一种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程、地质工程领域，尤其是涉及一种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法。
【背景技术】
[0002]基坑降水过程中，当竖向止水帷幕无法彻底隔断降水含水层时，基坑抽取地下水将在降水目标含水层内产生较大范围影响，将导致地下水资源浪费、原生水文地质环境扰动、附近地面沉降等问题，同时排水还可能对市政设施产生大量负担。
[0003]修建于建筑密集区的基坑，需要控制沉降，可能采用的方法不外乎隔、降、灌，而回灌在实施过程中往往因场地问题无法解决而难以大规模实施。回灌是降水的反过程，抽灌结合就是一个巨大耗能的过程。当回灌井距离基坑较近时，还可能导致基坑内降深不达标。同时，回灌将导致土体多期扰动，反而可能加剧沉降和不均匀变形。目前，国内已有基坑采用全封闭帷幕(竖向帷幕+水平帷幕)实现地下水的控制，但工程造价高，在要求的水平帷幕深度较大时，施工困难且质量难以控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服上述技术缺陷而提供的一种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法，其特征在于，本方法利用竖向不等深帷幕与水平向帷幕格栅技术形成立体帷幕。
[0007]所述的竖向不等深帷幕1设置在基坑外缘(所述竖向不等深帷幕已属于现有技术)，用以阻止地下水在基坑内、外水位差的作用下由基坑外向基坑内进行的水平向渗流。
[0008]所述的水平向帷幕格栅2是指当单纯竖向不等深帷幕不能满足基坑外降深要求或基坑底有可能出现流砂、管涌、突涌等不良现象时，用旋喷或高压灌浆等方法，在距坑底一定距离处设置的具一定强度和抗渗性能的连续水泥土水平帷幕格栅。水平向帷幕格栅2的关键是以水平隔渗体自重、工程粧与底板之间的摩擦力和底板与坑底之间一定厚度的土自重，来平衡地下水的浮托力以防止坑底发生突涌。同时，利用部分阻水效应增加地下水竖向渗流过程中的水头损失，达到减小基坑外含水层水位降深的目的。
[0009]所述的井群体系3是一种应用广泛的人工降低地下水水位的措施(所述井群体系已属于现有技术)，井点降水是指在拟建工程的基坑内埋设能渗水的降水井点(以管状布设)，配置一定的抽水设备，不间断的将地下水抽走，使基坑范围内的地下水水位降至所需深度，保证基坑工程能在较干燥的施工环境中进行，同时满足基坑抗突涌要求。本发明中井群体系3布设按固定井间距将抽水井布置在水平帷幕格栅2上方。
[0010]本方法综合两种帷幕形式及井群体系，在传统竖向不等深帷幕的基础上构建水平向帷幕格栅结构，形成地下空间内的有限阻水体，通过合理优化井群结构，充分利用帷幕耗能原理增加地下水运动过程中的水头损失，达到减小基坑外地下水水位降深从而减小沉降量的目的。该立体帷幕-井群体系充分利用墙-井作用机理，能够有效控制基坑降水引发地面沉降问题，同时，相较于水平全封闭帷幕，大大减小工程量和工程造价，具有良好的社会经济效益。
[0011]立体帷幕中的竖向帷幕主要作用是防渗和绕渗，而水平帷幕的作用是防渗和消能，即不以较大厚度和强度与竖向帷幕接合在一起，不以增加的重度平衡地下水压力，主要依靠水平帷幕上部土重平衡帷幕下水压力，以有限厚度和渗流实现出口消能，降低出口水压力并减小抽水量。
【附图说明】
[0012]图1为本发明方法的立体结构示意图；
[0013]图2为水平向帷幕格栅俯视结构图；
[0014]图3为立体帷幕-井群体系实际效果剖面图；
[0015]图4为立体帷幕-井群体系技术流程图；
[0016]标记说明:1_不等深竖向帷幕墙，2-水平帷幕格栅，3-降水井群，4-基坑底面。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0018]原理分析
[0019]本发明方法提出利用不等深竖向帷幕、水平向帷幕格栅技术形成立体帷幕。
[0020]所述的不等深竖向帷幕设置在基坑外缘，用以阻止基坑外地下水在基坑内外水位差的作用下向基坑内的渗流，并防止由此产生流砂等的渗流破坏。
[0021]立体帷幕除了隔渗作用之外，主要是通过绕渗、消能来和坑内抽水井群配合，在含水层中施工局部人工顶板，通过阻渗消耗能量，降低井群抽水量，在有限立体帷幕配合作用下，主要利用抽水井群实现降水减压。
[0022]从而构建立体帷幕-井群基坑降水体系的概念模型，建立立体帷幕-井群体系架构。
