临江深基坑抽水试验数值模拟计算技术应用
【摘要】上海宇云项目基坑面积31450㎡,设4层地下室。开挖深度为19.4m。基坑东侧地下室边线与江堤堤角的距离为56.34m,TRD水泥土搅拌墙与江堤堤角距离为53.14m。赋存于砂土层中的承压水,与长江水有一定的水力联系,其水位变化受长江水位变化影响,水量丰富;场区下部砂层承压水含水层平均渗透系数18.29m/d。深基坑开挖过程中地下水位控制十分重要。 【关键词】临江深基坑 承压水 渗透系数 粉砂互层 1、工程概况
上海宇云项目深基坑位于武汉市江汉区沿江大道以西、民生路以南、黄陂街以东、南临长航大厦等建筑。基坑东侧地下室结构退红线7.5m,红线外为沿江大道,沿江大道宽约40m,为城市主干道,包含人行道、非机动车道、绿化隔离带及机动车双向四车道。车流量较大。沿江大道东侧为长江,深基坑处于汉口沿江堤堤内,为Ⅰ级堤防,相应堤防桩号为40+215~40+315。地下室边线与堤角的距离为56.34m,TRD水泥土搅拌墙与堤角距离为53.14m。基坑南侧地下室退红线约22~23m,红线外为既有建筑长航大厦,主楼27~33层,裙房4~8层,设有一层地下室,基础埋深8.7m,底板厚2.6m,工程桩勘入中风化岩0.5m,距离本工程地下室约38m。西南侧为两栋还建楼工程,设有两层地下室,普遍埋深10.6m,工程桩为钻孔灌注桩至基岩。西侧地下室结构退红线6m,红线外为黄陂街,宽约20m,道路西侧分布有较多的多层住宅,距离本工程地下室约26~28m。基坑东北侧地下室结构退红线7.2~7.8m,红线外为民生路,宽约30m,道路北侧为和记黄埔地产在建工地。红线内场地西北侧分布一幢16层保留居民楼,距离本工程地下室9~11m,在基坑一倍开挖深度范围内,采用300×300预制桩,接头采用硫磺胶泥焊接接头,本工程基坑底板开挖面位于桩端下部1200mm。
基坑开挖深度由未整平的自然地面起算,至基坑底板一般埋置深度为19.4m,局部深度达到25.5m。深基坑采用TRD地下连续墙做落底式止水帷幕,TRD连续墙底部位于中风化泥岩层中,深度约57~59米。
2014年9月~2014年10月,中国科学院武汉岩土力学研究所进行了深基坑现场抽水试验工作。
2、场地工程地质和水文地质条件 2.1场区地形地貌
勘探期间场区正在拆除原有建筑物,场地地势较为平坦,场地标高在25.11~26.17米之间。
场区地貌单元属长江一级阶地。 2.2场地工程地质条件
在勘探深度范围内,拟建场区地层按各岩土层的成分、成因及工程性质等自上而下依次可分为:①杂填土(Qml);②-1粉质粘土夹粉土(Q4al+pl);②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层(Q4al+pl);③-1粉细砂;③-2粉细砂(Q4al+pl);④中细砂夹卵砾石(Q4al+pl);⑤强风化泥岩(S);⑥中风化泥岩(S)。
各岩土层名称和岩性描述如下:
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①杂填土:场区内普遍分布,以灰褐色、灰黄色为主,夹有其他杂色,以碎石、砖块等建筑垃圾为主,含少量粘性土。场区有原建筑物老基础,局部地段底部含少量粉土。堆积年限超过10年。层厚3.0~6.6米不等。结构松散,均匀性较差,强度低。
②-1粉质粘土夹粉土:场区内仅少数孔缺失。以灰褐色为主,软塑~流塑,湿~饱和,含铁锰氧化物,少量有机质,粉土含量不等,稍密状态,层理清晰。偶夹粉砂,层顶埋深3.0~6.6米,层厚1.2~8.2米不等。强度较低,压缩性较高。
②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层:场区内普遍分布,灰褐色,稍密,饱和,少量云母。粉质粘土为可塑~软塑状态,呈薄层状夹于粉砂中,粉土呈稍密~中密状态。层理清晰。层顶埋深4.0~13.0米,层厚6.7~17.8米不等。有一定强度,压缩性中等偏高。
③-1细砂:场区内普遍分布。青灰色、灰色,饱和,中密,少量云母,局部地段夹少量粘性土和粉土薄层。层顶埋深15.4~24.6米,层厚1.6~15.7米不等。强度中等,压缩性中等。
③-1a粉质粘土:呈透镜体状(55#、56#)分布于③-1细砂层,灰褐色,可塑,含有机质、螺壳碎片。层顶埋深21.8~22.4米,层厚1.4~2.2米不等。压缩性中等。
③-2粉细砂:场区内普遍分布。青灰色、灰色,饱和,密实,少量云母,偶夹少量粉土。层顶埋深24.4~33.5米,层厚23.0~29.2米不等。强度较高,压缩性较低。局部地段底部偶夹少量中粗砂、砾石。
③-2a粉质粘土:呈透镜体状(16#、19#、36#、39#、49#)分布于③-2细砂层,灰褐色,可塑~硬塑状态,少量铁质氧化物,含有机质,螺壳碎片。层顶埋深33.2~46.2米,层厚0.6~6.8米不等。压缩性中等。
④中细砂夹卵砾石:场区内局部孔缺失。褐色、灰褐色,饱和,密实,中细砂为主,局部夹大量粉细砂。大量砾石,少量卵石,卵石含量5-10%,直径约3-5cm,砾石含量约20%-40%,粒径0.5-2cm,成分为石英砂岩。层顶埋深52.3~56.0米,层厚0.5~3.3米不等。强度高,压缩性低。
