扬中金源时代购物中心基坑降水数值模拟分析

基坑降水的成功与否,将对基坑开挖和周边环境产生重要影响,因此有必要对基坑降水方案进行评估。针对扬中金源时代购物中心基坑降水问题,采用MIDAS/GTS对基坑降水效果进行研究。首先,依据地勘报告中提供的土体渗透系数,结合单井、双井抽水试验结果,反演出MIDAS/GTS中需要的土层渗流系数和边界函数;然后利用反演得到的参数,建立了考虑回灌井补水效应的三维基坑降水效果分析模型,模拟基坑内水位降深与时间的变化关系,并对基坑降水效果进行分析和评估,以期指导土方开挖工程的施工。     

武汉长江Ⅰ级阶地含水层水文地质参数研究及工程应用

武汉地区长江Ⅰ级阶地含水层在水流等沉积动力的分选作用和上覆土层压力的固结作用下,其渗透系数必然存在各向异性。因此,基于含水层渗透系数的各向同性和以单井稳定流抽水试验得到的含水层水文地质参数所完成的基坑降水设计亦必然与工程实际存在差异。通过现场分层抽水试验、群井抽水试验,结合三维数值模拟反演计算,得出了武汉长江Ⅰ级阶地各含水层水文地质参数的基本规律和特性,即：各含水层渗透系数自上而下逐渐增加且表现为各向异性,其水平渗透系数大于垂直渗透系数,其比值介于1.6～2.6之间。工程实例表明,采用各向异性的水文地质参数和三维渗流分析进行的超深基坑降水设计,结果更接近于实际,且有利于降低工程造价和基坑周边环境损伤,亦有利于节约宝贵的地下水资源。     

基于抽水试验的深基坑降水方案优化调整与实施

南京一过江隧道明挖段为超深基坑,有深厚强透水砂层,含水层厚度大、渗透系数大,接受长江水补给,基坑采用悬挂式止水帷幕,涌水量大,在降水井施工过程中,通过洗井试抽发现原降水方案不能满足降水要求,且偏差非常大。为确保基坑安全、顺利施工,现场边施工降水井边开展原位抽水试验,通过对试验数据的分析,并借助三维数值法进行参数反演及降水模拟,及时对开挖深度大的JD1、JD2节段的降水井管径、数量、水泵配置进行了调整。基坑内抽水试验反演的参数远大于原方案参数,实际基坑涌水量高达91000 m³/d,是原降水方案预估值42000 m³/d的2.2倍,由于及时科学地调整了降水方案,在总井数增加不多的情况了,将坑内水位降至基底以下,保证了基坑的顺利实施,充分说明了抽水试验及方案的优化调整在降水实施过程中的重要性。     

深厚强透水含水层超大基坑降水群井效应研究

基坑减压降水的幅度与群井效应密切相关。某超大面积基坑,含水层组厚40m,中下部透水性强,采用非完整井降水。对水文地质条件概化,建立了地下水三维非稳定流数值模型,对均匀布置群井、不均匀布置群井、分块开挖降水、不同的井结构、布设回灌井等工况,进行了渗流场模拟。研究表明,强透水性含水层超大面积基坑降水的群井效应极为明显;井位角密中疏布置,可实现降深调平,避免降深不足和超降;基坑分块降水,可减少坑外降深;短滤管井结构可减少基坑总涌水量和坑外降深;强透水性含水层可灌性强,回灌对减少坑外水位下降有较明显的效果。模拟结果与现场监测较为一致。研究成果可为类似工程地下水控制设计提供参考。     

深基坑降水疏干过程中三维渗流场数值模拟研究

运用潜水、承压水渗流理论和有限差分法,以及干湿单元、预处理共扼梯度算法,以上海环球金融中心塔楼深基坑降水为依托工程,对深基坑降水的三维非稳定渗流场的计算建模和降水疏干过程进行了数值模拟研究。利用5口井和8口井的群井抽水试验资料,对模型主要参数进行了校正及后继检验计算。在上述基础上对中心基坑水位降至-22m时井的布置方案进行了优化设计,同时分析了深基坑内外渗流场的变化,为深基坑降水设计和施工提供了依据。     

淮安市区某深基坑水文地质参数的确定与降水方案设计

结合淮安市区某深基坑工程实例,介绍抽水试验井设计、抽水试验情况和试验结果,通过不同的计算方法得出含水层的渗透系数、影响半径等水文地质参数。基于抽水试验的结果,提出了深基坑开挖降水的设计方案,采用管井井点降水法进行深基坑降水,根据基坑降深情况下的影响半径、涌水量等确定降水井的数量。同时分析了降水对周边环境的影响程度。     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。     

巨厚非均质潜水含水层抽水试验及参数计算

渗透系数决定了深基坑工程涌水量的估算及止水帷幕的型式,影响工程安全及造价,对富水地区深基坑工程建设具有重大的意义。对于非均质含水层组,现有的解析公式中,很难找到合适的方法计算水文地质参数,特别是垂直方向的渗透系数。通过在现场施作临时止水帷幕,利用帷幕的绕流阻水作用进行抽水试验,模拟基坑开挖过程中的降水问题,再建立水文地质概念模型和地下水流数学模型,并利用三维有限差分数值模拟软件反演出各层渗透系数,最后通过验证性抽水资料对模型进行了验证,为福州一临江巨厚砂卵石地层地铁车站的围护结构设计中地下水控制提供了设计参数。该试验和数值模拟结果可为类似工程参考。     

