一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法技术

本发明专利技术公开了一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,在降水设计时，通过将疏干井加深延长至承压含水层上覆半透水层之中，对其水压进行释放，在疏干后作为隔水层考虑，进而增加了承压含水层上覆隔水层的压重，使得承压水位降深减小，有利于对周边环境的保护。本发明专利技术方法通过对半透水层微承压性的释放，调整隔水层盖重，实现增加基坑抗突涌稳定性及减小降低承压水水头的目的，具有较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木建筑与交通工程
，具体涉及一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法。
技术介绍
城市沿江河湖海地区受沉积环境历史变迁的影响，地层分布复杂多变，粘土/粉质粘土与粉土粉砂等互层，多含有一个潜水含水层和多个承压含水层，承压含水层上覆的粘性土弱透水层中多含有粉土粉砂透水夹层薄层，普遍具弱承压性，在这种复杂地层中开挖深基坑工程，如何进行减压降水设计，对控制基坑突涌稳定性及减小对周边环境的影响至关重要。以典型的长江漫滩二元地质结构为例，上部广泛分布有10～30m厚的淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质黏土，该层属于弱透水层，总体渗透性能差，富水性差，可作为隔水盖层设计，其下多为粉质黏土夹粉土粉砂夹层薄层，多呈互层状，该层垂向渗透性能较差，而水平向渗透性较好，具有一定富水性，因富含透水夹层薄层，普遍具有弱承压性(以下称为半透水层)，基坑降水过程中若忽视该层，有可能引发基坑突涌或管涌；中部为10～40m厚的稍～中密粉土、粉砂层；下部主要为中密～密实粗粒砂土、砾砂、园砾等，厚3～20m。由此，中下部存在厚达40～60m的由粉细砂及卵砾石组成的承压含水层，承压水头较大，同时接受长江水补给，降水工程风险大。该种典型地层因上覆普遍含粉土粉砂夹层薄层的半透水层具有弱承压性，不能完全作为隔水盖层设计，在进行抗突涌稳定性验算时，上覆压盖重需要进行适当折减，因此要求中下部承压含水层减压设计时水位降水往往过大，导致诱发周边环境产生较大的地面沉降，甚至发生环境土工灾害。因此，设计一种能减小承压水位降深的降水方法，对该种类型地层中的基坑工程具有重要指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对深基坑承压水降深往往过大容易诱发环境岩土工程问题的不足，提供一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法，在降水设计时，通过将疏干井加深延长至承压含水层上覆半透水层之中，对其水压进行释放，在疏干后作为隔水层考虑，进而增加了承压含水层上覆隔水层的压重，使得承压水位降深减小，有利于对周边环境的保护。本专利技术采用的技术方案为：一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,包括如下步骤:步骤一,探明基坑开挖区工程地质水文地质条件,在常规抽水试验及室内渗透试验等勘察试验的基础上，采用孔压静力触探对地下水文地质结构进行精细化勘察，分析静力触探贯入时孔压增长变化规律结合孔压消散试验，明确各土层透水性能，划分隔水层、半透水层及含水层，特别是要探明基坑开挖深度以下半透水粘土层中透水夹层及薄层的分布情况，识别“千层饼”状的粘性土与粉土粉砂的互层状况；步骤二,根据基坑开挖深度、开挖过程与地层结构关系，根据承压含水层水头高度及其埋藏深度、坑底隔水粘土层及半透水层厚度，分别计算不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数，分析基坑开挖深度、隔水层厚度与承压含水层水头降深之间关系；步骤三,在基坑范围内选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水单井及群井实验，降水完成后，开展孔压静力触探试验，根据孔压增减情况及孔压消散试验情况，对比步骤一勘察阶段孔压静力触探试验数据，对半透水层弱承压性的消除及隔水性能增强情况进行判断，并提出半透水作为隔水层设计的合理折减系数，分别设计穿透隔水层及半透水层疏干井的深度及数量；步骤四,根据基坑开挖深度、承压水埋深及水头高度、修正后的总隔水层厚度，计算需降承压水的临界开挖深度、抗突涌稳定系数与分层开挖深度、承压水头降低高度关系，进而设计承压水减压井的深度和数量；步骤五，预计隔水层厚度修正前后的承压水位降深情况下地面沉降大小，并结合周边地面沉降的监测，综合控制减压降水井开启、运行及关闭，确保基坑开挖稳定及周边环境控制。