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地下水的優點范文1
Abstract: In the engineering of underground cavern excavation, due to the original structure in rock mass, plus stress redistribute and concentrate after the excavation of cavern, and again, the influence of explosive, thus, the rock loose circle will form inside certain limits of the top cavern. The excavation ofa hydropower station underground workshop has two schemes, one is middle drift first and the other one is bilateral drift first. In order to obtain the better method, this thesis utilizes finite element method andrefers to the similar engineering, method one has been chosen.
關鍵詞:地下洞室開挖;中導洞先行;有限元;頂拱開挖
Key words: underground cavern excavation;the excavation of the crown;finite element;middle drift first
中圖分類號:TU9 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)01-0087-02
1工程概況
某水電站是金沙江河流規劃中最下游一級巨型電站,電站裝機容量6000MW,以發電為主,兼顧防洪、灌溉和攔沙,同時改善上、下游通航條件,并具有為上游梯級電站進行反調節的作用。樞紐建筑物主要有混凝土重力壩、左岸壩后廠房、右岸地下廠房、左岸通航建筑物和兩岸灌溉取水口等。
2施工區工程地質
主廠房水平埋深126m~371m,鉛直埋深110m~220m,廠房洞軸線走向NE30°,廠區巖層產狀一般為60°~80°/SE∠15°~20°,廠房洞軸線與巖層成30°~50°夾角。主廠房地質條件復雜,巖層較差,有不穩定塊體,地下水較為豐富,巖石透水性較好。主廠房第Ⅰ層頂拱巖性主要為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖透鏡體及粗砂巖;巖層產狀較平緩,傾角15°~20°,層狀結構面對頂拱穩定影響較大,較易形成掉塊或塌方;洞室頂拱以Ⅱ類圍巖為主,有部分圍巖為Ⅲ~Ⅳ類,廠房洞內出露的主要軟弱夾層有JC2-2、JC2-3和JC2-4。JC2-2和JC2-3出露于4號機洞段頂拱、邊(端)墻。JC2-4于廠房上、下游邊墻出露。安裝間頂拱上部分布有JC2-1,距頂拱的最小距離約6m,以8°~10°的傾角沿廠房軸線向NE側邊墻逐漸抬高。
3頂拱層開挖施工方式選擇
在地下洞室開挖中,由于巖體中原有結構面的存在,再加上洞室開挖后應力重新分布與集中,以及爆破作業的影響,在洞室頂部一定范圍內會形成巖石松散圈(破壞圈),當洞室跨度不太大,并且布置在堅硬完整巖石中時,松散圈內巖石相互擠壓,將在洞室輪廓線外形成一個天然的巖石拱,但對于跨度大、頂拱比較平緩的地下廠房,將不利于承重巖石拱的形成。在開挖過程中,頂拱并不能依靠自身的應力調整形成具有自承能力的自然拱,要維持頂拱穩定,更多的要依靠支護的懸吊作用,當受到爆破開挖沖擊荷載作用的時候,頂拱周圍巖體還要考慮慣性力的作用,其受力狀況相比具有自承能力的巖石拱而言,將要惡劣的多。因此,對于類似該水電站工程的大跨度地下廠房頂拱層,選擇何種施工程序和開挖方法,以及如何處理開挖與支護的關系、選擇合適的支護時機,都是亟待解決的關鍵工程技術問題。
3.1 頂拱受力特性分析在受力特征分析的基礎上,利用有限元計算,對比分析不同開挖方法下廠房頂拱各特征部位的應力、位移特征,并根據動態力學特性分析結果,提出合理的大跨地下廠房頂拱層施工程序及方法。在實際施工中,針對頂拱層開挖成型質量及施工進度,并結合爆破振動監測、松動圈檢測、收斂觀測等成果,對該工程地下廠房頂拱層總體開挖效果作出評價,以確定合理的大跨地下廠房頂拱層施工程序和開挖方法。
3.1.1 理論分析在地下洞室開挖中,由于巖體中原有結構面的存在,再加上洞室開挖后應力重新分布與集中,以及爆破作業的影響,在洞室頂部一定范圍內會形成巖石松散圈(破壞圈),在一定情況下,巖石松散圈可能與巖體分離,并試圖向坑道的的方向移動,巖石的內聚力阻止這一移動,當巖石的內聚力不足以阻礙松散圈的移動時,坑道頂部就可能發生塌方。按照M.M.普羅托奇雅科洛夫(普氏)的山巖壓力理論,當坑道開挖時在其上部形成的塌方上部邊界具有拋物線的形狀,并叫做壓力拱。當洞室跨度不太大,并且布置在堅硬完整巖石中時,松散圈內巖石相互擠壓,將在洞室輪廓線外形成一個天然的巖石拱,并承受因自重而產生的主要荷載;而當巖石地質條件不夠理想時,塌落拱本身不能承受自身重量,也就不具有自穩能力,承重巖石拱將從塌落拱外緣開始形成,在這種情況下必須對松散圈內巖石進行加固,以促使自然拱的內邊界移向隧洞的輪廓線。從上面有關自然拱的理論可以看出,隧洞頂部巖石承重拱的形成主要取決于四個因素:巖石地質條件、洞室跨度、洞室上部輪廓形狀和圍巖加固手段,對于同處于完整堅硬巖石中的洞室,跨度小的高拱隧洞比較容易形成巖石拱,但對于跨度大、頂拱比較平緩的地下廠房,將不利于承重巖石拱的形成。