淺談基坑降水方案選擇

何躍林

（泰州市金煜巖土工程勘察有限公司，江蘇泰州 225500）

淺談基坑降水方案選擇

何躍林

（泰州市金煜巖土工程勘察有限公司，江蘇泰州 225500）

隨著社會的不斷發(fā)展，我國房地產(chǎn)建設(shè)也有了很大的進(jìn)展?，F(xiàn)如今地下工程也越來越多，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，但是由于地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位的影響使得地下工程的施工難度較大，因此，這就需要在地下工程項(xiàng)目施工過程中，降低地下水位。在地質(zhì)情況差、地下水位淺的深基坑施工中，如何確?；影踩蔀橹刂兄?，再考慮工期、經(jīng)濟(jì)效益等其他因素，選擇合理的基坑開挖支護(hù)方法配合降水措施，確?；娱_挖一次成型就顯得尤為重要。

基坑 地下水 降水

基坑在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)位置按基底標(biāo)高和基礎(chǔ)平面尺寸所開挖的土坑開挖前應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場附近建筑物情況，決定開挖方案，并作好防水排水工作?；拥氖┕べ|(zhì)量在建筑工程中是基石的作用，一定要做好。但是做好的同時(shí)，一定要注意安全，每年都有很多傷亡發(fā)生。

在影響基坑穩(wěn)定性的諸多因素中，地下水的作用占有突出位置歷數(shù)各地曾發(fā)生的基坑工程事故，多數(shù)都和地下水的作用有關(guān)。工程實(shí)踐表明，基坑事故中與地下水有關(guān)的約占45%～70%，因而地下水防治成功與否直接關(guān)系到深基坑工程的安全。地下水常常引起流砂、管涌等問題；另外地下水的存在會使土體的抗剪強(qiáng)度值偏低，作用于土釘或錨桿上的抗拔力偏低對于設(shè)置止水帷幕的支擋結(jié)構(gòu)，地下水存在會使支擋結(jié)構(gòu)上的壓力增加，基坑周邊若存在建筑物或地下管線，降水不當(dāng)則會引起建筑物或地下管線的不均勻沉降。基坑設(shè)計(jì)既要保證基坑本身的安全，提供良好的地下結(jié)構(gòu)作業(yè)空間，也需要保證周邊環(huán)境的安全，在建筑物越來越密集的今天，尤其是在老城區(qū)的建筑，這一點(diǎn)顯得尤為重要。因此，妥善解決基坑工程的地下水控制問題就成為基坑工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測的重大課題。本文對基坑地下水控制措施、控制方案的選擇、控制技術(shù)等方面對進(jìn)行了研究。

1 地下水的基本性質(zhì)

地下水泛指一切存在于地表以下的水，其滲入和補(bǔ)給與鄰近的江、河、湖、海有密切聯(lián)系，受大氣降水的影響，并隨著季節(jié)變化。地下水根據(jù)埋藏條件可以分為包氣帶水、潛水和承壓水。包氣帶水位于地表最上部的包氣帶中，受氣候影響很大。潛水和承壓水儲存于地下水位以下的飽水帶中，是基坑開挖時(shí)工程降水的主要對象。潛水是指位于飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的含水層中的水，無壓水。承壓水是指充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中的水，具有承壓性。

地下水按照含水介質(zhì)類型可以分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。儲存和運(yùn)動于松散沉積物或膠結(jié)不良的孔隙中的地下水稱為孔隙水。儲存和運(yùn)動于裂隙介質(zhì)中的地下水稱為裂隙水。儲存和運(yùn)動于巖溶巖層中的地下水稱為巖溶水（又稱喀斯特水）。

2 地下水對基坑工程的影響大致分為以下幾種：

（1）流砂問題：當(dāng)?shù)貙又泻酗柡偷乃缮⒓?xì)砂、粉砂或粉土，無論是采用集水明排或是采用截水措施，當(dāng)坑內(nèi)外存在水頭差的作用下，地下水沿邊坡面或是沿止水帷幕的缺陷部位呈懸浮狀態(tài)涌出，該現(xiàn)象稱之為流砂現(xiàn)象，其后果是引起邊坡失穩(wěn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移驟然增大甚至破壞，周邊建筑物或管線顯著下沉。