优选地,所述步骤一中：所述的孔压静力触探是指一种原位测试技术，试验时，采用液压将探头压入土中，速度控制在(2±0.5)cm/s，贯入过程中，实时采集锥尖阻力qt,侧壁摩阻力fs,孔隙水压力u2,贯入过程中，可在任意深度停止，开展孔压消散试验；然后绘制各种贯入曲线图(qt-H，fs-H,Rf(＝fs/qt)-H，u-H)，据此划分粘性土层、无粘性土层或混合中间土层，并利用孔压静力触探锥肩位置厚度仅5mm的孔压元件测试得到的孔压u2的敏感性，探明含透水粉土粉砂夹层与薄层“千层饼状”粘性土层(定义为半透水层)的埋深及厚度，此种地层的显著特征是具有弱承压性，孔压曲线呈锯齿状，粘性土中超孔压急剧升高，而透水夹层薄层中孔压急剧下降，但仍因具有弱承压性呈现出高于静水压力的现象；所述的孔压消散试验是指在需要进行孔压消散试验的深度位置停止贯入，实时记录孔压随时间的消散过程，直到孔压接近静水压力为止；所述的水文地质结构精细化勘察是指利用孔压静力触探测试得到的qt、fs、u23个参数对具有高度分层性和不均匀性的沉积土进行精确分层，对不同性质土层界面、同一土层内透水或不透水夹层进行精确探测，并利用孔压消散试验及室内渗透试验计算得到的渗透系数，对复杂混合土层的透水性能进行评价，区分隔水层、半透水层及含水层；所述的利用孔压消散试验计算渗透系数的方法如下：其中：kh为水平渗透系数，ch为固结系数，γw为水的重度，D/为一维压缩侧限模量；式中：为修正时间参数，当孔压消散位于锥尖正后方时取0.245；a为探头半径，对10cm2锥头，取1.785cm；IR为刚度指数(＝G/Su，G为剪切模量，Su为不排水抗剪强度),t50为超孔压消散水平达到50％的时间；D′＝8.25(qt-σv0),式中：qt为锥尖阻力，σv0为土层自重应力。优选地,所述步骤二中，不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数计算方法如下：式中，Fs－安全系数，一般为1.05～1.2，一般取1.1；Ha隔水层—基坑开挖底板高程(m)；Hb半透水层—承压含水层上覆半透水层顶面高程(m)，Hc-承压含水层顶板高程(m)；γs1,γs2—相应土层的饱和重度(kN/m3)；ha安—承压含水层安全水位高程(m),初始高程可通过观测得到，安全水位高程随基坑开挖深度变化而变化；γw－水的重度(kN/m3)；α为半透水层厚度折减系数，取值为0-1.0。式中分母为安全水位高程对应的承压水压力；分子为承压含水层上覆隔水盖层总重量，在不考虑半透水层隔水性(即完全透水)、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下分别计算，可得到抗突涌安全系数为Fs透水、Fs隔水、Fs半透水，其大小关系如下：Fs透水<Fs半透水<Fs隔水因此，若将承压含水层上覆半透水层当作透水层设计，则计算安全系数偏小，基坑开挖时承压水降压水头将偏大；若将其作为完全隔水层，则计算安全系数偏大，基坑开挖可能存在安全隐患；若将其作为半隔水层设计，则需确定折减系数α的大小。优选地，所述步骤三中：所述的单井及群井降水实验是指在基坑开挖之前，选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水，观测单井及群井出水量、地下水位变化，并比较2种不同降水井的差别，降水完成后，开展孔压静力触探试验；所述的孔压静力触探试验，目的是对半透水层的透水性能及其承压性变化情况进行分析，以判断是否可以将该层作为隔水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：包括如下步骤:步骤一,探明基坑开挖区工程地质水文地质条件,在常规抽水试验及室内渗透试验等勘察试验的基础上，采用孔压静力触探对地下水文地质结构进行精细化勘察，分析静力触探贯入时孔压增长变化规律结合孔压消散试验，明确各土层透水性能，划分隔水层、半透水层及含水层，特别是要探明基坑开挖深度以下半透水粘土层中透水夹层及薄层的分布情况，识别“千层饼”状的粘性土与粉土粉砂的互层状况；步骤二,根据基坑开挖深度、开挖过程与地层结构关系，根据承压含水层水头高度及其埋藏深度、坑底隔水粘土层及半透水层厚度，分别计算不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数，分析基坑开挖深度、隔水层厚度与承压含水层水头降深之间关系；步骤三,在基坑范围内选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水单井及群井实验，降水完成后，开展孔压静力触探试验，根据孔压增减情况及孔压消散试验情况，对比步骤一勘察阶段孔压静力触探试验数据，对半透水层弱承压性的消除及隔水性能增强情况进行判断，并提出半透水作为隔水层设计的合理折减系数，分别设计穿透隔水层及半透水层疏干井的深度及数量；步骤四,根据基坑开挖深度、承压水埋深及水头高度、修正后的总隔水层厚度，计算需降承压水的临界开挖深度、抗突涌稳定系数与分层开挖深度、承压水头降低高度关系，进而设计承压水减压井的深度和数量；步骤五，预计隔水层厚度修正前后的承压水位降深情况下地面沉降大小，并结合周边地面沉降的监测，综合控制减压降水井开启、运行及关闭，确保基坑开挖稳定及周边环境控制。...

