内容简介
《深基坑防渗体的设计施工与应用》是根据作者长期从事设计、科研、施工、咨询和管理的经验和体会,参考国内外地下连续墙、深基础及深基坑的最新经验编写而成的。《深基坑防渗体的设计施工与应用》比较系统地介绍了深基坑的渗流分析和计算方法;提出地基土、地下水与结构物相结合,基坑侧壁防渗、水平防渗与基坑降水相结合,安全、质量与经济相结合的基本设计原则;提出了深基坑防渗体的概念和由渗流稳定条件确定深基坑最小入土深度的计算原则;改进了原有的设计路线。《深基坑防渗体的设计施工与应用》对现有基坑支护技术规范(程)进行了讨论,对如何看待和使用这些规范(程)提出了建议。
本书分为四篇共25章,分别阐述了深基坑渗流分析与计算方法、深基坑防渗体设计、深基坑工程施工和监测,以及国内外的深基坑(深基础)工程实例。本书对深基坑的设计施工有指导参考意义。
作者简介
丛蔼森,(1941~),教授级高级工程师,国务院特殊津贴专家。
1964年毕业于河北水利学院水工建筑专业,先后在北京市市政设计研究院和北京市水利规划设计研究院工作27年。主持了多项水利、市政、环保和岩土工程的规划、设计和科研工作,获北京市优秀设计奖二等奖三项,科技进步奖三等奖两项。1990年底调入北京市水利工程基础总队任总工程师,兼任北京乾坤基础工程有限公司副总经理和总工程师,从事水利、基础工程施工和科研20年。
从1965年起,作为研制国内第一座橡胶坝的主要成员,多年从事该项技术的试验、设计、制造、施工及推广工作,获1978年科学大会奖(集体奖)。
从20世纪60年代后期开始,主持设计、施工的地下连续墙(防渗墙)已超过40万平方米。两次参加了防渗墙施工规范的修订工作主持水电部(水利部)“六五”和“八五”期间的地下连续墙科研课题研究,已通过部级鉴定,获北京市水利科技进步一等奖2008~2010年,承担广州地铁总公司“花岗岩残积土深基坑渗流分析和深大基坑防渗体设计”科研课题,现已通过课题评审验收。
从1991年起,主持了基础工程技术改造和设备更新工作,较早引进了国外先进的基础工程设备和技术并消化吸收和开发创新,成效显著,申报了国家专利两项引进的旋挖钻机和半导杆液压抓斗成为国内仿制生产的样板。
1993年起享受国务院特殊津贴。
根据长期从事地下连续墙科研试验、设计施工和管理方面的心得和体会,于2001年出版了《地下连续墙的设计施工与应用》一书(180万字)。现已撰写各种总结、论文共100多万宇,在各种杂志上发表论文100余篇,翻译英、俄文资料18万字曾为国际基础协会(ADSC)会员,现为中国岩石力学与工程学会理事,锚固与注浆分会副主任委员,中国水利学会地基基础委员会顾问,北京市南水北调办公宰顾问。
内页插图
目录
第一篇 概论
第1章 基坑工程概述
1.1 基坑的基本概念
1.2 地下连续墙的优缺点
1.3 深基坑和深基础工程的发展概况
1.3.1 概述
1.3.2 地下连续墙的施工深度
1.3.3 基坑内部开挖深度
1.3.4 钢筋混凝土地下连续墙的厚度
1.3.5 深基坑的平面尺寸
1.3.6 混凝土的强度
1.3.7 地下连续墙深基础
1.4 基坑工程的设计要点
1.4.1 概述
1.4.2 支护结构的内力计算与细部设计
1.4.3 防渗和降水设计
1.4.4 地基处理设计
1.4.5 检测和监测
1.5 设计思路的改进
1.6 本书写作说明
第2章 地基土(岩)和地下水的基本概念
2.1 概述
2.1.1 土的基本概念
2.1.2 土的矿物成分和特性
2.2 土的基本性能
2.2.1 土的物理性质和化学特性
2.2.2 土的基本力学性质
2.2.3 土的分类
2.2.4 几种特种土
2.3 岩石的基本概念
2.3.1 岩石的分类
2.3.2 岩石的基本性能
2.3.3 残积土和风化带
2.4 地下水
2.4.1 地下水分类
