深基坑工程中地下水處理方法

王治濱

摘 要：當(dāng)?shù)鼗裆畹陀谔烊坏叵滤粫r(shí)，地基建設(shè)工程里經(jīng)常會(huì)碰到地下水處理問(wèn)題。在剖析深基坑地下水滲流破壞的基礎(chǔ)上，歸納了止水排水系統(tǒng)應(yīng)關(guān)注的點(diǎn)，對(duì)深基坑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)還有施工方面具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：深基坑；地下水；處理方法

中圖分類號(hào)：TU463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）15-0092-03

1 引言

在深基坑項(xiàng)目進(jìn)程里，地下水的處理演變?yōu)橐粋€(gè)重要板塊。就目前工程事故調(diào)查顯示，近70%的工程事故都是因?yàn)榈叵滤蛘呓涤赆劤傻?。因此，各種類型的土壤入滲規(guī)律的積極的認(rèn)識(shí)，合理選擇適當(dāng)?shù)牡叵滤党练?，止水?guī)劃的科學(xué)性，至終明確分離滲透效果的影響，此步驟成為地下水處理進(jìn)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

常規(guī)上來(lái)說(shuō)，基坑開(kāi)挖應(yīng)符合以下條件：一是基坑要處于干燥的常態(tài)中，打造良好的施工環(huán)境。其次，要保障邊坡的穩(wěn)定性，確保安全施工，假如忽視了諸類必要條件，后果嚴(yán)重。有些部分的基坑出現(xiàn)積水或土質(zhì)松軟的狀況，工人無(wú)法站穩(wěn)腳跟，不能施工；有些部分有“流沙現(xiàn)象”，致使邊坡發(fā)生坍塌，地質(zhì)遭到嚴(yán)重?fù)p壞；有些部分的基坑內(nèi)土壤則出現(xiàn)較大位移，對(duì)附近建筑物的安全帶來(lái)隱患。這些異常的原因是由地下水引起的。因此，重視在基礎(chǔ)施工階段對(duì)地下水的滲透規(guī)律的認(rèn)識(shí)，正確識(shí)別土壤的各種降水方法的選擇是否合理，科學(xué)止水設(shè)計(jì)的選擇，保證隔離滲透的效果，是當(dāng)前地下水處理的主要環(huán)節(jié)。

2 地下水基本類型

在中國(guó)南方，大部分的氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，一小部分的熱帶季風(fēng)氣候（云南南部、雷州半島和海南島），雨水充足的地方則會(huì)導(dǎo)致地下水較為豐富。

上層滯水、潛水：上層積水是深基坑中的地下水的第一含水層，一般處于深基坑的沙層里。開(kāi)挖項(xiàng)目的場(chǎng)地，通常會(huì)出現(xiàn)填滿石灰石洞穴底部。上層停滯的雨水和融雪水進(jìn)山的地方隔塊和形成、蒸發(fā)和入滲沿隔水層的邊緣。當(dāng)接近表面，分布受限，上水層則會(huì)有著強(qiáng)烈的季節(jié)變化，通常情況下出現(xiàn)在雨水多發(fā)的季節(jié)，消失在冬季季初。棲息的水只能作為一個(gè)小季節(jié)性供水，而且很容易受到污染。潛水位于地表以下。這是第一個(gè)更穩(wěn)定的含水層。有一個(gè)自由水面，從表面到潛水表面的距離是潛水深度。在潛水層里沒(méi)有隔水層，因此它不僅是地下水的內(nèi)在水。軸承或軸承通過(guò)包氣帶的降水和地表水。潛水是給水源，通常埋藏淺，分布廣，容易開(kāi)采，但很容易被污染。

承壓水：它是充滿兩個(gè)隔水層之間，含水層中的地下水。由于承壓水頂部的水層，補(bǔ)給一般小于分配區(qū)，動(dòng)態(tài)變化不大，不易被污染。在適宜的地形條件下，天然氣鉆入含水層，水從地表排出，形成水。它也是自流水。這將是生命的自流水和灌溉水。

以上解析的是滯水層的概念，介紹了潛水和承壓水，主要的區(qū)別是：內(nèi)核層水主要是與外面的世界，自由表面。受外界影響，潛水是第一個(gè)在穩(wěn)定層以上的自由水面的水層；承壓水與水壓力區(qū)別于前兩種水，它是沒(méi)有水壓力。

3 土的透水性及滲透破壞

水通過(guò)土壤孔隙流動(dòng)的性質(zhì)稱為土壤的滲透性。土壤顆粒越粗，滲透率越大，礫石、礫石和礫石的滲透率最高，而粘土幾乎不透水。在相同條件下，土的滲透性越大，土的滲透速率越大。地下水的運(yùn)動(dòng)有兩種：土壤中的孔隙、微裂紋的層流和湍流，使水粒子是有序的，相互混合，稱為層流；在大孔隙水速度越大，粒子是水流量無(wú)秩序，相互混合，稱為湍流。