對于隧洞上部的塌落拱范圍內的巖石,可以看作是在本身自重作用下產生變形的拱,而對于頂拱平緩的地下廠房,這種巖石拱更應被看作是一種梁的形式,很顯然,這種“梁”的受力狀況是不如拱形巖石圈的。廠房頂部的松散圈類似于一個“巖石梁”,在利用錨桿加固時,下部巖石重量基本上由其上部巖石承受,換句話說,深層部位的巖石通過一根根鋼筋將下部的“巖石梁”懸吊住,這有點象橋梁中的“懸索橋”,這時錨桿所起的作用是一種懸吊作用。廠房頂拱的這種“巖石梁”特性對開挖是不利的,因為在開挖過程中,頂拱并不能依靠自身的應力調整形成具有自承能力的自然拱,要維持頂拱穩定,更多的要依靠支護的懸吊作用,當受到爆破開挖沖擊荷載作用的時候,頂拱周圍巖體還要考慮慣性力的作用,其受力狀況相比具有自承能力的巖石拱而言,將要惡劣的多,所以在洞室開挖過程中,除設計中既有的錨桿支護數量外,還要對巖石加強支護,特別是對一些潛在的不穩定楔形體和拱頂部位,要加大錨桿的長度,必要時還要采取預應力錨桿和錨索的支護措施。
3.1.2 有限元分析利用ANSYS有限元計算軟件針對不同斷面洞室進行應力計算分析,計算模型的選取以該工程一小斷面隧洞和地下廠房頂拱層開挖作為參考原型。計算選用平面應變分析方法,模型考慮線彈性,只考慮重力的作用,巖石物理力學參數選取如下:彈性模量20Gpa,泊松比0.22,密度2700kg/m3。計算得出的應力等值線圖如圖1、2所示。由圖1中可看出,在小隧洞的拱頂部位出現了比較連續的水平壓應力區,并且等值線呈現與拱頂輪廓線平行的趨勢,隧洞巖體的相互擠壓將其所受的豎直方向的壓應力向拱座的方向傳遞,計算結果在一定程度上反映了隧洞上方巖石拱的形成機理。而對于跨度較大的地下廠房,情況則不一樣了,從圖2中可看出,在拱頂一定范圍內出現了水平拉應力,而且在洞頂輪廓線外壓應力區的應力等值線并不是沿著洞室輪廓線的方向,這說明在洞頂并沒有形成可以改善受力的巖石拱。從計算結果還可看出,在廠房拱角和拱座附近存在比較嚴重的壓應力集中,這也是值得注意的問題。
3.1.3 頂拱層不同開挖程序的有限元分析利用ANSYS有限元計算軟件對廠房頂拱在兩種開挖方法下的應力分布進行分析,考慮中導洞領先和兩側導洞超前兩種情況,最終計算得到的應力分布情況如圖3、圖4所示。從圖3中反映的應力分布情況來看,兩側導洞超前洞周應力狀況還是比較良好的,只是在兩個拱角部位有比較明顯的應力集中,中間保留巖柱部分存在豎直向的壓應力,這和東風主變室頂拱施工中的情況是吻合的。采用中導洞領先時,雖然洞室跨度減小了,但因為洞室形狀近似于矩形,受力情況不理想,從圖4中可看出,洞室頂部在拱冠部位存在一定的水平拉應力區,但范圍并不大,但是豎直向卻存在較大范圍的拉應力區,這可能是由于中導上部輪廓近乎是直線,所以頂部并沒有形成比較明顯的到達洞室邊墻外側的巖石拱(壓應力區),導致導洞頂部松散圈范圍比較大,四個邊角部位有明顯的應力集中,在施工中必須采取措施避免這種情況的出現。
3.2 廠房頂拱層開挖方案比選從理論分析的結果來看,廠房頂拱層在開挖后存在兩個比較薄弱的地方:一個是拱座存在應力集中,而另一個就是拱冠部位可能存在的松散巖石圈。從這兩個基點出發可以很容易得出對開挖程序的兩種不同考慮:①先挖廠房兩側,提前加固拱座,增加施工期安全;②先挖中間導洞,減小一次開挖跨度,以保證廠房拱冠部位的局部穩定。以上兩種方法的出發點都是為了保證廠房頂拱在施工期的安全,并且在實際施工中都有采用,對15座可以收集到資料的地下廠房頂拱層開挖方式進行統計,結果如下:采用兩側導洞超前開挖的工程有:十三陵、大朝山、龍灘,共3個;采用中導洞超前開挖的工程有:小灣、瀑布溝、廣蓄一期、小浪底、二灘、大廣壩、東風、水布埡、三板溪、百色、索風營、瑯琊山,共12個。在東風水電站建設過程中,為了研究廠房頂拱層的開挖程序問題,先期在主變室頂層開挖時作了試驗。在主變室頂層開挖時,首先考慮采用了兩側導洞超前的開挖方法,但在施工中發現了不少問題:①兩側導洞開挖后,中間巖柱受應力過分集中,非但沒有起到支撐圍巖的作用,反而在爆破中間巖柱時引起頂拱變形的突增(下沉達3.52cm),在龍灘地下廠房的開挖過程中也出現了類似情況;②中間巖柱對兩側導洞施工干擾較大,大型施工機械在導洞內無足夠的回轉余地;③雙側導洞開挖后,擴挖中部時頂拱輪廓線與兩邊已成輪廓線銜接部位的小三角體造孔困難,易形成頂部超欠挖,影響光面爆破質量,同時壁面巖石局部產生應力集中發生掉塊影響施工安全。因為上述種種原因,所以在廠房施工時改用了中導洞超前的施工方法。
4開挖施工程序選擇
從實例分析,針對該工程可以得出以下結論:①地下廠房頂拱層開挖過程中,最危險的部位是拱冠部位,施工中必須采取適當的措施保證拱頂部位的穩定,在拱頂暴露后應及時對其進行支護,而且支護參數可能要考慮開挖爆破的影響,在設計支護的基礎上予以加強;②頂拱開挖以中導洞超前為宜,由于頂拱比較平緩,并不能很有效的在頂拱淺處形成承重巖石拱,這使得中部巖石的豎直向荷載并不能通過拱的作用很快傳于拱座,所以提前加固拱座意義不大;另外,當采用兩側導洞超前的施工方法時,中間保留巖柱的壓應力集中使得在后續拆除時,頂拱產生比較大的位移變形;③從方便施工的角度考慮,中導領先有利于大型施工機械的展開,主要是中導開挖后,兩側擴挖過程中,可以使得兩個工作面上的開挖作業實現有序銜接;④頂拱層兩側擴挖后要及時對拱角進行支護加固,以保證頂拱開挖支護后的整體穩定。
參考文獻:
[1]G H Shi. Discontinuous deformation analysis:a new numerical model for the statics and dynamics deformable block structures.Engineering Computations.1992.9(2).