【技术特征摘要】
1.一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：包括如下步骤:步骤一,探明基坑开挖区工程地质水文地质条件,在常规抽水试验及室内渗透试验等勘察试验的基础上，采用孔压静力触探对地下水文地质结构进行精细化勘察，分析静力触探贯入时孔压增长变化规律结合孔压消散试验，明确各土层透水性能，划分隔水层、半透水层及含水层，特别是要探明基坑开挖深度以下半透水粘土层中透水夹层及薄层的分布情况，识别“千层饼”状的粘性土与粉土粉砂的互层状况；步骤二,根据基坑开挖深度、开挖过程与地层结构关系，根据承压含水层水头高度及其埋藏深度、坑底隔水粘土层及半透水层厚度，分别计算不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数，分析基坑开挖深度、隔水层厚度与承压含水层水头降深之间关系；步骤三,在基坑范围内选择局部区域分别打设穿透上覆隔水层和穿透半透水层的疏干井进行降水单井及群井实验，降水完成后，开展孔压静力触探试验，根据孔压增减情况及孔压消散试验情况，对比步骤一勘察阶段孔压静力触探试验数据，对半透水层弱承压性的消除及隔水性能增强情况进行判断，并提出半透水作为隔水层设计的合理折减系数，分别设计穿透隔水层及半透水层疏干井的深度及数量；步骤四,根据基坑开挖深度、承压水埋深及水头高度、修正后的总隔水层厚度，计算需降承压水的临界开挖深度、抗突涌稳定系数与分层开挖深度、承压水头降低高度关系，进而设计承压水减压井的深度和数量；步骤五，预计隔水层厚度修正前后的承压水位降深情况下地面沉降大小，并结合周边地面沉降的监测，综合控制减压降水井开启、运行及关闭，确保基坑开挖稳定及周边环境控制。2.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤一中：所述的孔压静力触探是指一种原位测试技术，试验时，采用液压将探头压入土中，速度控制在(2±0.5)cm/s，贯入过程中，实时采集锥尖阻力qt,侧壁摩阻力fs,孔隙水压力u2,贯入过程中，可在任意深度停止，开展孔压消散试验；所述的孔压消散试验是指在需要进行孔压消散试验的深度位置停止贯入，实时记录孔压随时间的消散过程，直到孔压接近静水压力为止；所述的水文地质结构精细化勘察是指利用孔压静力触探测试得到的qt、fs、u23个参数对具有高度分层性和不均匀性的沉积土进行精确分层，对不同性质土层界面、同一土层内透水或不透水夹层进行精确探测，并利用孔压消散试验及室内渗透试验计算得到的渗透系数，对复杂混合土层的透水性能进行评价，区分隔水层、半透水层及含水层；所述的利用孔压消散试验计算渗透系数的方法如下：其中：kh为水平渗透系数，ch为固结系数，γw为水的重度，D/为一维压缩侧限模量；式中：为修正时间参数，当孔压消散位于锥尖正后方时取0.245；a为探头半径，对10cm2锥头，取1.785cm；IR为刚度指数,t50为超孔压消散水平达到50％的时间；D′＝8.25(qt-σv0),式中：qt为锥尖阻力，σv0为土层自重应力。3.根据权利要求1的一种增加承压水地层基坑抗突涌稳定性的降水方法,其特征在于：所述步骤二中，不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下基坑抗突涌稳定性系数计算方法如下：式中，Fs－安全系数，一般为1.05～1.2，一般取1.1；Ha隔水层—基坑开挖底板高程(m)；Hb半透水层—承压含水层上覆半透水层顶面高程(m)，Hc-承压含水层顶板高程(m)；γs1,γs2—相应土层的饱和重度(kN/m3)；ha安—承压含水层安全水位高程(m),初始高程可通过观测得到，安全水位高程随基坑开挖深度变化而变化；γw－水的重度(kN/m3)；α为半透水层厚度折减系数，取值为0-1.0。式中分母为安全水位高程对应的承压水压力；分子为承压含水层上覆隔水盖层总重量，在不考虑半透水层隔水性、考虑半透水层完全隔水、考虑半透水层部分隔水情况下分别计算，可得到抗突涌安全系数为Fs透水、Fs隔水、Fs半透水，其大小关系如下：Fs透水<Fs半透水<Fs隔水因此，若将承压含水层上覆半透水层当作透水层设计，则计算安全系数偏小，基坑开挖时承压水降压水头将...

【专利技术属性】
技术研发人员：童立元，王占生，朱宁，李文峰，张明飞，车鸿博，潘皇宋，
申请(专利权)人：苏州市轨道交通集团有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32