深基坑开挖中悬挂式止水帷幕的设置深度研究

为确保深基坑开挖中现场施工和周围环境的安全及节省施工工期和施工成本,以处于长江漫滩区的南京地铁9号线滨江公园站为工程背景,对基坑西侧采用不同设置深度的悬挂式止水帷幕的孔隙水压力分布、渗流特征以及周边沉降特征进行数值模拟分析,以确定合理的设置深度,并以现场结构设计与监测数据进行验证。结果表明,随着悬挂式止水帷幕设置深度的增大,施工降水对基坑外部的影响越来越小,考虑到安全性与经济性,需设置合理的深度;根据沉降控制标准与数值计算结果确定南京地铁9号线滨江公园站深基坑开挖中悬挂式止水帷幕的设置深度为35.6~37.3m;数值模拟技术可为地铁支护结构设计提供依据,也可为类似工程的设计与施工提供参考。

悬挂式止水帷幕基坑降水对临近地铁变形影响分析

采用悬挂式止水帷幕的深基坑承压水降水对周边环境的影响问题不容忽视。以上海某临近地铁换成节点的深基坑项目为依托,分析了基坑开挖前试降水对临近地铁车站和隧道结构变形的影响规律。结果表明,采用悬挂式止水帷幕情况下坑内降水对坑外地铁结构变形影响量和影响范围均比较大,地铁结构变形量与结构刚度、与降水基坑的距离、降水基坑的面积、水位降深有比较大的相关性。

富水砂层深基坑悬挂式止水帷幕降水方案优化研究

基于以色列特拉维夫市某地铁项目现场勘察以及抽水试验数据,采用三维有限元模型对A车站深基坑悬挂式止水帷幕的降水方案进行分析。经计算,国外设计分包提出的降水方案没有考虑不透水层的空间不均匀分布,造成基坑中部降水深度不能满足现场施工水位要求。通过进一步分析单井流量、降水井排布以及滤管埋深等因素对降水效果的影响,给出了优化改进建议,增大降水深度的同时减小了基坑两端与中部的水头差,有利于基坑开挖和节省成本。可供类似项目的设计、施工人员参考。

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。

长江漫滩悬挂式止水帷幕基坑变形规律研究

针对因长江漫滩悬挂式止水帷幕基坑降水环境影响特征认识不清而引发的环境问题,以南京长江漫滩地区某悬挂式帷幕地铁基坑工程为背景,建立基坑开挖降水耦合作用的流-固耦合数值分析模型,研究基坑降水开挖耦合变形的一般特征以及地连墙插入比对环境影响的控制作用.研究结果表明:长江漫滩基坑降水具有明显的流固耦合效应,地表总沉降由土体固结以及渗流引起的围护结构侧移导致的地表沉降组成,流固耦合作用下地表沉降量和沉降范围大于非流固耦合作用;流固耦合模式下降水施工前期引起地连墙悬臂形侧移增量,后期引起地连墙类似于踢脚形的侧移增量;非流固耦合模式下,满足基坑结构稳定后,地连墙深度继续增加对其峰值侧移和地表沉降影响甚微,而流固耦合模式下地连墙侧移峰值则先减小后增大,且坑外地表峰值沉降在地连墙一定插入深度范围内呈线性发展.

悬挂式止水帷幕条件下深基坑开挖变形特性研究

降水条件对基坑开挖的变形特性具有重要影响。为了研究悬挂式止水帷幕结合承压非完整井组成的墙井系统条件下基坑开挖过程中的变形问题,以某悬挂式止水帷幕深基坑为例,通过定义降水井和地表渗流边界条件建立了考虑分级降水和基坑开挖实际工况的三维流固耦合有限元数值分析模型,使用现场监测数据与数值模拟结果互相验证的方法研究了悬挂式止水帷幕情况下基坑开挖过程中地下连续墙变形和地表沉降的变化特征,对比分析了悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕条件下的地表沉降。结果表明:在不同分级降水情况下,降水深度初次达到场地第一承压水含水层降水期间产生的地下连续墙水平位移增量最大,地表沉降也主要在这一期间产生;悬挂式止水帷幕情况下的地表沉降最大值约为落底式止水帷幕的2.7倍,最大值位置距地下连续墙边缘的距离比落底式止水帷幕大0.85 m;地下连续墙水平位移峰值处,降水期间产生的位移占28%,地表沉降峰值处,降水期间产生的沉降占49%;使用悬挂式止水帷幕时,距地下连续墙边缘12倍开挖深度处,地表沉降与地表沉降峰值的比值为0.1、该距离比落底式止水帷幕大13 m左右。研究成果对确定深基坑降水方案、保证深基坑开挖施工安全具有一定的参考价值。

