深基坑渗流分析与控制问题探讨学习教案.pptx

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1、会计学1深基坑渗流分析与控制问题深基坑渗流分析与控制问题(wnt)探讨探讨第一页，共68页。深基坑特点深基坑特点(tdin)n n基坑深度越来越深-50n n占地面积越来越大-23万m2n n基坑底部被墙、桩、降水井、勘探孔穿插(chunch)切割n n与地下水关系越来越密切n n承压水影响越来越突出n n基坑的事故与破坏越来越多。第1页/共68页第二页，共68页。二、基坑事故二、基坑事故(shg)与渗与渗流破坏流破坏第2页/共68页第三页，共68页。事故事故(shg)工程实例工程实例n n天津(tin jn)地铁1号线-南楼n n三号线-红南；-小树林n n 京津城铁-n n 武汉地区基坑事

2、故n n 广铁3#-燕塘站n n 杭州地铁-湘湖站第3页/共68页第四页，共68页。基坑基坑(j kn)事故原事故原因因n n80%以上与地下水有关：1.规范和设计问题n n入土深度不够深（墙底悬空）；2.与周边环境不协调(xitio)；3对地下水认识有误；n n4.构筑物施工质量太差；n n 5.运行管理失误。第4页/共68页第五页，共68页。天津天津(tin jn)地铁地铁3号号线某基坑渗流图线某基坑渗流图第5页/共68页第六页，共68页。基坑基坑(j kn)渗流破坏特征渗流破坏特征1.1.沿着地基薄弱部位沿着地基薄弱部位(bwi)(bwi)：2.2.墙、桩的边缘；墙、桩的边缘；3.3.粘

3、性土层厚度小；粘性土层厚度小；4.4.淤泥和流沙厚度大。淤泥和流沙厚度大。5.5.结构物的缺陷。结构物的缺陷。第6页/共68页第七页，共68页。三、渗流三、渗流(shn li)基基本概念本概念第7页/共68页第八页，共68页。基坑渗透基坑渗透(shntu)水水流特性流特性第8页/共68页第九页，共68页。1、渗流、渗流(shn li)是什是什么？么？土体是固、液、气的三相体系。土体是固、液、气的三相体系。自由水在孔隙中流动，这便是渗流。自由水在孔隙中流动，这便是渗流。土体也会运动，对孔隙水产生土体也会运动，对孔隙水产生(ch(ch nshng)nshng)压力。压力。渗流是土与水相互作用的结果

4、。渗流是土与水相互作用的结果。第9页/共68页第十页，共68页。2、渗透系数、渗透系数n n渗透系数k:土体透水性的大小。n n由现场(xinchng)和室内试验确定，n n或根据经验来选定。n n单位是m/d或cm/s.第10页/共68页第十一页，共68页。3、渗透、渗透(shntu)坡降坡降n n渗透坡降j：渗透压力与渗透路径（长度）的比值。n n常用(chn yn)临界坡降和允许坡降 n n(1)临界坡降：土体达到临界破坏状态时的坡降，n n在均质地基中，n n Jcr=/wn n Jcr的计算公式有很多，但其极限值Jcr1.0。第11页/共68页第十二页，共68页。出口出口(ch ku

5、)坡降、允许坡降坡降、允许坡降n n(2)(2)出口（逸）坡降：出口（逸）坡降：n n渗流出口处的坡降，渗流出口处的坡降，n n(3)(3)允许坡降：允许坡降：n n土体不会发生渗透土体不会发生渗透(shntu)(shntu)破坏的坡降。破坏的坡降。n n常由临界坡降除以安全系数常由临界坡降除以安全系数FsFs后得到。后得到。第12页/共68页第十三页，共68页。4、浮托力、稳定、浮托力、稳定(wndng)安全安全系数系数n n浮托力（扬压力）：浮托力（扬压力）：n n作用在底板或隔水层下的作用在底板或隔水层下的n n 向上水压力。向上水压力。n n稳定安全系数稳定安全系数(nqun xsh)

6、Fs(nqun xsh)Fs：n n通常通常Fs=1.5-2.0Fs=1.5-2.0，或，或Fs=2.0-2.5Fs=2.0-2.5。n n基坑基坑Fs=1.1-1.3Fs=1.1-1.3第13页/共68页第十四页，共68页。5、达西定律、达西定律(dngl)n n达西定律：n n渗透(shntu)速度与渗透(shntu)坡降成正比，n n此时可写成下面公式：n n V=k jn nK渗透(shntu)系数第14页/共68页第十五页，共68页。基坑渗流基坑渗流(shn li)特性特性（一）（一）n n 基坑外侧的渗流的方向向下，基坑外侧的渗流的方向向下，n n侧压力小于静水压力；侧压力小于静水