2.4.2 地下水特性
2.4.3 地下水的作用
2.4.4 地下水对基坑工程的影响
2.4.5 岩石中的地下水
2.5 土的渗透性
2.5.1 基本概念
2.5.2 土的渗透性和达西定律
2.5.3 渗流作用力
2.5.4 渗透系数的测定和参考建议值
2.6 流网和电拟实验
2.6.1 概述
2.6.2 描述稳定渗流场的拉普拉斯方程
2.6.3 流网的一般特征
2.6.4 电拟实验
2.7 渗流破坏类型和判别
2.7.1 概述
2.7.2 土体渗流破坏型式
2.7.3 临界渗透坡降的计算
2.7.4 渗流破坏型式的判别
2.7.5 砂砾地基的渗透变形特点
2.7.6 黏性土地基的渗透变形特点
2.7.7 坑底残积土渗透破坏判别
2.8 砂的液化
2.9 本章小结
2.9.1 土(岩)和地下水的相互作用和影响
2.9.2 土的渗透破坏
2.9.3 粉细砂的液化问题
2.9.4 计算单位问题
第3章 槽孔的稳定
3.1 概述
3.2 非支撑槽孔的稳定
3.2.1 干砂层中挖槽
3.2.2 黏土层内挖槽
3.3 黏土中泥浆槽孔的稳定
3.3.1 稳定分析方法
3.3.2 黏土中挖槽的特殊问题
3.4 砂土中泥浆槽孔的稳定
……
第二篇 深基坑的渗流分析和防渗体设计
第三篇 施工
第四篇 应用
精彩书摘
随着基坑不断向下开挖,降水工作持续进行,上述沉降会持续加大,并且在水平土压力和水压力作用下,基坑支护结构(地下连续墙)会产生向坑内的水平位移和转动。当开挖快接近设计坑底时,基坑的变形和位移可能达到最大值,可能发生支护结构的破坏(通常是踢脚、抗倾覆和圆弧滑动等)。
挖到基坑底部时,如果渗流控制失误,则可能造成坑底地基土的管涌、流土(流砂)和隆起。如果是承压水地基,则坑底可能出现承压水突涌和隆起。
2.地下水对混凝土垫层和混凝土底板的影响
由于承压水的突涌和顶托作用,可能使已经浇筑的混凝土垫层和混凝土底板抬动、上浮或倾斜。
如果发生水泵失去动力(失电)或者由于井的滤水管堵塞,造成水泵停开,地下水位上升,则可能使垫层和底板抬动或倾斜。
还有一些工程,在基坑混凝土底板刚刚浇注完就停止了抽水,致使地下水从混凝土底板的裂缝中排出,有的把白色的氢氧化钙液体都带出来了,使底板的防渗性能完全丧失了。
3.运行期地下水的影响
建筑物建成运行后,地下水的影响有以下几个方面。
1)由于设计、施工质量控制不严格,从一些止水接缝中漏水,或者从混凝土内部渗、漏水。
2)由于邻近建筑物施工降水,导致本身建筑物和地基偏斜、沉降。
4.地下水位突然变化的影响
在施工过程中和运行过程中,都有可能出现地下水位突然上升或下降现象。例如,1995年北京市的官厅水库放水,引起北京从西向东的地下水位上升,上升幅度达到2~3m。因此曾造成西客站某基坑底板上浮,中关村某个正在开挖的基坑冒水。而在东三环昆仑饭店附近的某基坑,改变了原来渗井降水方案,重新采用条桩(支护墙)间高压摆喷止水和在坑底打井降低承压水的方案。
2.4.5岩石中的地下水
1.概述
岩石中的地下水分布和变化规律比较复杂,这里只是介绍一下目前深基坑工程中常见的岩石的残积土和风化岩的地下水(潜水和承压水)的基本情况。
2.残积土和风化岩中的地下水
基岩含水层通常可分为孔隙含水层、裂隙含水层和岩溶含水层。这里研究的是岩石表层风化层和残积土中的孔隙含水层,叫做风化裂隙水。
花岗岩风化岩和残积土中的地下水及其渗透性,因岩性和风化程度不同而有很大区别。例如,在粗粒花岗岩地区,它的表层风化产物多为砾砂、中粗砂,很少有黏性土生成;而在一些细粒火成岩的表层则会生成砂质黏性土或砾质黏性土,它的透水性很小。
岩石的全风化层,风化破碎,结构基本破坏,此层接近于土状风化。而在强风化层和弱(中)风化层中,岩石结构大多破坏,切割成块状,充填物比较少。