（2）管涌問題：在地下水流動和滲透作用下，土中的粗顆粒形成的孔隙中細(xì)顆?？梢砸苿?，以至細(xì)顆粒流失；不斷擴(kuò)大土的孔隙，導(dǎo)致滲流速度不斷增加，水流相繼也帶走較粗的顆粒，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的管道。對于基坑工程而言，常見情況是基坑周邊施打了支擋結(jié)構(gòu)和止水帷幕，但在坑內(nèi)外水頭差的作用下，水流從樁間土或止水帷幕薄弱處沿一定通道涌入基坑，形成管涌。

（3）坑底突涌問題：當(dāng)坑底存在隔水層，但其下部承壓含水層水頭較高，有時(shí)承壓水會突破坑底隔水層涌入坑內(nèi)，稱之為基坑突涌。因此，基坑開挖坑底要有一定的留土厚度，保證坑底至承壓含水層頂板的土壓力大于承壓水對頂板產(chǎn)生的壓力，并且有一定的安全儲備，否則承壓含水層中則應(yīng)布置降壓井。

（4）地下水的存在會使土體的抗剪強(qiáng)度值偏低基坑排水不暢或土體以粘性土為主降水效果不理想，土中地下水的存在會使土體的抗剪指標(biāo)偏低，進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)宜采用自重應(yīng)力固結(jié)下的不排水剪強(qiáng)度指標(biāo)。

（5）對于設(shè)置止水帷幕的支擋結(jié)構(gòu)，地下水存在會使支擋結(jié)構(gòu)上的壓力增加對于粘性土及粉土，作用于支擋結(jié)構(gòu)上的土壓力采用水土合算；對于碎石土及砂土，采用水土分算方法無論是粘性土還是無粘性土，其存在都增加了作用在支擋結(jié)構(gòu)上的水平側(cè)壓力。

（6）地下水存在使得作用于土釘或錨桿上的抗拔力偏低在粘性土中，土的軟硬狀態(tài)影響著土釘或錨桿錨固體周圍單位面積上的摩擦力極限標(biāo)準(zhǔn)值，同一種土含水量越大土體越軟，則此值越低對于無粘性土來說，盡管規(guī)范規(guī)定土的密實(shí)程度來確定側(cè)摩擦力極限標(biāo)準(zhǔn)值，然而在相同的施工條件下，地下水的存在使錨桿或土釘?shù)淖{流失，固結(jié)速度慢，實(shí)際上還是會降低土釘或錨桿的側(cè)摩擦力值。

另外，基坑周邊若存在建筑物或地下管線，降水不當(dāng)則會引起建筑物或地下管線的不均勻沉降。基坑設(shè)計(jì)既要保證基坑本身的安全，提供良好的地下結(jié)構(gòu)作業(yè)空間，也需要保證周邊環(huán)境的安全。因此，降水過程中既要盡量保護(hù)坑底土，減少擾動，又要在確保安全的前提下以最短時(shí)間內(nèi)完成基坑底板的施工，盡量減少對周圍環(huán)境的影響。

3 基坑地下水控制方案的選擇

基坑工程中為避免流砂、管涌，保證工程安全，必須對地下水采取有效的措施?？刂频叵滤拇胧┛梢詮膬煞矫孢M(jìn)行，分為堵水措施和降排水措施。出于經(jīng)濟(jì)和安全的目的，常把堵水措施與降排水措施結(jié)合使用?；咏邓軌蛱峁┝己玫耐练阶鳂I(yè)環(huán)境外，還能有效提高土體的抗剪強(qiáng)度，從而增加基坑的穩(wěn)定性。