悬挂式止水帷幕深基坑地下水控制的设计及应用

为解决南京河西及江北新区长江漫滩区深基坑工程地下水控制问题,通过场地抽水试验确定场地地层综合渗透系数,以确定降水井布置数量,结合降水井结构优化、坑外地下水回灌及智能化实时监控等技术,为后续施工阶段的地下水控制提出了可行性指导方案。该地下水控制设计及应用的研究结果可为类似深基坑地下水控制提供技术指导,也可为基坑地下水控制的施工管理运行提供一定的指导。

江漫滩悬挂式止水帷幕基坑地表沉降变形研究

为研究江漫滩特殊地质条件下悬挂式止水帷幕地铁深基坑施工引起的周边地表沉降规律,以7个江漫滩基坑工程的实测地表沉降数据为基础,采用理论分析、经验公式和有限元数值模拟的方法,总结了基坑开挖和坑内降水二者耦合作用引起的周边地表沉降变形规律。结果表明:1)地表沉降范围可以划分为主要影响区、次要影响区和弱影响区3个区,主要影响区地表沉降主要由开挖和降水共同引起,次要影响区主要由降水引起。2)地表沉降曲线可根据划分的影响分区选用不同的函数表达式。3)基坑地表最大沉降点位置与坑边的距离xm为12.0~15.0 m,xm与基坑开挖深度h的比值约为0.7。4)在最大沉降点处,由开挖引起的地表沉降量占比为0.21~0.49,由降水引起的地表沉降量占比为0.51~0.79。

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.

悬挂式止水帷幕基坑降水控制措施研究

为了优化深基坑降水控制技术,以天津某地铁换乘站基坑降水为背景,利用有限差分软件Visual Modflow,对基坑开挖降水引起的基坑内外地下水水位变化进行数值模拟计算,模拟计算结果与监测数据基本吻合。同时,在此模拟计算基础上对止水帷幕插入深度、降水井的抽水速率、滤水管插入承压含水层深度及降水时间等几种控制措施在降水控制中所发挥的作用进行深入研究。结果表明,降水过程中止水帷幕深度插入比宜达到1∶0.9~1∶1之间,滤水管插入承压含水层深度宜控制在0.5~0.7倍含水层厚度区间范围内,降水井抽水速率的大小需根据以上两种措施确定后再进行优化。此研究结果不但能有效减少基坑降水对周围环境的影响,还能保护地下水资源,节约工程造价。

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.

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90~100 cm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80~90 cm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.

基坑悬挂式止水帷幕渗流的共形映射

近年来,在强透水地基中建构筑物基坑日趋增多,尤其对于水头较高且强透水层较厚的情况,由于采取落地式止水帷幕成本过高,或者无法施工,这时往往采用悬挂式止水帷幕并结合坑内抽水、坑外回灌的方式,使基坑内外渗流达到平衡,从而使基坑外水位基本保持不变,而坑内水位达到要求的降深。由于悬挂式止水帷幕的存在使该类基坑渗流求解格外复杂,因而这种基坑目前尚缺乏精确的理论表达式,常常采用"大井法"来计算基坑的涌水量。本文采用共形映射方法,通过建立数学模型,推导坑底以下无相对透水层基坑涌水量表达式。

悬挂式止水帷幕基坑渗流模型的简化

为考虑隔水层之上悬挂止水帷幕对基坑渗流的影响,基于共形映射理论,建立了基坑坑底以下有效深度范围内无相对隔水层悬挂式止水帷幕基坑渗流的对称和非对称两种数学模型,推导在均质、各向同性、符合达西定律土体基坑渗流的单宽涌水量表达式。先对比对称和非对称两种模型,验证非对称模型等效对称模型的合理性。随后以云南某基坑为例,将等效后的对称模型的计算结果与实际渗流量进行比较,以此验证模型的有效性。结果表明,在工程允许范围内可将复杂的非对称模型等效为对称模型进行计算,而且推导出的两种模型是有效的,计算结果比较接近实际渗流量。