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前言/序言
深基坑的挑战与策略:一份关于基坑支护与地下空间开发的关键技术探讨 引言 随着城市化进程的加速和经济的飞速发展,城市地下空间的开发利用已成为缓解地面空间压力、拓展城市功能的重要途径。然而,深基坑工程的涌现,如地铁车站、地下商场、大型停车场、地下隧道等,对工程技术提出了前所未有的挑战。基坑的深度不断增加,周边环境日趋复杂,对土体稳定性、地下水控制、周边环境影响等都提出了更为严苛的要求。其中,基坑的防渗处理是保障深基坑工程安全、经济、高效完成的关键环节,其设计与施工的成败直接关系到整个工程的质量与寿命。 深基坑工程的特性与风险 深基坑工程的显著特征是其开挖深度大,通常远超一般建筑物的基坑深度。这种深度意味着基坑边坡面临巨大的土压力和可能的水压力,若支护结构设计不当或施工质量不高,极易发生边坡失稳、坍塌等事故。同时,深基坑工程往往伴随着复杂的地下水环境。地下水不仅会增加土体的孔隙水压力,降低土体的抗剪强度,还可能对基坑底部的稳定性造成威胁,引发“流砂”或“管涌”等灾害。此外,深基坑的开挖与施工还会对周边已建构筑物、地下管线、地面交通以及环境生态产生不利影响,例如地面沉降、建筑物开裂、地下水位下降等,这些都需要在设计和施工过程中予以充分的考虑和控制。 防渗处理的重要性与目标 在深基坑工程中,防渗处理的核心目的是阻止地下水大规模、不受控地进入基坑,以及防止基坑内的水流失。其重要性体现在以下几个方面: 1. 保障基坑边坡稳定: 地下水是导致边坡失稳的重要因素之一。通过有效的防渗措施,可以降低基坑内外的水位差,减少土体的孔隙水压力,从而显著提高边坡的稳定性,防止滑坡和坍塌。 2. 控制地下水位: 良好的防渗体系能够有效控制地下水位的深度,避免因水位过高导致基坑底部的承载力不足,或对地下构筑物造成损害。 3. 节约抽排水成本: 大规模的抽排水不仅会消耗大量能源,还可能导致周边地区地下水位下降,引发环境问题。有效的防渗措施可以大大减少抽排水的工程量和运行成本。 4. 保护周边环境: 抽排地下水可能导致周边地面沉降,对附近的建筑物、道路、桥梁等造成损害。通过防渗,可以最大程度地减少对周边环境的影响。 5. 提高施工效率与安全性: 一个干燥、稳定的基坑环境,为施工提供了有利条件,有利于机械化作业,提高施工效率,同时也能显著提高施工人员的安全。 防渗技术体系的构成 深基坑的防渗处理是一个系统工程,需要综合运用多种技术手段。通常,一个完整的防渗体系由以下几个主要部分构成: 1. 地下连续墙(Slurry Wall)/排桩(Diaphragm Wall/Pile Wall): 这是最常见也是最有效的深基坑防渗结构之一。地下连续墙通常采用泥浆护壁钻挖或抓斗取土,然后下放钢筋笼,最后浇筑混凝土形成连续的、不透水的墙体。排桩墙则通过桩与桩之间的挤压或填充材料形成连续的防渗界面。这类结构能够深入不透水层,阻隔地下水的侧向渗透,并能承受一定的土压力,兼具围护和防渗的功能。 2. 注浆防渗(Grouting): 注浆是一种将浆液注入土体或岩体裂隙、孔隙中的方法,以填充、固结、封闭,达到防渗、加固的目的。对于深基坑工程,常见的注浆方式包括: 帷幕注浆: 在基坑周边设置一道或多道注浆帷幕,形成一道“防水墙”,阻挡地下水渗透。 固结注浆: 针对基坑底部土体进行注浆,提高其抗渗透性,防止地下水向上涌。 封堵注浆: 用于处理基坑内发现的漏水点或裂缝。 注浆材料的选择至关重要,需要根据土体性质、地下水水文地质条件以及工程要求来确定,常见的有水泥浆、化学浆液(如水玻璃、聚氨酯等)。 3. 防渗膜/防渗土工布(Geomembrane/Geotextile): 在基坑内侧或外部铺设具有低渗透性的高分子材料(如HDPE、PVC等)或复合材料,能够有效地阻止地下水的渗入。