[0023]本方法提出的立体帷幕中所述水平帷幕格栅，是指当单纯竖向不等深帷幕不能满足沉降控制要求或基坑底有可能出现流砂、管涌、突涌等不良现象时，用旋喷或高压灌浆等方法，在距坑底一定距离处设置的具一定强度和抗渗性能的连续水泥土水平格栅板体。水平向帷幕格栅的关键是以水平隔渗体自重、工程粧与底板之间的摩擦力和底板与坑底之间一定厚度的土自重，来平衡地下水的浮托力以防止坑底发生突涌。即不以较大厚度和强度与竖向帷幕接合在一起，不以增加的重度平衡地下水压力，主要依靠水平帷幕格栅上部土重平衡帷幕下水压力，以有限厚度和渗流实现出口消能，降低出口水压力并减小抽水量。
[0024]针对以往基坑降水中悬挂式竖向帷幕无法在超大深基坑中有效利用墙井作用以及封闭式帷幕造价高的问题，提出构建竖向帷幕和水平帷幕分离的立体帷幕体系。与悬挂式帷幕不同的是立体帷幕构建了水平帷幕格栅并与竖向不等深帷幕共同作用，同时能在水平和垂直两个方向实现隔水和减渗消能。与封闭式帷幕不同的是立体帷幕中水平帷幕不与竖向帷幕接合，不满堂布设，不绝对封水，利用渗流消能减小出口水头压力，减小井群降水压力，最终利用井群实现降水减压。
[0025]实施例
[0026]具体实施例中，如图1所示，首先进行竖向不等深帷幕1施工，对于深基坑而言通常可采用地下连续墙，竖向帷幕底端不等深，使与不透水的支护粧连接成不等深竖向帷幕
1。水平帷幕格栅2可采用高压旋喷、MJS、注浆等方法，使之不以较大厚度和强度与不等深竖向帷幕1接合在一起，水平帷幕格栅2位于基坑底面4以下，距基坑底面lm以下，在基坑中竖直方向起到了部分阻水作用。井群体系3按均匀布设方式以固定井间距将抽水井布置在基坑中，由于增加水平帷幕，故其数量将远小于无水平帷幕条件下的，降水井应位于水平帷幕格栅2上方，地下水通过水平帷幕格栅2空隙被井群体系3抽出。井群体系3是由若干降水井组成。
[0027]所述MJS，全称:全方位高压喷射法。
[0028]如图3所示，地下水在基坑内、外水位差的作用下由基坑外向基坑内进行的水平向渗流，绕过竖向不等深帷幕1继而流向水平帷幕格栅2，竖向不等深帷幕1 一定程度上起到阻水作用，但不完全隔水。地下水由于浮托力继续向上部渗流，这时水平帷幕格栅2以水平隔渗体自重、工程粧与底板之间的摩擦力和底板与坑底之间一定厚度的土自重，来平衡地下水的浮托力以防止坑底发生突涌，部分地下水通过水平帷幕格栅2，由井群体系3抽离基坑，反过来实现降水减压。
[0029]如图4所示，在基坑工程中，为预防地下水在基坑内、外水位差的作用下由基坑外向基坑内进行的水平向渗流或者基坑底底有可能出现流砂、管涌、突涌等不良现象，采取降水和帷幕隔断措施，所述的降水即井群体系降水法，削减降低压力后的水头，减小帷幕所承受的压力；所述帷幕隔断即上述水平帷幕格栅2和竖向帷幕1组合的立体帷幕，以有限厚度和渗流实现出口消能，降低出口水压力并减小抽水量。立体帷幕及井群配合，形成立体帷幕-井群体系，实现了降水控制，基坑外围不产生明显水位降深及沉降。
【主权项】
1.一种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法，其特征在于，由竖向不等深帷幕、水平向帷幕格栅和基坑内降水井群组成，建立立体帷幕-井群体系架构，其中: 利用竖向不等深帷幕(1)与水平向帷幕格栅(2)形成立体帷幕； 在传统竖向不等深帷幕(1)的基础上构建水平向帷幕格栅(2)结构，形成地下空间内的有限阻水体， 通过井群(3)结构，充分利用帷幕耗能原理增加地下水运动过程中的水头损失，达到减小基坑外地下水水位降深从而减小沉降量的目的； 该立体帷幕-井群体系充分利用墙-井作用机理，能够有效防止因渗流产生的基坑失稳问题并控制基坑降水引发地面沉降量。
【专利摘要】本方法所提出的一种基于立体帷幕-井群体系的基坑防渗水及沉降控制方法，由竖向不等深帷幕、水平向帷幕格栅和基坑内降水井群组成。在传统竖向不等深帷幕的基础上构建水平向帷幕格栅结构，形成地下空间内的有限阻水体，通过合理优化井群结构，充分利用帷幕耗能原理增加地下水运动过程中的水头损失，达到减小基坑外地下水水位降深从而减小沉降量的目的。该立体帷幕-井群体系充分利用墙-井作用机理，能够有效防止因渗流产生的基坑失稳问题并控制基坑降水引发地面沉降量，同时，相较于水平全封闭帷幕，大大减小工程量和工程造价，具有良好的社会经济效益。
【IPC分类】E02D19/10, E02D19/18, E02D31/02
【公开号】CN105421498
【申请号】CN201510780820
【发明人】王建秀, 刘笑天, 刘无忌, 宋东升, 胡明治
【申请人】同济大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月16日