地下水的優點范文2
關鍵字:市政工程 降排水設計 施工技術
在工程基坑及溝槽開挖施工中,因地下含水層遭到破壞,其勢必會導致施工范圍內積水,加之地表水滲入,則其勢必會嚴重影響工程施工安全及施工進度。則筆者認為應該及時完善工程施工中的降排水設計,通過降低地下水水位、穩定工程基坑邊坡及坑壁、穩定基坑坑底等手段,防止基坑塌方或滑坡及管涌或流沙等病害對工程施工安全及施工進度的影響。
一、市政工程施工降排水
(一)施工降排水基本設計要求
1.若土方施工受到地下水的影響,則應該進行降排水量計算
選定降排水方法;豎向及平面布置排水系統;隨時監測抽水機械數量和選型及排水系統平面布置;降水井構造;排放管渠斷面、構造及坡度;井點系統構造及組合;電滲排水電極及設施。工程沿線地上管線、地下管線、周邊工程設施保護措施及工程施工安全保障措施。基坑范圍內降水深度設計值應比基坑地面≥0.5m。
2.平面布置降水井
溝槽兩側面雙排降水井或單排降水井與否應以實際計算結果為依據。就溝槽底部而言,降水井外延長度需等同于1-2倍溝槽寬度,但地下水排泄方向長度可適當減少、地下水補給方向長度可適當增加。
3.若工程降排水施工方法為明溝排水,則排水井最好布置于溝槽以外范圍內,但排水井與溝槽間間距應該被控制在150m范圍內。待降排水抽水作業完畢,拔除井點管及降水井預留孔洞應及時被填實,填實材料為砂石等。針對地下水靜水位上部預留孔洞,應及時使用粘土填實。
(二)施工降排水方法
因水文、地理、地質等環境差異普遍存在,則施工降排水方法應以土層滲透系數、地質情況、工程占地面積及坑槽深度等為依據加以確定,以此確保工程降排水方法的實用性、有效性、安全性及可靠性等。關于不同的工程施工降排水方法,其均只有一個目的,即排除工程施工范圍內積水、改善工程施工環境、提高工程施工安全、確保工程施工進度、提升工程施工質量等?,F階段,我國工程施工中較為常用的降排水施工方法有人工降低地下水位、明溝排水??紤]到工程量、施工進度及經濟性等因素,在本案,筆者以明溝排水為主要研究對象,探析市政工程降排水設計問題。
二、市政工程中明溝排水設計
明溝排水憑借自身經濟性高、操作簡單等優勢而被廣泛應用于市政工程施工中。通常情況下,市政工程常見降排水方法為明溝排水、深溝排水、排水井排水等,在本案,筆者就明溝排水法的兩個具體施工方法做簡要闡釋。
(一)普通明溝排水
普通明溝排水法要求于開挖基坑中部或于其1、2、4側挖出一排水明溝,并與排水明溝內每間隔30-40m或其四角設置一集水井,從而實現地下水均流入該集水井,并用水泵排除集水井內積水。
集水井及排水溝均應于地下水位被發現之前設置完畢。集水井及排水溝均應設置于基礎輪廓之外,且排水溝邊緣與坡腳間間距應≥0.3m。排水溝深度應低于挖土面0.3-0.4m。集水井應低于排水溝≥0.5m,亦或比抽水泵進水閥高度更高,且集水井深度應根據基坑開挖深度變化而變化。地下水位應比開挖基坑底部低0.5m。于基坑一側設置排水溝,注意排水溝應位于地下水上游。通過情況下,若基坑面積較小,則排水溝深度應為0.3-0.6、底寬應≥0.3m、水溝邊坡是1.1-1.5、溝底縱坡為0.2-0.8%,以此確保水流暢通。集水井截面位于0.6*0.6-0.8*0.8m范圍內,且使用鋼筋籠、竹籠、木板或木方對井壁做支撐加固處理?;匾韵戮准庸滩牧蠎獮槁咽蛩槭?,加固厚度約為20cm、水泵抽水水龍頭應設置有濾網,以防泥沙滑入水泵而影響排水系統的正常運行。集水井抽水作業的連續性應得到保證,即抽水作業開始與結束應一氣呵成。
若工程基坑土層滲水性強,則水泵出水管口應于基坑保持足夠遠的距離,以此規避抽水管內水回流至基坑內。此外,因抽出集水井積水時將有助于降低鄰近基坑內水位,則筆者認為有必要多個工程基坑集水井抽水同時開工,以此提高工程施工進度、減少工程量、節省工程施工成本投入等。普通明溝排水法的優點很多,可簡單歸納為施工設備簡單、施工方便、施工成本投入低、施工管理維護難度系數不大等,正是憑著其眾多優點,普通明溝排水法在現代市政工程施工中得到最為廣泛的應用。普通明溝排水法最佳應用條件為地下水不豐富、土質情況好、中等面積及一般基礎工程基坑等。
(二)分層明溝排水
若基坑開挖土層涉及眾多較多,且土層中部存在強透水性的砂類土層,則應于基坑邊坡位置設置2-3層集水井或明溝,對土層內地下水分層阻截并排除,以防上層地下水因沖刷基坑下部邊坡而造成基坑塌方等事故的發生。集水井及排水溝設置規格及設置方法基本等同于普通明溝排水方法。但是,在工程基坑分層明溝排水施工中,應該最大化規避因上層排水溝地下水流入下層排水溝而導致基坑下部邊坡被掏空,以防基坑塌方事故的發生。實踐證明,分層明溝排水存在眾多優點,即減少基坑邊坡揚程及高度、穩定基坑邊坡等。但是,分層明溝排水亦存在 不少缺點,如土方量大、土方開挖面積大等。分層明溝排水最佳應用條件為地下水位高、深度達、基坑上部存在透水性強的土層等。
結束語
地下水位于地下含水層,其主要以自由水、結合水及水汽三種形態存在于自然界。地下水位增加往往直接受到天然降水量的直接性影響。隨著城市化進程的加快,市政工程規模越來越大,則優化市政工程降排水設計、排除施工現場地下水位及地表水、保證工程施工質量及施工安全勢在必行。
參考文獻:
[1] 蔣定國,龍軍飛,劉偉等.多層地質結構條件下基坑開挖降排水設計與施工[J].施工技術,2012,41(19):34-36,58.