悬挂式止水帷幕深基坑降水方案模拟优化

为研究深基坑降水工程中悬挂式止水帷幕和抽水井过滤器最佳组合深度,优化深基坑降水方案,以南通市地铁1、2号线换乘站青年路站深基坑降水工程为背景,以地下水渗流理论与太沙基一维固结理论为基础,建立考虑土体参数随固结过程变化的深基坑降水三维渗流与地面沉降耦合数学模型,并采用有限单元法进行求解。使用抽水试验资料对可视化数值模型进行识别验证,通过对坑内水位和坑外地面沉降量的控制,优化抽水井的数量及抽水量,模拟预测止水帷幕插入含水层1/3、1/2、2/3深度处3种方案下过滤器的最佳位置,并对3种方案从工期、造价及安全可靠性等方面进行对比分析。结果表明,在止水帷幕插入含水层1/2深度下,抽水井过滤器插入含水层9/50~9/20深度处,即止水帷幕底部埋深为46.2 m、过滤器埋深为33.7~42.7 m时,采用17口抽水井进行降水的方案为最优方案。

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。

悬挂式止水帷幕地下水渗流数值模拟

悬挂式止水帷幕在基坑工程中得到了广泛应用。采用地下水渗流软件GMS对室内地下水渗流模型试验进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果相互对比,进而验证地下水数值模拟软件的可靠性。在确定软件准确性的基础上,进一步研究在相同悬挂式止水帷幕插入深度下,不同形状基坑中地下水渗流变化规律,为实际工程降水设计提供参考依据。结果表明:数值模拟的计算结果与实际监测到的坑外涌水量以及坑外水位变化较为吻合;不同形状的基坑,帷幕插入深度的增加对坑外水位影响并不明显,但在相同的帷幕插入深度下,不同形状的基坑的涌水量差异较为明显,具体表现为正方形基坑涌水量最大,矩形基坑次之,圆形基坑的涌水量最小。

悬挂式止水帷幕涌水量计算数值模拟及验证

在基坑工程中,为合理保护地下水资源和节约工程成本,悬挂式止水帷幕在工程中的应用越来越广泛。为更好地研究悬挂式止水帷幕基坑涌水量及影响半径的影响范围,依托北京市东城区第一人民医院基坑项目,进行了悬挂式止水帷幕基坑涌水量的数值模拟,并现场进行数据监测,从而对数值计算结果进行验证。结果表明:(1)利用有限元数值模拟软件分析的基坑内涌水量与实际监测的数值趋势相同,日涌水量可以达到1970m^(3);(2)设置悬挂式止水帷幕的基坑,原基坑降水影响半径不再适用,降水影响半径比原来有所减小;(3)随着距离止水帷幕距离的增加,基坑外水头值越来越大;随着距离止水帷幕距离的越来越大,基坑外水头值增加的趋势越来越小。

地下水渗流对悬挂式止水帷幕基坑变形影响

以某透水性土层较深的悬挂式止水帷幕基坑为背景,采用ABAQUS建立考虑分级降水开挖全过程的三维流固耦合模型,研究降水对于基坑变形发展的影响规律和不利因素,分析开挖前预降水深度、止水帷幕深度对基坑变形性状的影响.研究表明:渗流与开挖支护具有明显的耦合效应,降水引起的围护结构侧移增量模式随开挖和支撑施作情况不同而差异较大,降水引起的地表沉降是由土体固结和渗流引起的围护结构侧移引发的地表沉降组成;地表沉降影响范围较经验预测值明显偏大,在基坑西侧地表沉降最大点,降水施工期累积产生的沉降约占48%;各级降水中第1级降水对基坑变形最不利,围护结构初始侧移随第1级降水深度的增加而快速增长,使得竣工后的最大围护结构侧移和坑外地表沉降呈指数增长;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,随着帷幕深度的增加,地表最大沉降和沉降影响范围降低,存在最优止水帷幕深度使得帷幕超过最优深度后地表沉降趋于稳定.

基坑降水中悬挂式止水帷幕深度的选择

止水帷幕可以有效地减弱基坑内外地下水的联系,止水帷幕插入深度不同其止水效果也有所差异。在建立合理的水文地质概念模型的基础上,采用有限差分法模拟2种不同深度的止水帷幕方案的地下水降深及周边地面沉降,通过对比分析得出当止水帷幕的深度深于降水井滤管时,其所需降水井数及引起的坑外地面沉降明显减少。模拟结果表明了用数值模拟的方法进行悬挂式止水帷幕深度比选的有效性。