防渗膜的铺设需要严密、连续,并注意搭接处的密封处理。 4. 排水与截水措施(Drainage and Interception Measures): 虽然防渗的首要目标是阻止水进入,但在实际工程中,完全阻隔地下水几乎是不可能的。因此,配套的排水和截水措施也必不可少。 基坑内排水: 在基坑底部设置集水井、盲沟等,将少量渗入基坑的水收集并排出。 截水沟/截水墙: 在基坑外部设置,将地下水拦截在基坑外部,减少进入基坑的水量。 设计原则与关键考量 深基坑防渗体的设计是一个复杂且需要高度专业化的过程,其核心原则在于“因地制宜,综合治理”。具体的设计考量包括: 1. 详细的水文地质勘察: 这是防渗设计的基础。需要深入了解工程场地的地层结构、土体渗透系数、地下水位、地下水流向、水压等信息。精度高的水文地质报告是进行科学设计的前提。 2. 围护结构与防渗的协同设计: 防渗结构并非独立存在,它必须与基坑围护结构(如地下连续墙、重力式挡墙、桩墙等)进行协同设计。防渗体要能够与围护结构紧密结合,形成一个整体的防护体系。例如,地下连续墙本身可以作为一道主要的防渗屏障。 3. 防渗帷幕的深度与范围: 防渗帷幕需要延伸到可靠的隔水层或透水性极差的土层中,才能起到有效的阻水作用。其水平范围也需要根据地下水流场模拟结果来确定,以确保围堵效果。 4. 材料选择与性能要求: 针对不同的防渗措施,需要选择合适的材料。例如,注浆材料的黏度、凝结时间、固化后的强度和渗透系数等;防渗膜的厚度、抗拉强度、耐久性等。 5. 施工工艺与质量控制: 防渗体的实际效果很大程度上取决于施工质量。设计方案需要详细规定施工工艺、操作流程、质量检测方法和标准。例如,地下连续墙的槽壁稳定性控制、泥浆性能要求、混凝土灌注质量;注浆的压力、流量、孔距、注浆时间等。 6. 监测与反馈: 在防渗施工过程中及工程运营期间,需要建立有效的监测体系,实时监测基坑内外的地下水位、渗水量、土体变形等参数,以便及时发现问题并进行调整。 施工工艺与技术要点 深基坑防渗体的施工是技术性极强、对精度要求很高的环节。不同的防渗措施对应不同的施工工艺。 地下连续墙施工: 关键在于保持槽壁的稳定,避免塌方。这依赖于泥浆的性能(密度、黏度、触变性)和施工过程中的连续性。钢筋笼的吊装、就位以及混凝土的顺利灌注是保证墙体连续性和密实性的重要环节。 注浆施工: 注浆孔的设计、钻进工艺、浆液配制与输送、注浆压力与流量的控制、以及注浆效果的检验(如注浆孔的封堵时间、注浆量)都是关键。对于帷幕注浆,孔距的设置以及注浆顺序的安排也对整体防渗效果有影响。 防渗膜铺设: 关键在于材料的完整性、搭接处的密封处理(热熔焊接、胶粘等)以及防渗膜在施工过程中的保护,避免其受到机械损伤。 应用领域与前景展望 深基坑防渗技术不仅广泛应用于城市地下交通枢纽(地铁站、隧道)、大型商业综合体、高层建筑的地下室等,还涉及到水利工程(如水库防渗)、环保工程(如垃圾填埋场防渗)、以及工业厂房的地下空间开发等领域。 随着城市地下空间开发的深度和广度的不断拓展,以及对工程安全性、经济性和环保性要求的日益提高,深基坑防渗技术必将朝着更加智能化、绿色化、高效化的方向发展。例如,新材料的应用(如高性能注浆材料、新型复合防渗材料),先进的监测技术(如无线传感器网络、BIM技术在防渗设计与施工中的应用),以及数值模拟技术的不断完善,将为深基坑防渗工程带来更可靠、更经济的解决方案。 结论 深基坑防渗体工程是保障城市地下空间开发的关键技术之一。其设计与施工的成功,依赖于深入的水文地质勘察、科学合理的设计理念、精湛的施工工艺以及严格的质量控制。通过不断的技术创新与实践应用,深基坑防渗技术将继续为城市的可持续发展贡献力量,创造更安全、更宜居的地下空间。