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随着我国经济的发展,城市建设规模不断扩大,深大基坑工程已屡见不鲜,基坑开挖的深度不断增大。在地下水位较高的地区进行深基坑工程施工,必需考虑地下水的影响。武汉市地处长江冲积平原,地下水位较高,尤其在长江一级阶地地区,施工场区地下水与长江水之间有紧密的水力联系。在该类型场区进行深基坑开挖就必需进行基坑降水。基坑降水的同时不可避免的会产生一定量的地面沉降,对施工场区周围的道路、管线、建筑物等都有一定的不利影响。所以,近些年来研究基坑降水引起地面沉降的问题已成为业内广泛关注的课题。
本文就针对基坑降水引起地面沉降的课题做了相关研究工作。对地面沉降的形成机制及其主要影响因素进行了深入的研究。在文章前半部分,本文首先对基坑降水技术的发展以及降水引起的地面沉降研究现状作了论述。其次介绍了基坑工程中地下水的不良作用,并对工程中基坑降水的方法及其适用条件,基坑降水在基坑工程中的作用,以及基坑降水对周围环境的影响进行了归纳总结。然后总结分析了土体释水压密的基本理论,分析了土层降水前后有效应力的变化特点,归纳了现有的基坑降水引起的地面沉降的计算方法,并总结了降水引起地面沉降的特点。
在文章后半部分对基坑降水引起的地面沉降进行了数值模拟分析,首先概述了流固耦合基本理论,建立了固结方程,并给出了固结方程的有限元解,然后进行了实例模拟分析。武汉地区深基坑降水工程大部分集中在长江一级阶地,地层具有典型的二元结构特征。本文就选取了具有代表性的武汉长江隧道工程为工程实例,利用数值分析软件GeoStudio,根据武汉长江隧道江北明挖段的地质条件,建立了数值分析模型,对模型进行了网格剖分,边界条件加载和水土耦合计算,得到了沉降计算结果,并将计算结果与现场实际观测结果进行了对比分析,分析可知,模拟计算的结果与现场实际观测结果吻合的较好,说明本文建立的数值分析模型是合理的,并具有一定的实用价值。
除了对选取的两个断面进行了数值分析,还重点针对影响沉降的各种因素建立了多组模型进行了对比分析,对不同井深、不同间距,不同单井涌水量、不同降水维持时间、不同防渗帷幕型式的数值模型进行了对比分析,并结合现场实际观测经验,根据基坑安全稳定、设计经济合理、总沉降量小且分布均匀的原则,给出了施工场区为武汉长江一级阶地地区的基坑降水工程各种控制指标建议值,得到的基本建议值如下:
(1)降水井埋置深度宜控制在进入承压含水层15~23m之间;
(2)降水井间距宜控制在10~30m之间;
(3)单井涌水量宜控制在5~80m3/h;
(4)降水系统运行周期宜控制在180d以内;
(5)在基坑围护结构设计时应尽量考虑设置隔水帷幕,可大大提高降水系统工作效率。减少沉降总量和不均匀沉降。
做为经验总结,对条件类似的基坑降水工程具有一定的指导意义。