7、压力；n n它对土体产生了压缩它对土体产生了压缩(y su)(y su)作用；作用；n n这对于基坑稳定都是有利的。这对于基坑稳定都是有利的。n n 当渗流穿过墙底进入基坑内侧时，当渗流穿过墙底进入基坑内侧时，n n 渗流方向向上，渗流方向向上，n n 渗流压力变成了浮托力渗流压力变成了浮托力;n n 不利。不利。第15页/共68页第十六页，共68页。基坑基坑(j kn)渗流特性渗流特性（二）（二）n n对于基坑底部 渗流来说，要切记：n n1、渗流整体稳定取决于土体自重与浮托力是否平衡。n n2、渗流出口和内部稳定还要满足(mnz)渗透坡降（出逸坡降）的要求。n n3、粘性土与砂性土的区别。

8、第16页/共68页第十七页，共68页。n n三、渗流(shn li)分析与计算第17页/共68页第十八页，共68页。渗透渗透(shntu)模式图模式图第18页/共68页第十九页，共68页。砂层渗流砂层渗流(shn li)计算模计算模式图式图n n 第19页/共68页第二十页，共68页。基坑基坑(j kn)底部的渗流破环底部的渗流破环n n这是太沙基计算简图。n n当墙入土深度hd太小时，n n在0.5 hd范围(fnwi)内会发管涌破坏。n n为保持基坑的渗透稳定，n n入土深度不能太短。第20页/共68页第二十一页，共68页。n n（1）地基中没有隔水层，下面砂层和 透水基岩中水互相连通n

9、n（2）存在着薄弱地层（如淤泥、流沙）n n 或隔水层突然变薄部位，n n（3）局部超深或深度突变部位。n n（4）几种支护结构的连接部位。n n（5）承受特殊(tsh)荷载部位。最不利的计算最不利的计算(j(j sun)sun)情况（一）情况（一）第21页/共68页第二十二页，共68页。n n通常，n n选取一个或多个最不利(bl)的断面；n n有些时候，可能要针对整个基坑，进行整体稳定计算。n n潜水:沿最小路径渗透n n承压水:沿最薄的地层突涌最不利最不利(bl)(bl)的计算情的计算情况（二）况（二）第22页/共68页第二十三页，共68页。基坑基坑(j kn)突涌位置图突涌位置图 图图

10、2第23页/共68页第二十四页，共68页。渗流计算渗流计算(j sun)目的目的n n（1 1）地地基基中中不不发发生生灾灾难难性性的的管管涌涌和和流流土。土。n n（2 2）坑坑底底不不会会因因承承压压水水的的顶顶托托而而产产生生突涌（水）、流泥、隆起等。突涌（水）、流泥、隆起等。n n（3 3）基坑四周和底部涌水量不太大，）基坑四周和底部涌水量不太大，n n 不影响基坑开挖不影响基坑开挖(ki w)(ki w)和砼浇筑。和砼浇筑。n n（4 4）坑坑内内软软土土（淤淤泥泥质质土土）能能较较快快地地脱水固结。脱水固结。第24页/共68页第二十五页，共68页。n n（1 1）基坑整体渗流计算：

11、）基坑整体渗流计算：n n 控制断面控制断面(dun min)h(dun min)h、v v、i i、q q、以及总的涌水量。、以及总的涌水量。n n（2 2）核核算算坑坑底底的的渗渗流流出出逸逸坡坡降降是是否否满满足足要要求求，是是否否会发生管涌。会发生管涌。n n （3 3）检检验验墙墙底底进进入入隔隔水水层层内内的的深深度度是是否否满满足足渗渗透透稳定要求。稳定要求。n n 如如果果不不能能满满足足要要求求时时，应应将将墙墙底底再再向向下下加加深深到到新新的的隔水层内，直到满足要求为止。隔水层内，直到满足要求为止。渗流计算渗流计算(j sun)内容内容（一）（一）第25页/共68页第二十