某地下空间承压含水层抽水试验及成果分析

由于地下水突涌风险,地下空间在施工作业中有必要通过抽水试验确定承压含水层的水文地质参数。依据勘察报告的初步评价,基坑开挖15.5m时,场地内第⑦1层承压含水层有可能产生突涌,为确保工程安全施工,需开挖前进行承压含水层抽水试验,取得场地承压含水层水文地质参数及降水引起的沉降特征,为地下空间设计和施工提供可靠依据。本次布设抽水井、观测井、分层沉降标组、孔隙水压力观测孔及地面沉降观测点,依据抽水试验技术要求获取渗透系数、抽水影响半径等相关水文地质参数。最后,针对工程场地内承压水情况及特点进行分析,提出基坑开挖时的承压水降压建议方案。     

桩基后压浆对深基坑降水渗流场的影响

钻孔灌注桩后压浆后,与坑外含水层相比,基坑范围内含水层的渗透系数减小,这对基坑降水渗流场具有比较明显的影响。某广场式建筑由五幢塔楼和地下车库组成,采用桩侧后压浆钻孔灌注桩,基坑开挖深度21m,承压含水层组厚10m,透水性较强,采用敞开式完整井降水,井位主要沿基坑周边布置。在对水文地质条件进行概化后,建立了地下水三维非稳定流数值模型,进行了非均质渗流场模拟,并与均质渗流场作比较。结果表明,坑内后压浆区域的渗透系数减小后,坑内水力坡度变陡,单井涌水量减小,井数应相应增加;若模型计算域全部按注浆后的渗透系数考虑,则会严重降低补给强度、低估基坑总涌水量;在相同的降深要求下,坑内后压浆后渗透系数减小、但坑外渗透系数不变,基坑总补给量基本没有变化。现场监测与模拟结果较为一致。研究成果对类似工程地下水控制有一定的借鉴意义。     

Numerical study of dewatering in a large deep foundation pit

During foundation pit excavation, groundwater is often the most important factor that affects pit stability. Dewatering is widely used in pit excavation to avoid uplift of excavation floors due to high water pressure. The characteristics of seepage in small-scale deep foundation pits of high-rise buildings or in the long narrow foundation pits of subway stations have been extensively investigated. However, the characteristics of seepage in large-scale deep excavations have not been studied. This paper investigates the large deep excavation of the buildings in Oriental Fisherman’s Wharf. The total area of the construction site is 33,917 m². Single-well and group-well field pumping tests were performed and a numerical simulation by 3D finite difference method (FDM) was carried out. The simulation used results from the field pumping tests. The permeability parameters of the confined aquifer were then revised, based upon comparisons of simulation and observation results. Subsequently, dewatering schemes were simulated by FDM forward analysis. The simulation results show that dewatering schemes can minimize seepage and uplift in large excavation pits, though settlement outside the pit may need treatment measures.     

Field experiments and numerical simulations of whirlpool foundation pit dewatering

A whirlpool foundation pit is a small-diameter, deep circular pit. Because of its depth and small diameter, a large drawdown is required, and a limited number of wells can be installed inside the pit. During excavation, partially penetrating wells inside and outside the foundation pit have to be installed to lower the water level when the aquifer is too thick. However, partially penetrating wells near partially penetrating curtains cannot be treated by analytical methods. Therefore, it is necessary to use numerical methods to predict dewatering during excavation. Field experiments were performed on whirlpool foundation pit 1880 of Baosteel Group, Shanghai, China, to obtain pumping rates and drawdown, pumping with a single well and two wells in the confined aquifer. The results indicate that the drawdown inside the pit induced by pumping wells outside the foundation pit was small, whereas it was large for pumping wells inside the pit. The pumping wells inside and outside the pit had to be combined to lower the water level. A three-dimensional numerical model was developed to simulate the dewatering process. The hydraulic conductivities of the confined aquifers were inversed by using the pumping tests. Operation schedules were simulated with the corrected model for different combinations of wells inside and outside the pit. The results suggest that different schedules and operation conditions affect drawdown. The monitored results during dewatering indicate that the simulation and field measurements were in agreement. The results can be applied to similar situations.     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

济南富水孔隙黏性土地层渗透性试验研究

以济南市轨道交通R1线大杨庄站主体基坑降水工程为例,研究表明发育于济南区域孔隙黏性土地层黏性土内具有独特的空间网状孔隙、孔洞结构。通过4种渗透性试验成果对比分析,室内试验、声纳渗流试验测定的渗透系数均较小,与实际地层渗透能力相差很大;抽水试验与回灌试验测定的渗透系数相近,远远大于一般黏性土的渗透性,渗透系数随着回灌压力的增加而呈线性提高,回灌引起周边地下水位上升较小,影响范围有限,符合济南孔隙黏性土地层的富水性强和渗透性好特性,具有独特性和鲜明的区域特点。相关试验成果可以为相关区域基坑降水与回灌设计、施工和泉水环境保护提供参考。