二元结构地基市政工程基坑防渗墙的渗流控制作用研究—张家发

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1、二元结构地基市政工程基坑防渗墙的渗流控制作用研究第八届全国基坑工程研讨会（2014年11月，武汉）张家发范士凯陶宏亮长江科学院武汉市江岸区黄浦大街289#zhangjf@mail.crsri.cn13807107482武汉华太岩土工程有限公司2014-11提要1问题的提出2研究条件与方法3防渗墙对渗流场的作用规律4防渗墙作用效果及其应用的讨论5结语1问题的提出研究对象：临河二元结构地基的市政工程基坑典型：武汉市长江一级阶地的市政工程基坑特点：承压含水层市政工程基坑面临的挑战：地下水作用下基坑工程的安全工期约束和投资效益的追求环境影响控制的要求基坑降水引起的地面沉降和建筑物破损长江

2、科学院九万方试验基地渗流控制失效对周边设施的威胁黄河干流某枢纽工程基坑天然气管道电力塔道路及其他地下管线住宅小区关于市政工程基坑防渗墙的问题防渗墙的作用效果及其规律防渗墙的应用方案及其负面作用与对策2研究方法与条件建立二元结构地基及基坑渗流模型渗流场有限元模拟分析防渗墙贯入度对其作用效果的影响规律防渗墙作用效果及其应用的讨论技术路线方法与条件模型：河道高水位期间的饱和稳定渗流场防渗墙贯入度：防渗墙进入含水层深度与含水层厚度之比（%）软件：三维非均质各向异性稳定渗流场有限元程序S3D（长江科学院自有软件之一）二元结构地基市政工程基坑模型围堰或者堤防挡水，河道水位高于地面10m地层结

3、构参数和渗透性堤身材料透水性强，依靠垂直防渗墙防渗忽略基坑（堤轴线）方向长度的影响（基坑位置及尺寸）离基坑800m远处地下水位恒定为地面高程防渗墙贯入度%：0，50，60，70，80，90，95，98，99，1003防渗墙对渗流场的作用规律基坑渗流场分布对比（1）基坑渗流场分布对比（2）基坑垂直出逸比降随防渗墙贯入度的变化基坑涌水量随防渗墙贯入度的变化基坑水平出逸比降随防渗墙贯入度的变化防渗墙底面及其对应位置含水层底板水平比降随防渗墙贯入度的变化堤脚垂直出逸比降随防渗墙贯入度的变化4防渗墙作用效果及其应用的讨论4.1悬挂式防渗墙渗流控制效果及遏制渗透破坏扩展的作用4.2落底式防渗

4、墙的效果与安全风险4.3超前排水的必要性及回灌井淤堵问题解决方案1.渗流场控制效果主要限于防渗墙附近；2.可用以抑制管涌险情的扩展。张家发，吴昌瑜，朱国胜.堤基渗透变形扩展过程及悬挂式防渗墙控制作用的试验模拟(J).水利学报，2002（9）：108-111.张家发，朱国胜，曹敦侣.堤基渗透变形扩展过程和悬挂式防渗墙控制作用的数值模拟研究(J).长江科学院院报.2004（6）：47-50.刘丹珠，张家发，李少龙，等.基于土拱理论的土体坍塌机理研究(J).长江科学院院报，2011（5）：35-41,45.刘丹珠，张家发，李少龙，等.考虑土体坍塌的单层堤基管涌数值模拟研究(J).长江科

5、学院院报，2012（10）：98-101.后续开展研究的单位，也都有类似结论：清华大学同济大学河海大学中国水利水电科学研究院南京水利科学研究院4.1悬挂式防渗墙渗流控制效果及遏制渗透破坏扩展的作用4.2落底式防渗墙的效果与安全风险落底式防渗墙渗控效果取决于墙体质量，以及是否与防渗底板组成可靠的体系。落底式防渗墙渗控效果不佳的例子太多，给人印象太深！落底式防渗墙承担的水压力和渗透比降高，一旦出现缺陷，地下水作用强烈而且迅速，危害性大！实例1：湖北咸宁长江干堤邱家湾段-许季军，肖利，张伟，咸宁长江干堤邱家湾段防渗墙渗控效果分析报告（R）,长江科学院，2001.防渗墙前后水位差别不大，

6、且均与长江水位同步变化覆盖层：粘性土/粉细砂/中细砂/砂砾石基岩：侏罗系泥质粉砂岩、粉砂质粘土岩设计要求抓斗法施工的防渗墙嵌岩深度为0.5m，没有考虑实际基岩风化带厚度；“落底式”防渗墙建成后，渗控效果不好，被迫补强，并为堤防工程增补了其他加固措施。实例2：广东北江大堤石角段-张挺、曹洪等，北江大堤石角堤段防渗工程效果分析(J)，岩石力学与工程学报，2009（11）：2235-2241高喷防渗墙，底高程没有针对实际基岩风化带厚度确定钻孔电视见到基岩风化带和冲蚀沟槽被迫多次补强，并增加了减压井措施覆盖层：粘性土/粉细砂/中粗砂/砾砂/卵砾石基岩：第三系粉砂岩夹砾岩测压管水位与江水位

7、线性相关，仍然出现管涌险情松散土层覆盖的基岩面广东韶关丹霞山福建武夷山基岩风化壳基岩侵蚀面灰岩：岩溶陆相碎屑岩侵蚀面：结构面，沟槽、洞穴武汉市第四系覆盖于灰岩、或者陆相碎屑岩之上，将基岩作为防渗底板，需要针对性地考虑防渗底线深度，以及施工工法的可靠性！防渗体系缺口越小，土体渗透破坏的可能性越大缺口部位的集中渗流会在一定范围之外消散。但是：管涌型土会在缺口部位产生管涌，集中渗流和管涌破坏区域逐渐扩大；如果缺口部位接近基坑开挖面，或者与防渗墙的侧面接触缝连通，无论是管涌土还是非管涌土