[2] 黃詠刊.試論市政工程中給水排水工程施工技術及注意事項[J].城市建設理論研究(電子版),2012,(16).
地下水的優點范文3
【關鍵詞】反坡排水技術;大坡度小斷面;隧洞排水;應用分析
引言
道真縣換金壩排洪隧洞工程進口端為下坡道開挖,出口端為上坡道開挖。上坡道開挖,隧洞兩側設邊溝,地下水沿隧洞底板坡度自流出隧洞;下坡道開挖時,地下水無法自流出隧洞,必須采用反坡排水,即地下水先沿隧洞兩側邊溝匯集至集水坑,再用抽水設備抽排至洞外。
1 工程概況
道真縣換金壩排洪隧洞工程位于道真縣玉溪鎮換金壩村境內,進口位于玉溪河與巴漁河交匯處,距道真縣城約4公里,出口位于洋渡水庫庫區黃板石。換金壩排洪隧洞全長3862m,進口底板高程595.00m,出口底板高程470.00m,設計底坡3.23%,無壓隧洞,城門洞形,底寬4.5m,洞高5.0m。
2 工程地質
換金壩排洪隧洞洞線下穿三迭系下統嘉陵江組(T1j)地層,巖性以薄層至中厚層塊狀白云質灰巖、灰巖為主,巖層產狀N10~20°E/NW∠14~29°。換金壩排洪隧洞工程區域地層地表出露面積大,地表巖溶洼地分布較多,巖溶較為發育,且洞線位于地下水位以下,地下水含水類型為巖溶裂隙水,隧洞開挖時會產生滲水涌水,地下水枯季涌水量為300~400T/d,施工中應加強排水。
3 主要的排水方式選擇
洞內反坡排水方式,根據坡度、滲水量和設備情況,分段接力式或一站式排出洞外。根據本隧道的實際情況,擬在施工中采用的反坡排水系統布置方式有兩種:
3.1 分段接力式反坡排水
分段接力式反坡排水是洞內均勻布置集水坑,選擇低揚程抽水泵將洞內滲水從距離掌子面最近的一個集水坑通過接力方式逐步抽排出洞外。如下圖1:
此排水方式的優點:設備選型容易,抽排水能力強;缺點:所需集水坑和抽水水泵較多,若某一水泵出問題,將影響整條抽水系統效率,系統維護工作量大。
3.2 一站式反坡排水
一站式反坡排水,用小功率水泵將開挖面的積水抽到最近的集水坑內,再用高揚程大功率的水泵通過排水管道一站抽排至洞外,如下圖2:
圖2 長距離采用的反坡排水方式示意圖
這種方式的優點:所需抽水設備較少,管理方便,抽水穩定;缺點:抽水揚程較大,水泵選型困難,水泵功率大,對電的要求高。
3.3 反坡排水方式選定
通過對以上兩種反坡排水方式進行比較分析,本工程選定一站式反坡排水方式排水。
4 設備選型配套
4.1 抽水設備選擇
隧道排水主要為隧洞滲水及施工用水。水質除地下水的本身成分外,主要還有巖石、石屑、泥漿等,所以除考慮到需排出的水量外,還應考慮到排水的成分組成。
洞內地下水水量隨著掘挖長度增長逐漸增多,在水泵選型上,應充分考慮到地下水和施工排水水量總和,并預留一定的盈余量。本工程選用抽排水設備為高揚程無堵塞排污潛水泵。
地下水涌水量為300~400T/d,即:12.5~17m?/h;隧洞只有兩個工作面,單向平均開挖1931m,落差達62.5m。根據以上地下水量和抽水落差,選用WQ20-90/3-11型高揚程無堵塞排污潛水泵(主要技術參數:額定流量20m?,揚程90m,功率11kw)基本滿足抽排水要求。但在施工過程中難以避免會有特殊因素的短暫影響,如工地停電、雨季施工等、排水管爆裂等,導致地下水匯集過多,抽水設備抽水能力不夠,地下水抽排不出或抽排時間過長,影響掌子面正常施工,因此備用一臺抽水能力更強的抽水設備,擬備用WQ30-100/4-15型高揚程無堵塞排污潛水泵(主要技術參數:額定流量30m?,揚程100m,功率15kw)。
掌子面至集水坑段,采用移動輕便水泵,實際操作根據水量大小在數量上予以增減。
4.2 排水管路選擇
根據地下水水量,并考慮一定的盈余量,集水坑至洞外段選用與以上抽水設備配套的管路(Φ75mm塑料管)為排水管路,為防止管內水回灌,在管路上安裝止回閥。掌子面至集水坑段選用Φ50mm塑料管或消防水管。
4.3 集水坑設置
集水坑布設在距掌子面150m~200m位置,容積為5~10m?,集水坑內水泵周圍設鋼絲網保護,攔截洞內雜物,集水坑定期清理淤泥。本工程采用無軌運輸出碴,集水坑布設盡量利用洞內會車道增大集水坑容積,使抽排水間隔時間增長,可減少短時間抽排水系統故障對施工的干擾。
4.4 設備安裝
抽水設備安裝:在洞壁上鉆孔,錨固鋼筋掛鉤,水泵用1t手拉葫蘆懸掛在掛鉤上;排水管安裝在距底板50cm位置,每隔10m用鋼筋固定,排水管安裝要做到順直。
地下水的優點范文4
關鍵詞:地下水;水質評價;評價現狀;展望
水資源匱乏問題愈加嚴重,已經引起了全社會的關注??紤]到水資源匱乏會影響人類的生存與發展,所以必須采取有針對性的措施對地球現有資源進行保護,或開發利用地下水源,全面提高地下水源利用率。地下水水質評價是地下水開發和利用中首要環節,目的是通過對地下水化學資料的分析,科學評價出某地區地下水源的質量,并對其該地區地下水質量狀況進行動態監測,預防地下水水質惡化。由此可見,地下水水質評價在地下水保護和開發利用工作中發揮的作用是極其巨大的。下面對地下水水質評價現狀作詳細分析。
