirst-authors addressCollege of Civil Engineering and Ar-chitecture,G
9、uangxi University,530004,Nanning,China地下水控制是岩土工程的一大技术难点1,为了降低基坑开挖过程中由地下水带来的危害,需要施以降水施工。但过渡的降水会带来地下水资源的破坏以及过大的地面沉降,回灌是一种良好的地下水控制方法2。近年来,国内已有较多针对基坑降水方面的研究。文献 3 考虑了降水过程中的地下水位分布情况,在二维渗流条件下计算地面沉降变形,推导了降水过程中预测地下水及地面沉降的计算方法。文献 4 在降水引起的土体沉降计算中考虑了修正分层总和法,合理推算出在基坑开挖条件下5512023 年的基坑外部土体沉降理论公式。文献 5 结合理论计算和数值模拟对回
10、灌井深度和回灌压力进行了控制研究,分析了不同回灌压力和回灌井深度情况下的地面沉降变化情况,结果表明:选择合适的回灌井深度和回灌压力能够减小地面沉降,但当回灌井过长或回灌压力过大时,减小地面沉降的效果不太明显。文献 6 基于 Mod Flow 软件和 GTS NX 软件,对工程场地进行压力回灌试验,并获得了不同回灌量下的地面沉降控制情况。目前,对于基坑降水与回灌对地面沉降的影响已有一定的研究,但大多数研究对象均为潜水,针对承压水降水和回灌渗流分析的研究较少。济南市水文地质条件特殊,地下水类型以承压水为主且水头压力较大,对基坑施工具有较大的危害。本文以济南某富水承压基坑为研究对象,分析基坑监测结果
11、,并采用有限元数值分析方法,建立基坑降水开挖回灌的三维渗流应力耦合模型,将其与经验值及实测值进行对比,以验证有限元模型的合理性。本文研究揭示了承压富水地层车站基坑降水回灌施工的渗流变形规律,可为施工相关问题提供借鉴与参考。1工程概况济南某富水承压深基坑的设计里程为 SK 26+559367SK 26+769967,全长 2106 m。车站站台长为 1200 m,站台宽为 110 m,车站标准段总宽为183 m。采用旋喷桩止水帷幕与袖阀管注浆结合的方式作为围护结构方案。根据 济南市轨道交通 2线一期工程设计技术要求 和 JGJ 1202012建筑基坑支护技术规程 中的相关规定,车站围护结构形式为
12、 1 000 mm 1 400 mm 钻孔灌注桩+钢支撑,标准段竖直方向采用顶部冠梁与 2 道钢支撑,端头井通过换撑架设第 4 道钢支撑。11工程地质概况该车站所在地貌为平原,地势较为平整,地质勘测结果显示,车站场地地层自上而下划分为 7 层,各层的土层物理参数如表 1 所示。12降低水位设计潜水及承压水为该车站降水目标。在车站标准段,降水井的井深为 22 m,间距为 2426 m;在车站端头,降水井的井深为 24 m,间距 2530 m。降水井设置 36 眼。降水井设置于基坑内部。回灌井共 20 眼,表 1基坑场地各地层物理性质指标Tab1Physical property index of
13、 each layer of foundationpit site地层弹性模量/MPa泊松比内摩擦角/()黏聚力/kPa渗透系数/(m/d)重度/(kN/m3)素填土2080302485370345179粉质黏土2160342083710005192黏土2210302134450007195碎石2650261632813500193残积土2870331835081380174全风化闪长岩3230283343221296206中风化闪长岩3710193393462160218距离基坑围护结构 1020 m,沿基坑外延设置,间距为 25 m,回灌井深度为 12 m,过滤段长度为 3 m。2基坑监测
14、方案对基坑支护体系和周边环境进行监测,基坑监测点布置图截图如图 1 所示。测点主要用于监测基坑开挖过程中围护结构的水平位移、地面沉降与水位变化,针对监测数据合理安排开挖与降水速率,同时采取必要措施保证基坑施工的安全。围护结构水平位移、地面沉降与水位监测点均沿坑周布置,地面监测点每处径向各布置 3 个点,用以监测远离基坑方向的地面沉降变化。3基坑监测结果31坑周地面沉降变化监测选取基坑端头 6 个地面沉降监测点(DB19DB24),其坑周地面沉降变化如图 2 所示。截至 2019年 3 月 1 日基坑开挖至设计标高时,DB20 观测点处的地面沉降为 234 mm,距基坑约 1020 m 处为地面
15、沉降最大点位。在回灌施工后,距基坑较远处 DB24观测点的地面沉降逐渐恢复至 87 mm,最后趋于稳定。由于在基坑开挖前进行了地基加固处理,且降水及回灌对远端地面沉降的影响有限,距基坑小于 5 m或大于 30 m 处的沉降趋势不明显。32基坑开挖期间的水位变化监测选取 6 个水位监测点进行分析,不同测点地下水位随时间的变化曲线如图 3 所示。地下水位下降按降水设计要求一直保持在基坑开挖面以下,在2019 年 3 月 20 日基坑周边施作回灌施工后,地下水位呈上升趋势。故需在施工过程中合理降水并施以回灌施工,以减小由降水带来的地下水渗流破坏而导致的地面沉降过大,保证基坑施工的安全性。651第 1
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