12、六页，共68页。n n（4）核算坑抵抗承压水突涌的能力：n n1）坑底土体自重能否抵抗承压水的浮力并具有足够的安全系数。n n2）坑底有多个承压水层而隔水层厚度较薄时，还必须进行渗透(shntu)安全（允许坡降）核算。n n（5）核算抽水井设计是否满足要求。渗流渗流(shn li)计算内计算内容（二）容（二）第26页/共68页第二十七页，共68页。有限有限有限有限(y(y uxin)uxin)差分法示意图差分法示意图差分法示意图差分法示意图 图图图图4 4第27页/共68页第二十八页，共68页。n n计算结果分析计算结果分析(fnx)n n渗渗流流计计算算得得到到的的最最大大出出逸逸比比降降为

13、为允允许许比比降降的的3倍倍多多，会会发发生生渗渗透透破破坏坏。而而当当把把hd加加大大并并在在墙墙底底进进行行帷帷幕幕灌灌浆浆时时，渗渗流流即无大碍。即无大碍。第28页/共68页第二十九页，共68页。n n用平面有限元法计算渗流，就是在基坑(j kn)中选取一个或几个剖面，按二维水流来处理，分别计算不同部位的水流压力、比降和渗透流量以及相应的变化曲线。n n。平面平面(pngmin)有限元法有限元法第29页/共68页第三十页，共68页。压力压力压力压力(yl)(yl)水头等值线水头等值线水头等值线水头等值线 图图图图6 6墙底基岩(j yn)灌浆第30页/共68页第三十一页，共68页。从计算

14、结果表中可以看出从计算结果表中可以看出,hd6.0m时基坑不安全时基坑不安全(nqun)；墙底帷幕深入到微风化层墙底帷幕深入到微风化层,则基坑是稳定的。则基坑是稳定的。基坑(j kn)渗流计算结果第31页/共68页第三十二页，共68页。简化计算简化计算(j sun)法法1、计算、计算(j sun)原理原理 均匀(jnyn)土层水压力分布图 图7第32页/共68页第三十三页，共68页。n n计算原理及步骤：计算原理及步骤：n n1 1、在在均均匀匀地地基基中中，水水头头损损失失与与渗渗径径长长度度成成正比。正比。n n2 2、在在分分层层地地基基中中，总总的的水水头头损损失失等等于于由由各各分层

15、地基中水头损失之和；分层地基中水头损失之和；n n3 3、各各层层土土的的渗渗透透(shntu)(shntu)系系数数k k和和渗渗透透(shntu)(shntu)坡降坡降i i成反比。成反比。n n计算步骤：计算步骤：n n先求得最小的渗透先求得最小的渗透(shntu)(shntu)比降比降i i（k k最大）；最大）；n n再推求其余各层的再推求其余各层的i i值；值；n n再分段求出其水头损失值；再分段求出其水头损失值；n n再总的水头损失值。再总的水头损失值。第33页/共68页第三十四页，共68页。基坑基坑基坑基坑(j kn(j kn)渗透水压力图（墙底入弱风化渗透水压力图（墙底入弱风

16、化渗透水压力图（墙底入弱风化渗透水压力图（墙底入弱风化岩层）图岩层）图岩层）图岩层）图9 9第34页/共68页第三十五页，共68页。不均匀土层渗透水压不均匀土层渗透水压不均匀土层渗透水压不均匀土层渗透水压(shu(shu y)y)力图力图力图力图 图图图图1010第35页/共68页第三十六页，共68页。n n该基坑深19.66m，n n坑底直接位于(wiy)粉砂层中；n n地连墙底穿过隔水层n n进入了粉砂层中。n n坑底和墙底均在透水层中；n n地基中有两层微承压水，埋深约6m，k=0.6-1.2m/d。n n经过计算，如不采用降水，基坑开挖后，可能发生管涌和坑底突涌。第36页/共68页第三

17、十七页，共68页。n 承压水渗流(shn li)计算第37页/共68页第三十八页，共68页。n n这里(zhl)要特别指出的是（见图10）：n n在承压水条件下，n n基坑内侧的浮托力（扬压力）n n不是常规渗流水压力244KN，n n而是隔水层底面的n n第二层承压水的压力290KN。承压水的渗流(shn li)计算第38页/共68页第三十九页，共68页。基坑基坑(j kn)底部的底部的承压水计算承压水计算第39页/共68页第四十页，共68页。坑底承压水计算坑底承压水计算(j sun)（1）n n基坑底部渗流稳定计算基坑底部渗流稳定计算基坑底部渗流稳定计算基坑底部渗流稳定计算n n应包括以下