一、地下水水質評價指標探討
地下水水質評價要求具備一定的客觀性、代表性以及全面性,這就要求在評價分析時科學、合理的選擇評價方法,盡量提高地下水水質評價的工作效率。在實際工作中,地下水水質評價的關鍵在于評價指標的選取,簡單來說,評價指標不同,工作中得到的最后評價結果也會大不相同。
水質標準這一概念的興起在上世紀20年代初,西方某個經濟略為發達的國家最早注意到了水源安全飲用問題,并提出和制定了關于公共衛生用水的標準,為人類用水安全標準體系的發展奠定了基礎。但由于受到技術條件限制,早期的公共衛生用水標準都比較簡單,suo9制定的水質監測指標也相對較少,并不能對水源水質作全方位的監測。后隨著環境污染問題的越加嚴重,水中污染物種類及數量也增加得越多,導致最初的水質監測技術和標準失去效用,無法對水中新增污染物進行監測,最終造成人類生命遭受水污染威脅的局面。為了解決以上問題,研究人員結合時代背景,將一些先進的科學技術應用到水質監測中,并對落后的、不健全的水質標準作出更改,經過多年發展之后,最終發展到了2個級別、4個大類,229個評價指標程度。進一步保障了人類飲水安全。
近年來,我國水資源保護工作得到了很大的發展,不僅在實際做法上獲得了較大的成就,而且還改進、完善了水資源質量評價標準,先后頒布了多種水資源質量標準,如《地表水環境質量標準》、《地下水質量標準》、《生活飲用水衛生標準》等等,這些體制的建立促進了我國水資源保護工作的發展,同時也為是我國水資源開發利用提供了強而有力的法律保障。為了緩解我國現階段所面臨的水資源匱乏問題,國家相關部門建議開發評價地下水,利用豐富的地下水資源來緩解飲水供需矛盾,解決實際性的問題。但考慮到地下水資源的污染問題比較嚴重,在開發利用之前必須對地下水的水質進行評估評價,利用國家標準對地下水水質進行考核,為地下水資源的開發利用、管理保護等工作提供科學保障。
國家不同、地質不同,人們所制定的地下水水質評價標準也大不相同。拿我國的生活飲用水評價來說,我國衛生飲用水評價標準與世界衛生組織設定的衛生標準就存在不同,主要表現在如下方面:
(1)我國生活飲用水評價標準將水源的化學指標與感官形狀進行了劃分,并納入了水質的毒理學指指標,所呈現出來的特點是直觀明了,比世界衛生組織制定的水質評價標準更具優勢。
(2)從水質量評價指標的總量上看,我國現行所使用的飲用水衛生標準中所社設定的指標總量比世界衛生組織設定的指標總量要少很多,即使在2009年后有了新的改變,但總的來說還是偏少,尤其在微生物評價指標和有機組分評價指標兩個方面。
二、地下水水質評價方法
作為地下水水質評價的工具和手段,選取的評價方法是否合理也是地下水水質評價結果客觀與否的關鍵。隨著科學技術的不斷進步,世界各國的專家學者對地下水水質評價方法進行了深入的探索,也提出了很多評價方法和模型。但由于評價因子與水質等級問的非常復雜的非線性關系,以及水體污染的隨機性和模糊性,對于地下水水質評價至今仍沒有一個被廣泛接受的評價模型。
1、單因子評價方法
單項因子評價是指分別對單個指標進行分析評價。該方法計算簡便,且通過評價結果能直觀地反映水質中哪一類或哪幾類因子超標,同時可以清晰地判斷出主要污染因子和主要污染區域。但是由于是對單個水質指標獨立進行評價,因此得到的評價結果不能全面地反映地下水質量的整體狀況,可能會導致較大的偏差。
2、綜合評價方法
2.1綜合指數法
通過多個指標并賦予各指標不同的權重的綜合判斷確定地下水質標準的綜合指數法在地下水水質評價中一直被廣泛應用。該方法簡潔易懂、運算方便、物理概念清晰,決策者和公眾可以快捷明了地通過評價結果掌握水質信息。
2.2人工神經網絡
與傳統的綜合指標評價方法相比主要具有以下的優點:1)通過模型的自學習和自適應能力,可自動獲得水質參數間的合理權重,無需人為干預,因此評價結果具有客觀性。2)一旦對標準訓練完畢,就可以用訓練好的網絡對實測樣本進行評價,計算簡便,可操作性強。3)通過在訓練過程中適當改變輸入節點數和輸出節點數,來修改評價參數和等級,從而使模型的應用具有一定的靈活性。
2.3模糊綜合評判法
地下水水質評價中的污染程度、水質類別都是一些客觀存在的模糊概念和模糊現象,簡單地根據某一數字界限來對地下水水質進行研究和評價是不合適的。而模糊集理論的在地下水水質評價中的應用與傳統的評價方法相比更適應于水質污染級別劃分的模糊性,能更客觀地反映水質的實際狀況。模糊綜合評判法最主要的優點就是通過構造隸屬函數可以很好地反映水質界限的模糊性。
三、結束語
綜上所述,地下水水質評價在水資源保護和水資源開發利用中占據著重要地位,為了能有效緩解水資源匱乏問題,我們有必要對地下水進行開發,但同時為了保證地下水水質的合格,必須在水源利用前期對地下水水質進行科學評價。地下水水質評價的關鍵在于評價質量指標,我國相關部門應該盡快完善地下水水質評價質量標準,加強地下水管理和加大水質監測力度,切實促進我國水資源保護事業的發展?!?/p>
