一、地下水相关概念:
(一)含水层、隔水层、弱透水层
饱水岩层中,根据岩层给水与透水能力而进行的划分,具有相对性:
1.含水层(Aquifer):是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土,砂岩等。
2.隔水层(Aquifuge):不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土(致密)
3.弱透水层(Aquitard):渗透性很差,给出的水量微不足道,但在较大水力梯度作用下,具有一定的透水能力的岩层——各种粘土,泥质粉砂岩、砂质页岩。
(二)上层滞水、潜水、承压水
1.上层滞水:当包气带存在局部隔水层(弱透水层)时,局部隔水层(弱透水层)上会积聚具有自由水面的重力水,这便是上层滞水。一般雨季获得补充,积存一定水量,旱季水量逐渐耗失。
2.潜水:饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。潜水没有隔水顶板,或者只有局部的隔水顶板,潜水的表面为自由水面,称作潜水面;从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋深深度。
图1 潜水、承压水及上层滞水
3.承压水:是指充满于两个隔水层(弱透水层)之间的含水层中的水。上、下均为连续的隔水层,分别是隔水顶板和隔水底板,两者之间的距离为该承压含水层厚度。承压性是承压水的重要特性,只有钻孔揭穿含水层顶板时,才可见承压水,水位将顺着钻孔上升到含水层顶板以上一定高度,高出含水层顶板的距离便是承压水头。如果钻孔中的水位高出地表,钻孔能够自溢出水。
承压水对基坑底板和基坑施工的危害较大,一般由于埋深大、水头高、水量大等因素,给深基坑的治水工作带来一定的困难。
图2 潜水、承压水及上层滞水
图3 基岩自流盆地中的承压水
二、地下水对基坑工程的影响
据不完全统计,地下工程事故85%与地下水控制不当有关。
1.突涌
图4 突涌
当基底以下存在承压含水层,基坑开挖减小了含水层上覆隔水层的厚度,当上覆土重小于承压水的顶托力时,承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板,造成突涌。
2.管涌
图5 管涌
地基土在具有一定渗流速度(或梯度)的水流作用下,其细小颗粒被冲走,土中的空隙逐渐增大,慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道,从而掏空地基或坝体,使之变形、失稳,此现象即为管涌。一般发生在无粘性土层中。
3.突涌与管涌的区别
图6 突涌管涌区别
地基土在具有一定渗流速度(或梯度)的水流作用下,其细小颗粒被冲走,土中的空隙逐渐增大,慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道,从而掏空地基或坝体,使之变形、失稳,此现象即为管涌。一般发生在砂性地层。
图7 突涌管涌示意图
图8 管涌成因示意图(单位:m)
4.帷幕渗漏、地面塌陷
图9 帷幕渗漏
图10 基坑渗漏造成外侧地面塌陷
5.地面沉降
图11 地面沉降
降水引发地面沉降主要是地层失水后引起土体的压密固结,一般认为砂层的压缩量极小,且很快趋于稳定,而粘性土层压缩量大,固结沉降完成需要较长时间。
水位下降引起的地面沉降一般是均匀沉降;地层土体流失引起的是不均匀沉降,一般引起地面沉陷。
6.边坡滑移
图12 边坡滑移
7.挖机沉陷、影响施工效率
图13 挖机沉陷
图14 挖机沉陷
三、地下水与社会效益及经济效益
1.郑机城际铁路新郑机场站
2.杭州庆春路过江隧道
原设计围护结构为地下连续墙,施工成本超过1.3亿;更改为放坡+降水,放坡施工成本低于6000万元,工期缩短2个月以上。充分发挥了混凝土的自防水效果,提高了结构的防水性能。
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