基坑突涌

基坑突涌

基坑突涌:是指當基坑下有承壓水存在,開挖基坑減小了含水層上覆不透水層的厚度,在厚度減小到一定程度時,承壓水的的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板,造成基坑突湧現象。基坑突涌將會破壞地基強度,並給施工帶來很大困難。

基本信息

定義

噴射井點噴射井點

基坑下有承壓水存在時,開挖基坑減小了含水層上覆不透水層的厚度,在厚度減小到一定程度時,承壓水的的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板,造成基坑突湧現象,會破壞地基強度,並給施工帶來很大困難,是實際工程中經常遇到的問題。

危害

近年來,隨著我國城市高層建築、低下鐵道、人防工程等基礎設施的迅速發展,深基坑工程日益增多。深基坑施工過程中,工程對空間、時間和周邊環境的要求越來越高,深基坑工程開挖施工的地質條件和環境也日益複雜,其工程事故也日益增多,由此帶來的損失也越來越大,而在深基坑工程中,一項事關全局的工作就是地下水的防治,特別是在沿海地區,地下水是深基坑工程的天敵,是導致基坑工程事故的最直接原因之一。地下水對基坑造成的事故中,由於底部承壓水而產生的事故占很大一部分,承壓水處理難度大,並且處理不當造成的後果嚴重,是基坑設計的重點、難點之一。同時,隨著基坑開挖深度越來越大,基底下部不透水層厚度越來越薄,承壓水更有可能頂破坑底而發生突涌、隆起,造成基坑圍護結構失穩等,最終釀成工程中的危險事故。

計算理論

壓力平衡理論

在現行的《建築基坑工程技術規範》與一般的教科書中,採用的是壓力平衡驗算方法,均沒有考慮基坑底粘性土的抗剪強度,而只考慮土層的自重力引起的抗力。這種傳統計算方法存在一定問題:忽略了坑底隔水土層強度的抗突涌作用,更沒有考慮到基坑平面尺寸對突涌的影響,因而所得結果與現場情況相差較大明顯偏於保守。

土體剪下破壞理論

將隔水層土體視作具有抗剪強度的構件,在下部承壓水水壓力作用下,土體處於彈性或塑性狀態,當基坑開挖超過一定限度後,截面剪應力大於土體抗剪強度,隔水層就會發生剪下破壞,承壓水沿著剪下面衝破基坑底部隔水層,出現突湧現象。

土體撓曲破壞理論

採用土體的抗剪能力來判斷基坑突涌會帶來一個問題,底板邊緣處的土體還未達到抗剪強度之前,基坑底板也可能因為受拉破壞,建議以基坑底板的受拉破壞來確定隔水層的臨界厚度。但是考慮到基坑底板隔水層有可能在上部受拉產生輕微裂縫後產生突涌,如果僅僅以基坑底板受拉作為判斷突涌標準過於保守,故採用基坑底板在下部承壓水壓力作用下產生的撓度作為基坑突涌判斷標準。

綜合考慮土體強度和剛度理論

由於目前對基坑突涌破壞機理不清楚,無法判斷基坑突涌是源於土體剪下破壞還是土體撓曲破壞,故將坑底隔水層土體簡化為均質、連續的梁或板,根據材料力學或彈性力學理論,從強度破壞和剛度破壞的角度分別推導出基坑發生突涌破壞時臨界厚度公式,然後將這兩種計算結果加以比較,從工程偏安全形度考慮,取兩者中的較大值作為突涌破壞臨界厚度。

統計預測法

統計預測法主要以神經網路模型預測為代表,它是根據承壓水基坑影響突涌參數的統計資料,建立一個考慮突涌參數的神經網路模型,再根據現有基坑參數,判斷基坑是否突涌。

結論

1.矩形基坑,中心點撓度最大,最容易撓曲破壞產生突涌。
2.基坑形狀對基坑突涌也有影響,方形基坑最不利。
3.矩形基坑的突涌不僅與壓力平衡有關,而且與基坑的平面尺寸、土體的抗剪強度有關。

處理方法

三種技術手段

隔水承壓含水層水埋藏深度較淺的工程,設定較深的地下連續牆等隔水帷幕,穿越承壓含水層,進入不透水層一定的深度,隔斷基坑內外承壓水的水力聯繫。造價高,施工質量難以保證。
降壓基坑底部承壓含水層以上覆土不足以抵抗承壓水頭,而又不適合隔斷承壓水的工程,可採用降壓降水的方法。方案應通過計算並結合周邊環境條件等因素綜合確定。降壓井運行應使基底以下承壓含水層的水頭壓力低於含水層上部保留的覆蓋層土壓力。過量抽取基坑下部承壓水,極易造成基坑周邊建築沉降開裂。封底一般用於開挖至基底標高時,上覆土重略小於承壓水的浮托力,不能滿足抗承壓水穩定性的局部電梯井等落深區,以及有明顯空間效應的小型或窄長形基坑等情況。可採用水泥土攪拌樁或高壓鏇噴樁等加固體,利用加固后土體重度、抗剪強度的提高,以及基坑內部密集工程樁的加筋作用,來達到抵抗承壓水頭的目的。需考慮加固深度的選擇。

五種處理方法

注漿法注漿法是將膠結材料配製成漿液並注入鬆散含砂或含水地層、含裂隙的岩層、溶洞、破碎帶使其固化的施工方法。漿液凝結硬化後,起到膠結、堵塞作用,使地層穩固並隔斷水源,減小岩土的滲透性,增加工程的強度及穩定性,達到岩土加固和堵水的目的。注漿技術既可套用於減少井筒湧水,加快鑿井速度、並對井筒全深範圍內所有含水層除表土層外進行預注漿的打幹井施工,也可以對裂隙含水岩層、鬆散沙土層進行堵水、加固。注漿法作為一種對所有地下工程有效的施工技術,它治水的主要原理在於漿液在土體中的填充、擴散、凝固成有一定強度的基本不透水的注漿帷幕。井點降水法井點降水法就是在巨大基坑開挖之前,在基坑周圍埋設一定數量的濾水井,利用抽水設備抽水,使地下水降落至基坑以下,並在基坑開挖過程中不斷抽水,使要開挖的土保持乾燥。井點降水法採用的井點類型有輕型井點、電滲井點、噴射井點、管井井點等。
凍結法凍結法是在岩土工程開挖之前,用人工製冷的方法將開挖工程周圍的岩土層凍結成封閉的凍結圈(壁),以臨時加固地層,抵抗地壓,隔絕地下水與地下工程的聯繫,然後在凍結壁的保護下進行正常施工的一種特殊施工法。它不僅是一種特殊的施工方法,而且能夠有效的起到了隔水的作用,凍結法在施工中有效的阻隔了土體中的水向開挖土體中遷移,保證了施工的安全。凍結法廣泛的套用於礦井建設、地基基礎、水利工程、地下鐵道以及河底隧道等工程中,於地下土體中含有不穩定的地層或者含水極豐富的的裂隙層的施工,凍結法更加有效安全。地下連續牆法
地下連續牆就是用專用設備沿著深基礎或地下構築周邊採用泥漿護壁開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽,在槽內設定鋼筋籠,採用導管法在泥漿中澆築混凝土,築成一單元牆段,依次順序施工,以某種接頭方法連線成的一道連續的地下鋼筋混凝土牆,以便基坑開挖時防滲、擋土,作為鄰近建築物基礎的支護以及直接成為承受直接荷載的基礎結構的一部分。地下連續牆對地下工程的防滲以及水利水電等具有重要的作用。

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