地下水控制應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及基坑周邊環(huán)境要求選用集水明排、降水、截水方法或其組合。具體到某項(xiàng)工程，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境、支護(hù)方案、當(dāng)?shù)厥┕l件等綜合確定地下水采用什么樣的控制方案，方案應(yīng)保證技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，具有可實(shí)施性。在降水方案制定階段，應(yīng)搜集已有的工程地質(zhì)資料和水文地質(zhì)資料，進(jìn)行現(xiàn)場勘測，根據(jù)基坑開挖深度和基坑支檔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，制定降水方案。一般可采用區(qū)域的或場地附近已有的水文地質(zhì)資料，也可以采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在方案被采納，進(jìn)入優(yōu)化和實(shí)施階段，應(yīng)通過現(xiàn)場抽水試驗(yàn)獲得水文地質(zhì)參數(shù)。降水井的布置應(yīng)與場地的水文地質(zhì)條件、基坑支檔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和基坑降水計(jì)算種所需的參數(shù)相一致。一般通過單孔抽水和布置觀測孔的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)獲得含水層參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)場降水試驗(yàn)和三維滲流分析是降水方案設(shè)計(jì)有力的輔助手段，對于大型深基坑是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。根據(jù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，全部井群施工完畢后進(jìn)入制定基坑降水運(yùn)行方案階段。該階段需要進(jìn)行部分降水井的群井抽水，將觀測孔的計(jì)算資料與實(shí)測資料進(jìn)行擬合，調(diào)整含水層參數(shù)，并根據(jù)抽水時(shí)的環(huán)境監(jiān)測資料和基坑施工的各個(gè)工況，制定降水運(yùn)行方案。

（1）土釘墻支護(hù)或錨噴支護(hù)，可以配合集水明排，如鎮(zhèn)江金山寺附近蘇源·郎香園基坑工程和揚(yáng)中市輝煌太陽能辦公樓基坑工程在冬季施工時(shí)都采用集水明排，但對含有砂質(zhì)土層的基坑，常會有局部坍塌現(xiàn)象，可以采用輕型井點(diǎn)降水；管井降水是利用鉆孔成井，采用單井單泵抽取地下水的一種降水方法，適用于中、強(qiáng)透水含水層，如砂礫、砂卵石和基巖裂隙等含水層，當(dāng)需要降低淺層承壓水水位時(shí)一般采用管井井點(diǎn)降水，常州地區(qū)第Ⅰ層承壓水常采用法；深井井點(diǎn)基坑降水技術(shù)這種技術(shù)的原理是將基坑內(nèi)水深大、管井深度較大時(shí)，普通水泵無法完成而采取特定深井泵的方法。應(yīng)用范圍一般是水量大的基坑，特別是土粒粗、滲透系數(shù)大的基坑更加適合，因此范圍廣且降水深度深，而深井井點(diǎn)基坑降水技術(shù)可以設(shè)置在施工場地以外，這一特點(diǎn)得到很高的評價(jià)；噴射井點(diǎn)基坑降水技術(shù)適用于當(dāng)降水深度大于6m，場地狹窄，不允許設(shè)置多層輕型井點(diǎn)時(shí)。噴射井點(diǎn)降水適用含水層為粉土、砂土、圓礫土層，含水層的滲透系數(shù)K=0.005～20.0m/ d，水位降低深度為6～20m；排樁或樁錨支護(hù)，則可以采用樁間止水或獨(dú)立的止水帷幕，若土層以粘土或淤泥為主，采用水泥土攪拌樁合適；若含有砂層，則需采用高壓旋噴樁，樁的長度宜進(jìn)入不透水層（粘性土層或強(qiáng)風(fēng)化巖層）一定深度；地下連續(xù)墻擋土擋水效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)昂貴，其他支護(hù)方法及地下控制措施無法滿足安全要求時(shí)采用?？傊?，要采用合理的堵水和降排水措施確保基坑工程安全，可以實(shí)際情況綜合考慮采用一種或多種形式來實(shí)現(xiàn)基坑穩(wěn)定，如南京地鐵采用管井、輕型井點(diǎn)、碎石滲水盲溝明排封井等綜合降水措施，對地下承壓水砂性透水地層的降水效果顯著。