參考文獻
[1] 暢利毛,鄭和祥,閆秀生. 通遼市地下水質量評價[J]. 內蒙古水利. 2010(03)
地下水的優點范文5
關鍵詞:地下水,井點,帷幕,滯水
1 引言
隨著地下空間在現代高層住宅中越來越廣泛的應用,施工中基坑開挖難度和規模也越來越大,因而相關事故也越來越多,資料顯示,大部分基坑相關的事故中60%以上的同地下水相關,地下水是地質環境中最為活躍的組成部分,也是影響地質工程穩定性的重要條件,地基內地下水的存在不僅降低土體的承載力增大施工難度,并會導致滑坡、地面沉降等災害,同時部分地下水尚可腐蝕建筑材料,地下水對基坑影響機理既涉及土力學內強度和穩定性,又包括變形和滲流問題,因而對地下水的有效治理則應遵循疏堵結合的原則,若地下水主要為潛水、包氣帶水或水壓較低的承壓水則應以堵為主,具體技術多為在基坑周圍施工止水帷幕將地下水止于基坑外,若地下水為壓力較大的承壓水則應通過措施將坑內水體排除以防止基坑突涌現象。
2 地下水對高層住宅基坑施工影響
2.1 增強土體透水性[1]
土體透水性指水流通過土體內孔隙的難易程度,土體顆粒越大則透水性也越大,且在相同條件下土體透水性越大則水體在土體內的滲透速度也越大。一般在土體孔隙內或微小裂隙內水體呈有秩序、互不混雜的層流運動,而在寬大的孔隙內水體則呈無秩序、相互混雜的紊流,地下水在滲流過程中對單位體積內土體骨架所產生的壓力為滲透壓力。土體為砂土且滲流自下而上且滲透壓力不小于土體浮重度則土粒間壓力將消失,土粒則處于懸浮狀態而形成流砂,而粘性土因土粒間的粘聚力存在則難以形成流砂;基坑開挖過程中若地下水自下而上的滲透力達到土體浮重度則會產生砂沸,該種狀況下若繼續開挖則會導致土體不斷上涌,若采取放坡開挖,當坑底出現流砂則變坡土體在滲透力作用下宜導致滑坡,若土體內顆粒粒徑差距較大則內部細小顆粒在滲流作用下易被沖走而形成管涌;若采取降水則會在基坑周圍出現較大的水利坡降而形成紊流,因而若基坑周圍止水措施不當則坑外水體會滲流入坑內,最終勢必導致大量泥砂突涌,坑外地面則會嚴重沉陷,并會破壞周圍建筑。
2.2 深層水平位移
若基坑支護采取樁體形式則樁移可直接反應支護樁的變形,若樁體有支撐系統支撐則樁體變形最大、最危險部位一般不在樁頂,其具移可通過對不同深度進行位移觀測來反應支護樁的實際變形,且隨開挖深度的增加,樁體上部土移量增幅明顯降低,并有向基坑外側產生變形的趨勢。
2.3 施工影響
地下水的存在均會影響水平荷載取值,甚至會導致支護結構失效或產生較大位移,并會降低周圍錨桿和土體間的握裹力而降低土體抗拔力,若地下水控制不當且基坑底層為粉土或砂土則會導致基坑底部管涌或隆起失效,當基坑側面產生過大變形則會導致臨近建筑設施被破壞;若地下水具有強侵蝕性則會對施工管材或基礎產生侵蝕和腐蝕作用,并會改變地下水動力條件,促使細顆粒土體形成流砂,同時若隨意將排水引致場外任意地點則會導致臨近區域地基生成新的隱患;若基坑支護結構為土釘支護,土釘表面同土體界面間接觸粘接力即摩擦阻力構成錨固力,而地下水對土釘支護結構不僅包括水土作用,并對土釘體自身產生作用,即會降低甚至消失相互間的摩擦阻力;若深基坑四周地下水存在較大水頭差則在水頭差的作用下會出現水流繞過止水樁而進入基坑內部導致土體穩定性被破壞。
3 高層住宅基坑施工中地下水控制
3.1 潛水控制措施
潛水多含于淺層粉土、粉砂層,該類水體防治多采用輕型井點降水或帶有反濾層的大井降水或隔滲帷幕,帷幕的深度可插入相對隔水的粘性土底板內或保證其插入坑底有足夠深度以保證管涌不會產生的土層內。
豎向止水帷幕。該類型的平面結構形式主要包括噴射凝結體自身構成的帷幕和噴射凝結體與支護樁共同構成的墻體兩種。該種帷幕多深入至下部透水性差土層內,具體又可分為懸掛式和落底式兩種。
水平止水帷幕。該技術是在基坑某個深度范圍內用旋噴體套接的方式構成水平止水底板,并將該底板同豎向帷幕共同構成封閉的箱型止水結構來阻止地下水。水平封底類似于在支護結構底部設置一道高強度的內支撐以改變支護結構的受力狀態,并可有效防止承壓水突涌現象,同時其與旋噴樁間的結合可增大坑底穩定性及抗浮力;水平封底形式包括等厚度形式和“凹”字形結構,即在坑底邊緣一定范圍內封底厚度較厚以加強支護結構的穩定性,并可實現坑底相鄰兩排的噴射效果,提高基坑內的封水效果[2]。
3.2 上層滯水控制對策
對基坑土體密實度較高且含水量較小則不宜采取隔滲防水措施而采用基坑明排,若土體松散且含水量較大則多采用隔滲或集水井排水措施。目前采用較多的為井點降水法,即在基坑四周施工能滲水的井點管,并配置一定的抽水設備,通過該設備將地下水抽出排放實現基坑四周地下水降至設計深度,該及時可適應不規則幾何形狀基坑,并可克服流砂的影響,井點降水又可分為輕型井點、深井井點和噴射井點等,井點降水施工后可實現基坑內土體干燥便于后期機械化施工,且基坑四周土體強度大幅增加而提高邊坡穩定性,同時該技術可大量節省支撐材料以及減少土方工程量等優點。