18、两个方面：应包括以下两个方面：应包括以下两个方面：应包括以下两个方面：n n（1 1）当坑底上部为不透水层，而其下）当坑底上部为不透水层，而其下）当坑底上部为不透水层，而其下）当坑底上部为不透水层，而其下的透水层中有承压水时，应进行抗流土的透水层中有承压水时，应进行抗流土的透水层中有承压水时，应进行抗流土的透水层中有承压水时，应进行抗流土和隆起的稳定性计算，要使透水层顶板和隆起的稳定性计算，要使透水层顶板和隆起的稳定性计算，要使透水层顶板和隆起的稳定性计算，要使透水层顶板(d(d ngbngb n)n)以上到基坑底部之间的土体以上到基坑底部之间的土体以上到基坑底部之间的土体以上到基坑底部之间的

19、土体重量大于水的浮托力重量大于水的浮托力重量大于水的浮托力重量大于水的浮托力PW:PW:第40页/共68页第四十一页，共68页。坑底承压水计算坑底承压水计算(j sun)（1）n nsat t=Fswhwn n式中，sat为土的饱和重度。n nP=whw 承压水的浮托力。n n t-透水层顶板以上到坑底的不透水层厚度。n n hw-透水层顶板以上的水头(shutu)，m。n nFs安全系数第41页/共68页第四十二页，共68页。坑底承压水计算坑底承压水计算(j sun)（2）n n2）坑底以下为粉土和砂土时，要验算抗管涌或流土稳定性，i in n通常粉细砂地基i=0.20.3。n n 当级配不

20、良时，i=0.10.2。n n3）当坑底以下为粘性(zhn xn)土与砂土互层时，n n 应进行上面两项核算（见图11），n n 特别是当粘性(zhn xn)土很薄时，n n应当核算该层土的渗透比降n n是否满足要求。第42页/共68页第四十三页，共68页。第43页/共68页第四十四页，共68页。n n n n1.1.应当把渗流计算出来的应当把渗流计算出来的hdhd为地连墙最小入土（岩）深度，为地连墙最小入土（岩）深度，n n2.2.还要满足经济合理要求还要满足经济合理要求n n3.3.用用灌灌浆浆或或高高压压(goy)(goy)喷喷射射灌灌浆浆等等封封堵堵墙墙底底透透水水层层，确确保保基基坑

21、坑安安全全和和正正常常施施工。工。渗流计算渗流计算(j sun)成果成果分析分析第44页/共68页第四十五页，共68页。n n 五 防渗体设计n n地基(dj)土、地下水、n n地连墙n n三位一体第45页/共68页第四十六页，共68页。1 1、结构、结构(jigu)(jigu)抗渗抗渗透设计要求透设计要求n n在进行抗渗透结构设计时，n n要对渗透水流的防渗和降水统一考虑。n n如果只考虑一项，那就可能对基坑(j kn)的渗透稳定和周边环境（楼房和地下管线）造成很不利的影响。第46页/共68页第四十七页，共68页。墙底悬在砂层中墙底悬在砂层中第47页/共68页第四十八页，共68页。基坑基坑(

22、j kn)渗流剖面渗流剖面第48页/共68页第四十九页，共68页。2、对规范、对规范(gufn)的讨的讨论论n nJGJ120-99的局限：n n地层条件：单一地基；n n未考虑承压水影响；n n没有基坑底部渗透稳定计算；n n公式(gngsh)4.1.3允许墙底位于透水层中第49页/共68页第五十页，共68页。hd=1.2 o(h_hw)渗透稳定(wndng)要求的第50页/共68页第五十一页，共68页。渗透稳定渗透稳定(wndng)需要的需要的入土深度入土深度hdn n墙底进入(jnr)不透水层的要求：n nhd=0.2hw0.5bn n见JGJ120-99的8.4.2条。n n其中，hw

23、水头，b墙厚。n n这是按接触比降的要求来计算的。第51页/共68页第五十二页，共68页。3、降水深度、降水深度(shnd)要求要求n n设计降水深度(shnd)不宜小于基坑底面以下0.5米。n nJGJ120-99 第8.3.2条要求：n n这对潜水或承压水层都是必须做到的。n n争论-接地孔，残积土第52页/共68页第五十三页，共68页。4、防渗体的地下、防渗体的地下(dxi)轮廓线轮廓线n n大面积基坑(j kn)n n不同深度基坑(j kn)第53页/共68页第五十四页，共68页。六、基坑六、基坑(j kn)渗流控制措渗流控制措施施第54页/共68页第五十五页，共68页。基坑基坑(j