（2）就不同土質(zhì)的基坑支護(hù)而言，淤泥質(zhì)土中擋土是關(guān)鍵，砂土地層中擋水是關(guān)鍵，粘性土及強(qiáng)風(fēng)化巖往往作為相對隔水層或支護(hù)的嵌固端。

（3）沖洪積土層為主時(shí)基坑主要采用降水，海相沉積為主時(shí)基坑主要采用截水，具體還要結(jié)合支護(hù)形式和周邊環(huán)境確定。

（4）挖深范圍內(nèi)存在巖石的基坑，可采用吊腳式連續(xù)墻、吊腳樁、吊腳式截水帷幕等基坑支護(hù)與地下水控制方式，具有擋水作用的需進(jìn)入強(qiáng)一中風(fēng)化基巖弱透水層；具有擋土和擋水作用的采用雙控標(biāo)準(zhǔn)，即要滿足穩(wěn)定計(jì)算要求，也要進(jìn)入強(qiáng)一中風(fēng)化基巖弱透水層。

4 降水相關(guān)問題思考

基坑降水井不是一件容易的事情，這個(gè)步驟在施工過程是非常重要的，并且又是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工作，需要工作人員有深厚的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，才能保證工程作業(yè)的質(zhì)量。那么就要注意以下兩項(xiàng)，一是要緊密的和施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行結(jié)合，再對一些問題進(jìn)行針對性的處理，比方在施工過程遇到了較厚的粘土?xí)r，這樣就會影響降水的質(zhì)量，還有就是因?yàn)檎惩恋耐杆员容^差，那么上層的水就會很難滲透；二是要考慮到周邊的建筑、道路、管道等不要受到影響，所以要對周邊進(jìn)行回灌井點(diǎn)的設(shè)置，來填充這個(gè)地方的地下水，來維持地下水位不變的目的，把因降水井點(diǎn)的影響半徑處理在控制的范圍之內(nèi)，那么為了處理好這個(gè)問題，就應(yīng)該在打孔時(shí)，把孔打在井點(diǎn)軸線范圍以外，并且要在里面填滿粗大的砂粒，并且抽水時(shí)，由于重力和水壓的作用，所以要采取下部抽水的方法；三是在抽水之前，可以通過水流聲和管子的潮濕情況來判斷查井點(diǎn)管道是否有淤塞的情況，以免影響其基坑降水的效果；四是由于季節(jié)原因，所以大部分的施工都是在夏季進(jìn)行的，就要考慮到天氣的影響，可能出現(xiàn)大暴雨就會產(chǎn)生積水或者塌方，那么就要針對這種情況采取相應(yīng)的措施來避免損失，可以用塑料來防雨保護(hù)怕水設(shè)備，還有就是在降雨后，要及時(shí)的將雨進(jìn)行排出，而到了冬天，同樣由于低溫的威脅，也要做好保溫工作，防止被管道凍壞。降水重在管理，項(xiàng)目部應(yīng)重視降水施工并加強(qiáng)人力、物力的組織工作和應(yīng)對突發(fā)事件的預(yù)案確保降水順利進(jìn)行。

總之我們在進(jìn)行基坑的設(shè)計(jì)施工時(shí)一定要注意地下水的影響，根據(jù)工程的實(shí)際地質(zhì)情況選擇地下水的控制方案，以保證基坑的穩(wěn)定性。

［1］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊（第二版） 北京：中國建筑工業(yè)出版社，（2009）.

［2］伊家勤.不同類型地下水在深基坑施工中的控制方法，山西建筑，2008.34（30）139-140.

何躍林（1980—），男，漢族，江蘇揚(yáng)中人，注冊土木（巖土）工程師，現(xiàn)從事巖土工程工作。