在開(kāi)挖時(shí)，地下水的滲流力達(dá)到底部的土壤會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的浮砂沸、土壤坑內(nèi)成沸騰狀態(tài)類似于液體，然后如果繼續(xù)開(kāi)挖，土將繼續(xù)在海灣，人們會(huì)落入底部的土。邊坡開(kāi)挖時(shí)，基坑底部出現(xiàn)流沙，邊坡土體在滲流作用下易發(fā)生滑坡。當(dāng)土壤是由不同的土壤顆粒組成的厚度，在滲流作用下，將細(xì)粒粗粒土中的孔隙水帶走，產(chǎn)生管涌（又稱潛蝕）。

基坑降水中易出現(xiàn)高水力坡降、紊。如果沒(méi)有水密封措施和外殼和縫隙，坑將繼續(xù)流入坑滲流，導(dǎo)致大量的泥沙突然涌出坑外地面沉降，周?chē)ㄖ锖褪姓O(shè)施被摧毀。

4 地下水治理的基本原則

在深基坑施工過(guò)程中，地下水處理的原則是“降”、“疏”、“堵”的結(jié)合。

降”是指施工時(shí)，在施工區(qū)采用威爾斯鉆孔的方法，這將在一定程度上降低地下水的用量，使水位下降。“疏”是指在施工過(guò)程中排除墓穴、地表水和地下水的范圍內(nèi)的基坑或泵出的水，主要是進(jìn)行及時(shí)的疏導(dǎo)?！岸隆鳖櫭剂x則是“堵截”。它作為基坑止水的有效手段，工程當(dāng)中進(jìn)行“堵”的通常的方式在深基坑施工中注漿樁帷幕。

4.1 深基坑地下水處理

對(duì)于深基坑降水施工應(yīng)充分探討，充分了解基坑工程施工區(qū)的含水量，制定相應(yīng)的地下水處理措施。

4.1.1 降水施工措施分類

降水措施應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)特征及應(yīng)用范圍：氣候條件、地質(zhì)條件、建設(shè)時(shí)間。目前，在深基坑降水過(guò)程中，主要的降水方法有重力降水（如水威爾斯、明渠等）和強(qiáng)制降水（如輕型井點(diǎn)、深井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)等）。

4.1.2 降水措施的選取

降水措施應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)特征及應(yīng)用范圍：氣候條件、地質(zhì)條件、建設(shè)時(shí)間。在施工過(guò)程中，地表水或地下水，由水泵或溝提??；地下水分布區(qū)豐富的地下水開(kāi)采，地下水水位下降，采用這種方法提取地下水，既能起到降水的效果，又能大大節(jié)省施工時(shí)間。根據(jù)含水量的大小，設(shè)置不同直徑的降水井，在降水計(jì)劃開(kāi)始之前，可以有效地避免地下水對(duì)基坑的影響。通過(guò)采取有效措施，及時(shí)減少基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體的含水量，將基坑位置降低到小于1m，滿足基坑開(kāi)挖的要求。保證基坑開(kāi)挖的穩(wěn)定性，是保證基坑開(kāi)挖安全的主要因素。

4.2 對(duì)地下水處理的基本要求

為了對(duì)施工區(qū)的水位進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，有必要了解深基坑設(shè)計(jì)的有關(guān)資料。地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸、支護(hù)類型、基坑周邊環(huán)境、施工期及施工期間氣象資料等。

除了對(duì)周?chē)h(huán)境有充分了解外，還需為主要建筑結(jié)構(gòu)、地下管線和地面控制點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的變形觀測(cè)點(diǎn)。觀察水位變化，定期觀測(cè)全過(guò)程，采用信息化建設(shè)的方法，提供相應(yīng)的應(yīng)急措施。endprint

地下水處理必須考慮環(huán)境、變形和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?？訁^(qū)與水頭落差（或滲流阻塞承壓水頭高度）的產(chǎn)品分為水或滲流的投資資金，收入是基坑在單位面積的每一個(gè)下（或滲流）LM，壓頭成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，深井降水量為1448元，滲透率為186元，入滲與降水的組合為1元，約為101元。

5 地下水處理措施

在基坑工程中，常用的地下水處理方法有：排水、降水、止水。

主要排水集水明渠排水法，解決上部土壤排水和降水。降水一般適用于淺層地下水位的砂質(zhì)土和粉質(zhì)土層。通過(guò)降低地下水位，在地下水位以上基坑施工，消除或減少靜水壓力和滲透壓力的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高邊坡的穩(wěn)定性和防止地下水滲流引起流砂、管涌破壞。常用的降水方法有：光井點(diǎn)法、電滲井點(diǎn)法、注水井點(diǎn)法、管井井點(diǎn)法和降壓井點(diǎn)法?；咏邓鸬墓こ淌鹿手饕怯捎诘叵滤坏慕档秃偷叵滤坏脑黾?。即使接近飽和，使水位在地面降水范圍的影響，包括施工（結(jié)構(gòu)）建筑會(huì)產(chǎn)生額外的沉降，將嚴(yán)重影響周邊居民的正常生活乃至生命財(cái)產(chǎn)安全。

