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深基坑抽水回灌的二次效应分析

摘要:深基坑的降水回灌会引起基坑周围地下水位和土的物理性质和力学性质改变。基坑内抽出的水回灌到潜水含水层,引起潜水位上升,在水位变化带内土体含水量增大,c、φ值减小,水、土压力都发生了改变。当基坑内抽出的水回灌到深层的承压含水层内时,承压水头上升,不利于基坑底部抗隆起,也可能对相邻基坑产生不利影响。这些由于抽水回灌所引起的变化称为二次效应。

关键词:深基坑 抽水回灌 二次效应

 

the secondary effectiveness analysis of drainage
recycling in draining of deep foundation
pit project

  深基坑的降水回灌会引起基坑周围地下水位和土的物理性质和力学性质改变。基坑内抽出的水回灌到潜水含水层,引起潜水位上升,在水位变化带内土体含水量增大,c、φ值减小,水、土压力都发生了改变。当基坑内抽出的水回灌到深层的承压含水层内时,承压水头上升,不利于基坑底部抗隆起,也可能对相邻基坑产生不利影响。这些由于抽水回灌所引起的变化称为二次效应。

1 降水引起水位变化带内的侧压力变化

1.1 基坑内外无渗流条件下的侧压力变化

  基坑内以一定流量抽水,并回灌到基坑外的潜水含水层中,基坑内外无水力联系。主动土压力区水位上升,被动土压力区水位下降,水位变化带内土体的物理和力学性质指标均发生变化,作用在支护结构上的侧压力也相应改变。从水位变化前后砂土的侧压力计算结果可知,水位变化带内侧压力增加很大,对粗颗粒土来说,水位上升后水位变化带内侧压力增加了60%~120%,土颗粒越粗,侧压力改变越大;对同一种土,孔隙比越小侧压力增加越大。因此,建议对水位变化带范围内的主动土压力应乘以修正系数1.62.2(粗颗粒土取大值,细颗粒土取小值);被动土压力应乘以修正系数1.5(对砂土而言)。基坑底部一般为粘土或水泥土,水位升降对被动区土的侧压力改变较小。
1.2 基坑内外有渗流时作用在支护结构上的侧压力
  基坑的防渗帷幕打入弱透水层中,井点降水以维持基坑开挖为目的。基坑内外有水力联系,在基坑周围产生了渗流力,其方向与流线的方向一致;在基坑外侧产生向下的渗流力,在基坑底部产生向上的渗流力。其作用结果就相当于土体的重度增加或减小。水位以下支护结构上的主动土压力和被动土压力为:
g14.gif
式中p ap p分别为水位变化带主、被动土压力强度(kpa)k ak p分别为主、被动土压力系数;γ、γ′分别为水位变化带土体的天然重度和浮重度(kn/m3);γ wiz为渗流力(kn/m3);γ wh为水位变化带的静水压力(kpa);β为静水压力修正系数;h为水位变化高度(m)c为水位变化带土体内聚力(kpa)i z为深度z处的水力坡度,可根据流网图求得。
   从上式可知,考虑渗流力时,主动土压力增大,被动土压力减小。

2 深层回灌对基坑隆起的影响
  基坑抽出的水回灌到深部的承压含水层内,使承压水头抬高。因此,按天然状态的承压水头进行基坑抗隆起验算肯定不安全,应该考虑回灌所引起的水位变化。水位变化后承压水压力应小于隔水顶板的自重。回灌后的承压水头在设计阶段很难确定,它涉及到整个承压含水层的补给、径流问题,但可通过控制回灌层的水头高度来保证基坑稳定。因此,基坑抽水回灌时,宜在承压含水层布置观测井,用以观测承压水头的变化。另外,基坑降水宜采用间歇式,使开挖和降水穿插进行,这样既不误工,又控制了承压水头持续上升。

3 基坑出现水抽不干现象的分析

  当回灌层与降水含水层之间有水力联系时(1),回灌后的地下水会重新流入抽水井内,因此,回灌井不能和抽水井在同一层。浅层抽水应深层回灌,深层抽水则应浅层回灌。同时,应了解隔水层的分布是否有不连续或有竖向裂隙存在,这些都是地下水渗流通道,是造成基坑水抽不干的主要原因。

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