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上世纪50年代末至90年代,深层地下水回灌技术在我国治理地面沉降方面颇有成效,近20年来,随着城市建设迅猛发展,深层基坑降水加大,地面荷载不断增加,使得长三角、珠三角和环渤海等大中型城市基坑降水与地面沉降矛盾十分突出,为抑制深层基坑降水对地面沉降的影响,在大型、超大型工程降水基坑外回灌地下水技术成为亟待解决的热点问题。 本文以现场试验和工程实例剖析为基础,针对大型、超大型深基坑降水施工过程中,引发的基坑周边变形等地下水环境问题,系统分析了深基坑工程的降水与地下水回灌机理及工艺过程,深入研究了回灌井的回灌模式,解决了回灌井设计、施工和运行中的工程技术难题。 在总结大量工程实践基础上,从防止地面沉降的目的出发,剖析了基坑工程特征,以基坑开挖方式、基坑内地下水类型(潜水、承压水)、降水井深度、基坑周边止水帷幕深度以及回灌井的位置与回灌深度等作为主要分类指标,并结合基坑地层结构和岩土工程特征,将深基坑回灌工程划分了17种深基坑降水回灌模式。 针对所建立的深基坑降水回灌模式以及开展的回灌试验和已经开展的项目案例,建立了基坑降水回灌渗流模型和计算方法,在此基础上,开展了基坑地下水水位控制、止水帷幕深度和回灌水位的优化研究,直接用于项目建设优化设计方案。 对深基坑降水回灌工程系统进行了设计、施工与运行技术研究,针对典型地区编制了《上海市深基坑工程地下水回灌技术规程》,可为其他地区参考与借鉴。 除上述研究成果外,还取得的一些工程经验,表现在: 1、有效控制基坑周围地下水位是控制因降水工程引起周围地面沉降的关键,地下水回灌技术的成败是控制基坑周围地下水位的直接手段。 2、降水井宜布置在基坑内,降水井过滤器宜埋置于止水帷幕深度之内,井深小于止水帷幕底至少5米,以增加渗透途径,充分发挥止水帷幕作用,使坑外地下水水位降低较小。 3、大量的现场试验和工程实践表明:浅层回灌井井径需要大于或等于800mm、过滤器孔隙率需大于30%、采用双层过滤器成井工艺、优质粘土和砼压密注浆方法止水方式是当前条件下浅层回灌井的优化方案。该方案已经形成了定型设备,可自动化地采用原基坑水回灌,回灌压力、监测和运行模式已定式化。 4、成功地解决了基坑降水地下水回灌技术难题,包括回灌井的成孔与成井技术以及回灌技术;充分结合基坑含水层渗透性和基坑降水井及回灌井的水位,将真空回灌和压力回灌技术进行优化回灌,控制降水量和回灌量,回灌井应用于基坑周围环境控制效果较好。 本人将上述研究成果,应用于澳门大学过海隧道基坑围护设计,以及上海盛大中心基坑降水等20余项工程项目实践中,与传统方法相比,节省了大量资金,使工期缩短,地下障碍物减少,取得了明显的社会、经济、环境效益,促进了国家和地方经济的可持续发展。