輕型井點降水。該技術抽水是利用真空系統,因而施工效果在很大程度上取決于管路系統和抽水設備,當啟動抽水設備后系統內形成真空,并會在井點周圍一定范圍內形成真空區,井點附近的水體通過砂井經過過濾器被強制性吸入井點系統內并被抽出,繼而降低地下水水位,施工一定時間后則井點附近水位同真空區外的地下水位間會生成水頭差,真空區外的地下水則在該水頭差的作用下以重力方式流入井點范圍內,因而輕型井點系統被稱為真空――重力抽水法,在真空和重力共同作用下實現降低地下水位并在一定范圍內形成降水漏斗拋物線,系統管線多采用鋼管,若采用塑料管則應在其內部裝設彈簧來抵抗外部張力,保證管線在真空和外力作用下不發生變形以保證內部水流暢通[3]。
深井井點降水。該技術是在基坑四周埋設較基底深的井管,待地下水匯集到管路系統內通過深井泵和潛水泵將地下水從井內抽至地面排放,從而可實現降低地下水位的目的,該技術具有排水量大、降水范圍深以及不受吸程限制等優點,但其一次性投資較大且深井成孔質量要求較高等,因而該技術適用于地下水含量豐富、降水深度和面積均較大的砂土和碎石土體等。
3.3 承壓含水層控制對策
(1)隔水
隔水措施適用于基坑內承壓水埋藏深度較小的情況,具體可在基坑四周施工地下連續墻等形成隔水帷幕,通過連續墻穿越承壓含水層并進入不透水層一定深度來隔斷基坑外承壓水。地下連續墻施工質量取決于成槽機、泥漿以及墻體接頭形式等,一旦連續墻存在質量缺陷則會導致地下水滲漏或水土涌入等事故,一般為保證事故質量科采用止水效果良好的十字鋼板接頭,即通過延長地下水透流路徑來增強止水效果,并可通過調整后續幅包角筋形式來縮短各幅間保護層實現增強防滲效果。在連續墻槽段開挖前應先施工導墻來控制平面和垂直導向,并可擋土和穩定泥漿面,保證后期成槽順利進行;泥漿是槽壁穩定的制約因素,其需結合當地地質和水文材料按照一定比例配制,在泥漿施工中防止細微泥沙顆粒、水泥等進入而污染泥漿,且泥漿可循環利用,但在重復利用前應進行分離凈化并調整其性能指標;在成槽過程中應嚴格控制泥漿液面,保證泥漿液面高度高于地下水位高度,并不低于導墻下50cm方可保證不塌方,液面控制時應在成槽過程中和成槽結束至混凝土澆筑前的液面控制;成槽后吊放鋼筋籠必須保證其呈垂直狀態,入槽后應用吊梁穿入鋼筋籠最終吊環內,之后應校核鋼筋籠擺放的平面和高程偏差;在混凝土澆筑時應保證連續均勻進行,并應控制混凝土面上升速度以及導管口在混凝土內的埋置深度,嚴禁在澆筑過程中導管口提出混凝土面或導管口暴露在泥漿內導致泥漿涌入導管,澆筑至墻頂部可通過降低澆筑速度或降低導管埋深以保證混凝土能夠流出;澆筑過程中應注意鎖管口提拔和澆筑間的結合,待澆筑結束后6-8h后方可將鎖扣管一次性拔出并及時清潔和疏通[4]。
(2)降壓
降壓法多用于坑底承壓水層上覆土不足以抵抗承壓水頭,并不適于采取隔斷措施的情況,降壓多采用降壓井的形式,但應保證基底以下承壓水水頭低于含水層上部保留的覆土層形成的壓力。在成孔過程中應保證其垂直度,并應控制好泥漿密度以防孔壁坍塌;成孔后應及時下管,下管前應測量孔深,符合要求后方可下管,并可通過設置扶正器以保證濾水管居中,下管后應及時進行填料,填料過程中應隨時測量填料高度,并在填料上層回填優質粘性土以防圍填時產生“架橋”現象;圍填后則采用空壓機將井內沉淀物清洗,當泥沙較多可采取“憋氣沸騰”和活塞洗井配合的措施以保證洗井質量。
(3)封底
該技術適用于基坑開挖至坑底標高,上部覆土重稍低于承壓水造成的浮托力時,其可彌補不足以抵抗承壓水穩定性的現狀。封底技術多采用水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁,均是通過利用加固后土體重度和抗剪強度的提高來抵抗基坑四周承壓水頭的目的。
地下水的優點范文6
主題詞:地下水池 抗浮設計 抗浮方法
地下水池是污水處理中的重要構筑物,當地下水池建設在地下水位較高地區時,水池的抗浮措施是設計中必須解決的重要問題之一。如果抗浮設計不周,在施工和使用過程中極易發生水池上浮和傾斜等工程事故。因此在設計過程中務必保證水池的抗浮力大于浮力,防范其上浮造成不可逆轉的損害,以避免延誤工期及巨大的經濟損失。
1大慶的地質特點
大慶位于松嫩平原中部,是一座在濕地上崛起的城市。兩江環抱,綠野千里,湖澤密布,蘆葦浩蕩。地下水位較高,有些地方的地下水位只有0.9m深,水池的浮力很大,地下水池的抗浮應高度重視。
2地下水池的抗浮穩定性要求
水池的整體抗浮穩定計算應滿足下式要求:
KZ= (GZ+Gt+Rf)/Ff
KZ為抗浮安全系數取1.05~1.15;
GZ為結構自重,kN;
Gt為覆土層質量;
Rf 為側墻與土體間極限摩擦力;
Ff為地下水總浮力,kN;
3地下水池的抗浮方法
3.1增加水池重量
3.1.1增加自重抗浮