⑤强风化泥岩:灰色,稍湿,母岩结构大部分破坏,矿物成分显著变化,裂隙很发育,岩体破碎,风化成土柱状,手捏即散。岩性主要为泥岩,夹有泥质粉砂岩呈互层状,局部夹有为完全风化岩块,泥质胶结,采芯率60-80%。层顶埋深52.0~57.2米,层厚0.7~9.3米不等。强度高,压缩性低。
⑥中风化泥岩:灰色,结构部分破坏,矿物成分基本未变,风化裂隙发育,裂隙面方解石脉充填,岩性主要为泥岩,夹有泥质粉砂岩呈互层状,岩芯多呈短柱状,少许块状。泥质胶结,采芯率60-80%。岩体完整程度为破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层岩石泥岩岩块抗压强度为5.1Mpa,泥质粉砂岩岩块抗压强度为11.5Mpa,均为软岩。层顶埋深53.5~64.5米,本次钻探未钻穿。 2.3场区水文地质条件
场地地下水主要为上层滞水及下部承压水。上层滞水主要由地表水源、大气降水和生活用水补给,无统一的自由水面,水位及水量随地表水源、大气降水和生活用水排放量的影响而波动。承压水赋存于下部砂性土层中,水量大且相对较稳定,具统一承压水位,与长江有较密切的水力联系,水位因长江水位季节性变化而变化。
场区内第②-1层粉质粘土夹粉土层为具有垂直向弱透水性的交互层,②-2层粉质粘土与粉土、粉砂互层局部粘性土含量较高则弱透水,粉细砂含量高则透水,这里按最不利原则考虑,②-2层粉质粘土与粉土、粉砂互层即按透水层考虑。
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3、降水目的
本工程基坑已采用TRD工法水泥土搅拌墙隔断承压水层,因此本工程基坑降水的主要目的为坑内土体疏干。为了控制风险,还应在基坑内外设置一定数量的备用井、观测井等,确保承压水控制有效。
同时,在TRD水泥土搅拌墙及地下连续墙完成后,施工部分抽水井及观测井再次进行抽水试验,检验坑内外水力联系情况,如抽水试验表明,止水帷幕质量可靠,坑内外水力联系不大时,应将坑内水位降至坑底以下,检验降水井及水泵配置能力;如止水帷幕有渗漏现象,应进行回灌效果检验和分析,并通过计算反演定量分析,确定基坑渗透量和渗漏位置,提出渗漏补强措施。
坑内疏干井的主要作用如下:
(1)加固基坑底的土体,提高坑底土体强度,从而减少坑底隆起和围护结构的变形量,防止坑外地表过量沉降。
(2)开挖深度范围内的土体疏干有利于开挖过程中临时边坡稳定,防止滑坡。 (3)疏干开挖范围内土体中的地下水,方便挖掘机和工人在坑内施工作业; (4)减小下部承压含水层的水头压力,防止基坑底板管涌、突涌等不良现象的发生,确保基坑底板的稳定性。
(5)作为降压备用井,作为承压水控制的应急预案。 4、 抽水试验完成工作量
本次深基坑抽水试验完成工程量汇总见表4-1。
表4-1 抽水试验完成工作量汇总表 序号 1 2 3 项目 降水井施工 观测井 抽水试验 数量 4口井总长度165米 8口井总长度240米 4组 备注 3口井深度40米, 1口井深度45米 每口井长度30米 每组抽水试验包括: 1口降水井和2口观测井 计算TRD的渗透系数; 计算TRD墙的渗水量; 计算基坑开挖需用降水井数量 4 数值模拟计算分析 1项 5、抽水试验
5.1 降水井和观测井的布置
本次抽水试验设计按基坑底相对标高为-19.6m~-25.5m进行。 降水井及观测井布置如下: (1)降水井布置:4口,编号CSD1~CSD4,均布置在基坑内侧,其中东侧布置2口,北侧布置1口,西侧布置1口,水井深度40m~45m。
(2)基坑内水位观测井:4口,编号KLD1~KLD4,在基坑内距降水井15m~26m处,水井深度30m。
(3)基坑外水位观测井:4口,编号KWD1~KWD4,设置在基坑TRD连续墙外侧靠近降水井处,水井深度30m。
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降水井及观测井布置见附图5.1-1所示。
KWD1与长江岸边距离约55米,KWD2与长江岸边距离约52米,KWD3与长江岸边距离约165米,由于TRD连续墙做止水帷幕,按折线计算KWD4与长江的岸边距离约320米。
KWD1与CSD1的距离约9.80米,KWD1与TRD墙外侧面的距离约0.6米,KND1与CSD1的距离约23.71米。
KWD2与CSD2的距离约20.32米,KWD2与TRD墙外侧面的距离约3.5米,KND2与CSD2的距离约25.53米。
KWD3与CSD3的距离约9.62米,KWD3与TRD墙外侧面的距离约1.5米,KND3与CSD3的距离约15.27米。
KWD4与CSD4的距离约13.57米,KWD4与TRD墙外侧面的距离约2.5米,KND4与CSD4的距离约9.96米。
图5.1-1 抽水试验井点布置图
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