24、kn)渗流控制措施渗流控制措施n n主要有以下主要有以下(y(y xi)xi)几种：几种：n n1 1 对于超深基坑来说，首先采用地下连续墙做支护；对于超深基坑来说，首先采用地下连续墙做支护；n n深深度度较较浅浅的的基基坑坑，可可采采用用咬咬合合桩桩、灌灌注注桩桩与与高高喷喷桩桩、土钉墙等做为支护结构，总之要因地制宜土钉墙等做为支护结构，总之要因地制宜;n n但防渗一定要做好。但防渗一定要做好。第55页/共68页第五十六页，共68页。n n2 2 其它措施：其它措施：n n（1 1）底部灌浆）底部灌浆(岩石地基岩石地基(dj)(dj)n n（2 2）底部高压喷射灌浆）底部高压喷射灌浆(土层土

25、层)n n（3 3）墙底加长）墙底加长(不放钢筋不放钢筋)n n（4 4）坑内降水）坑内降水(承压水承压水)n n（5 5）坑外降水）坑外降水(承压水承压水n n（6 6）坑底防渗）坑底防渗基坑(j kn)渗流控制措施第56页/共68页第五十七页，共68页。n n由于结构强度（配筋）所需要(xyo)的hd常常较小，所以为防渗需要(xyo)而接长时，不需要(xyo)配置钢筋。n n应当通过技术经济比较，确定底部接长长度。n n地连墙的合理深度。1、墙底接长、墙底接长第57页/共68页第五十八页，共68页。n n当墙底入风化岩时，可在其墙底基岩中灌浆；n n 在软土基坑中的墙底，n n可采用高喷灌

26、浆帷幕，n n也可采用水泥灌（注）浆帷幕。n n 有时也可在坑外做止水(zh shu)帷幕，不需在结构内部预埋灌浆管，施工干扰少。n n 2、墙底止水、墙底止水(zh shu)帷幕帷幕第58页/共68页第五十九页，共68页。防渗体示意图防渗体示意图第59页/共68页第六十页，共68页。锚碇基坑锚碇基坑锚碇基坑锚碇基坑(j kn(j kn)支护防渗体图支护防渗体图支护防渗体图支护防渗体图第60页/共68页第六十一页，共68页。广州地铁广州地铁(dti)某基坑剖面图某基坑剖面图第61页/共68页第六十二页，共68页。水泥灌浆水泥灌浆(gungjing)和高喷和高喷灌浆灌浆(gungjing)的对比

27、的对比n n通过很多工程实践来看，深度较深时，高喷的灌浆效果越来越差。n n 现在一些深大基坑底部都采用(ciyng)水泥帷幕灌浆的方法，与地连墙形成防渗体，实施效果很好。n n深大基坑采用(ciyng)水泥帷幕灌浆。第62页/共68页第六十三页，共68页。n n有些基坑的平面尺寸很大，有些基坑的平面尺寸很大，n n或者是承压含水水头很高，或者是承压含水水头很高，n n 底底 部部 没没 有有 适适 当当 的的 隔隔 水水 层层 可可 供供 利利 用用(lyng)(lyng)。n n 可对基坑底部进行水平防渗。可对基坑底部进行水平防渗。n n 从实施效果看，高喷帷幕均不成功。从实施效果看，高喷

28、帷幕均不成功。n n 水下浇注砼底板效果好。水下浇注砼底板效果好。4、基坑、基坑(j kn)底部防底部防渗渗第63页/共68页第六十四页，共68页。某基坑某基坑(j kn)剖面剖面图图第64页/共68页第六十五页，共68页。5、基坑、基坑(j kn)降水降水n n这里所说的降水，是指降低基坑内外的承压水位。当上复土重不足以克服(kf)承压水的浮托力时，就需要降低承压水的压力水头。n n通常降水应在坑内进行。n n降低承压水时往往对坑外的周边环境造成不利影响，有时需要在坑外设置回灌井，以减少坑外地下水的下降幅度。第65页/共68页第六十六页，共68页。参考文献参考文献n n丛蔼森：n n地下连续墙的设计(shj)施工与应用n n中国水利水电出版社，2001第66页/共68页第六十七页，共68页。n 谢谢(xi xie)！第67页/共68页第六十八页，共68页。