增加自重是一種主動的抗浮方式,自重抗浮即通過提高池體結構自重來達到抗浮的目的,例如增加池底和池壁的厚度。此法一般適用于水池自重與地下水浮力相差不大的情況。根據工程實踐,自重與地下水浮力相差在10%以內的情況下,采用增加結構自重抗浮具有較好的經濟性。若自重與地下水浮力相差達15%,考慮到抗浮系數及由于結構尺寸加大后可能新增的浮力,此時池體一般需加重25%以上才能滿足抗浮。這勢必造成混凝土的大量增加,同時也會在一定程度上造成鋼筋用量的增加,增加造價,既不經濟也不科學,所以設計應考慮結合其他的措施抗浮,以達到經濟合理的效果。
3.1.2壓重抗浮
壓重抗浮是通過在池內、池頂或池底外挑墻趾上壓重來抗浮。浮力較大,可采取池底增重和池體上部增重兩種方法。池底增重一般需將池體落深,在池內填筑壓重混凝土或漿砌塊石等其他材料來達到抗浮的目的。單單增加池底的厚度,需要使用大量的混凝土,而且會占用一定的水池儲水空間,影響水池的正常使用;而采用池體上部增加自重,會大大增加池頂板和底板的荷載,使頂、底板的結構厚度和配筋都相應增加。必然導致池體突出地表,這樣導致與原設計的管路系統不配套,不宜用在已建結構的改造工程。浮力較小時,可采用池頂壓重外挑墻趾上壓重,不需增加基坑深度,但需將底板外挑較大范圍,因此可能對相鄰的建筑物、構筑物或管線等造成一定的影響。
3.1.3池底配重抗浮
池底配重抗浮即增加池底板下部配重,是在水池底板以下設配重混凝土,通過底板與配重混凝土的可靠連接來滿足抗浮要求。此法用于一般水池時,其受力情況近似池內壓重抗浮,不需增加池壁高度,但要保證底板與配重混凝土的可靠連接,并且其配重材料一般應采用強度等級不小于C20 的混凝土。基底配重抗浮一般比池內壓重抗浮更為經濟。
3.1.4增加覆土厚度
增加覆土厚度是增加水池重量的另一種比較有效方法。這種方法施工簡單,經濟可行。在不影響周圍環境和諧美觀的條件下可以適當增加覆土厚度,增加水池重量。在污水提升站泵房的情況下,可以將泵房設置在水池上。這樣既解決了水池抗浮的問題,還能減少占地面積。
3.2 降排截水抗浮
由于地下水浮力是造成地下建(構)筑物上浮的主要因素,在條件許可的前提下,可采取降水、排水或截水等處理措施直接排除隱患。降排截水不宜用在水池周圍為雜填土,土質復雜,水池臨近河道,地下水來源豐富,很難保降排截水的抗浮效果,且水池附近埋藏有化學藥品輸送管道,容易給施工帶來不便的條件。
3.3減小水池的埋置深度
由浮力公式可以看出水池的埋置深度越大,則浮力越大。所以在工藝流程許可、當地環境許可和結構允許的情況下,盡量將水池埋深減小。這是最簡單、最有效且最經濟的做法。
3.4抗拔樁抗浮
抗拔樁抗浮是通過樁抗拔力來抗浮,即利用樁對池體的錨固力來抗浮,而抗拔樁的抗拔力是通過樁側阻力來實現的??垢都夹g是一種比較成熟的抗浮技術,抗浮樁樁徑較大,抗拔力高。抗拔樁的優點是即可以做基礎樁使用又可做抗拔樁使用。此類方法對大體積埋地水池的抗浮相當有效,不僅能滿足池體的整體抗浮,還能通過樁的合理布置,很好地解決大型水池的局部抗浮問題。抗拔樁一般宜選用樁徑較小、單樁抗拔力相應較小的樁進行密布??拱螛兜臉堕L宜盡量控制在單節樁的長度范圍內,這樣可以減少接樁費用以及避免由于接樁不牢固造成的抗拔力損失。但抗浮樁的鋼筋籠較龐大,需要專門的吊運機械,而一般水池周圍空間狹小,不利于大型設備的使用。而且抗浮樁施工過程相對比較復雜,工期較長,造價較高。因此,對已施工完的池體不宜采用大型抗浮樁進行抗浮搶險加固。
3.5 錨桿抗浮
錨桿一般由錨固段、自由段及錨頭三個部分組成??垢″^桿具有良好的地層適應性,易于施工,錨桿布置非常靈活,錨固效率高,且由于其單向受力特點,其抗拔力易于控制,有利于池體結構的應力與變形協調,減少結構造價。采用錨桿技術的造價相對較低,同時因錨桿的布置密度相比抗拔樁較密,對池底板的整體作用更接近于均布荷載,這有利于底板的防滲防裂。但錨桿施工具有一定的專業性,其漿液的配制及施工過程的技術控制對錨桿的抗拔效果有決定性作用,所以應由專業隊伍施工。垂直預應力錨桿作為抗浮錨桿來解決構筑物抗浮問題,具有工期短、造價低、節省建材等諸多優點,已日益得到推廣與應用。
4總結
抗浮設計的驗算要求看似簡單,但抗浮設計方案可有不同選擇。常用的抗浮設計措施在方法上各有特點??垢≡O計方法選用的合理與否,對結構受力和工程造價會產生較大的影響。在抗浮設計過程中,必需考慮工程具體情況,做到就地取材,因地制宜,并盡量符合當地的施工力量現狀和習慣做法。另外,為了達到經濟、可靠、易操作的目的,也可選擇由幾種不同的抗浮方法組合而成。為使抗浮設計更為合理、經濟,設計人應注意根據工程的具體情況,基于對各種方法的分析比較,綜合考慮后判斷選擇。
參考文獻:
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[2]《混凝土結構設計規范》(GB50010 2001)
[3]《建筑地基基礎設計規范》(GBJ 7-89). 北京:中國建筑工業出版社,1989
[4]《建筑樁基技術規范》(j Gj 94-94) .北京:中國建筑工業出版社,1995