混合井降水数值模拟及抽水机理分析

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在水文地质条件复杂、地下水位偏高的地区进行基坑开挖施工,为避免基坑在开挖过程中产生流砂、管涌、基坑壁土体坍塌现象,防止发生与地下水有关的土体渗透变形,保证基坑施工的安全稳定和顺利进行,不仅要考虑支护方法的可靠性与经济性,还必须重视基坑降水工程,确保基坑降水效果。   本文以天津市高银Metropolitan中央商务区一期基坑降水工程项目为依托,以丰富、详实的现场水位监测数据为基础,利用VisualModflow软件作为研究工具建立数值模型,模拟基坑在两个不同阶段的地下水水位变化情况,并着重研究混合井抽水机理。   首先,本文介绍了天津市高银Metropolitan中央商务区项目的基本情况,拟建建筑物由117主塔楼、外围7栋塔楼、通道楼及各塔楼之间的纯地下室组成。其中主体部分117塔楼是一幢大型超高层建筑,总建筑面积约37万平方米,其地上共117层,建筑高度约597m,基坑开挖深达26m,属超大超深基坑,并且详细介绍了该工程场区的地层分布,水文地质条件。   其次,本文详细介绍了基坑降水设计方案。根据工程场区的地层分布,水文地质条件,拟开挖深度,初步制定降水方案。随后通过现场的抽水试验来确定水文地质参数,并系统的介绍了参数的提取过程,为准确确定孔隙承压含水层的水文地质参数,在现场进行了单井多孔1~2个落程的抽水试验,抽水试验为承压完整井稳定流抽水试验,接着对基坑进行抗承压水突涌稳定性验算,阐述基坑降水的必要性,并结合场地的特点,针对不同的水体采取了不同的治理措施和降水措施。前期采用混合开采井同时对两个承压含水层水体进行减压治理,后期施工降水井主要采用减压井和疏干井并结合前期混合降水井共同治理地下承压水。   第三,本文利用visual Modflow软件建立数值模型对混合降水井加以研究。模拟基坑在以下两个不同阶段时的地下水位变化:第一阶段,基坑AB区地下连续墙尚未施工,第一承压含水层与第二承压含水层均与外界保持着畅通的水力联系,该阶段模拟期为一个月;第二阶段,基坑AB区的地下连续墙与桩基施工完成,第一承压含水层与外界的水力联系被完全切断,含水层从有压变为无压,第二承压含水层不受影响,依然与外界保持着畅通的水力联系,本阶段模拟期间为两个月。通过以上模拟结果与现场实测水位数据的对比分析,说明所建立的数值模型较为可靠,能够如实的反应混合井所发挥的作用。   第四,通过两个模拟期间地下水的运动状态分析混合井的抽水机理。第一阶段,第一承压含水层中的水体在开启的混合降水井井管中的运动方向为沿井管向下,在未开启的混合降水井井管中的运动方向为水平或者向下。第二阶段,在开启的混合降水井中,第一承压含水层中的水体在井管中的运动方向与第一阶段相同,沿井管向下。在未开启的混合降水井中的运动方向根据实际水位状况会有两种情况,第一种情况,当第二承压含水层水头值低于第一承压含水层中水体在渗流过程中达到稳定时的水位值时,第一承压含水层中的水体会由于自身的水力梯度汇入降水井管中,最终再次达到稳定,此时的运动方向为水平或者向下;第二种情况,当第二承压含水层水头值高于第一承压含水层中水体在渗流过程中达到稳定时的水位值时,第一承压含水层的水体会得到第二承压含水层持续的补给,此时的运动方向为背离降水井方向向四周辐射。   最后,本文阐述了模型模拟结果对117塔楼基坑降水工程的指导意义。若D区地下连续墙的施工出现问题,导致第二承压含水层没有被完全隔断,局部与外界保持连通,承压水压力仍然存在,会影响基坑的安全。利用数值模型可以计算第二承压含水层的水头,验算基坑是否安全,以便提前采取措施保证基坑的安全。
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