本工程通過(guò)設(shè)置止水帷幕達(dá)到止水的目的。水幕垂直與水平點(diǎn)，豎止水帷幕設(shè)置在坑壁外緣，用于防止坑外水位進(jìn)出坑外的深水水層內(nèi)的水進(jìn)入坑內(nèi)。水平止水帷幕布置在基坑底部，通過(guò)四周墻體滲水的坑趾透水層防止坑水；如果一個(gè)承壓含水層的存在，設(shè)置水平止水帷幕也可以防止限制造成突破土壤破壞突水。目前，深基坑常用止水帷幕有三種：深層攪拌水泥土止水帷幕、高壓噴射灌漿水泥土止水帷幕、平原混凝土地下連續(xù)墻止水帷幕。

水幕通常是由于施工質(zhì)量差，工具損壞，或設(shè)計(jì)場(chǎng)地不考慮現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使坑內(nèi)嚴(yán)重滲漏。

5.1 輕型井點(diǎn)降水法

（1）輕型井點(diǎn)抽油系統(tǒng)抽真空，除管路系統(tǒng)外，很大程度上取決于抽油設(shè)備。目前常用的真空泵、隔膜泵。

輕型井點(diǎn)管、過(guò)濾管、集水總管，負(fù)責(zé)和閥門(mén)等管道系統(tǒng)和抽水設(shè)備啟動(dòng)，形成井點(diǎn)系統(tǒng)的真空和真空成形在油井周?chē)牡貐^(qū)在一定程度上，真空面積擴(kuò)大到一定范圍內(nèi)。在真空力作用下，井點(diǎn)附近的地下水通過(guò)砂井，濾點(diǎn)附近的地下水位降低。在運(yùn)行過(guò)程中，井點(diǎn)附近的地下水水位與真空區(qū)外的地下水位存在著水頭差。所以常說(shuō)的光井點(diǎn)降水是真空強(qiáng)迫水提取法。只有在這兩種力作用下，基坑地下水才會(huì)減少，并形成一定范圍的降水漏斗狀。

井點(diǎn)管與主管之間的連接可以設(shè)置鋼管和透明塑料管。由于真空力的作用，在塑料管內(nèi)設(shè)有彈簧，以增強(qiáng)外張阻力，保證地下水的暢通。有兩種方式連接主井和主管道，法蘭和箍。

（2）施工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：

地下水位降低后，土體會(huì)被固結(jié)，會(huì)造成水泵在半徑范圍內(nèi)對(duì)地面沉降的影響，有時(shí)給周?chē)ㄖ飵?lái)一定的危害。為了避免地下水位，周?chē)ㄖ锍两颠^(guò)大是一種有效的措施。該方法是在泵半徑受影響之前在建筑物附近鉆一排孔。

流程清楚，及時(shí)記錄。目的是保證當(dāng)水位降低時(shí)，現(xiàn)有建筑物下面的地下水位下降，水注入井眼。為了確保原有的水位不改變，以防止地面沉降造成的損壞現(xiàn)有建筑物。

5.2 深井井點(diǎn)降水法

（1）深井點(diǎn)降水是在深基坑周?chē)裨谏畈康耐査构苤?，或依靠深井泵潛水泵深井地下水從地下上升到地下的地下水位以下的坑。深井井點(diǎn)降水具有排量大、降水深、無(wú)吸力限大、井距大等優(yōu)點(diǎn)。然而，一次性投資大，孔質(zhì)量要求高。深井井點(diǎn)降水適用于滲透系數(shù)較大（10—250m/s D）；土壤是沙土、碎石、等；地下水豐富，降水深（10—50m），面積大。

（2）施工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：①井內(nèi)井點(diǎn)應(yīng)同時(shí)抽放，使水位差控制在要求范圍內(nèi)。②為了加強(qiáng)對(duì)水位的監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)接近于現(xiàn)有建筑物（結(jié)構(gòu)）的深井，有必要在建筑物（建筑物）附近設(shè)置觀測(cè)井。水位差異過(guò)大，應(yīng)立即采取補(bǔ)救措施。③防止地下水滲漏入坑。④潛水泵在運(yùn)行中應(yīng)注意檢查電纜與墻體是否發(fā)生碰撞，防止水沿電纜芯等水滲入電機(jī)后磨損。⑤在深井井點(diǎn)的基坑內(nèi)，由于井管較長(zhǎng)，開(kāi)挖到一定深度后，管道應(yīng)在支護(hù)結(jié)構(gòu)附近，如支護(hù)或柱連接，待固定。⑥當(dāng)坑底不透水，排除上部地下水時(shí)，可采用砂威爾斯深井降水。⑦井管使用完畢拔出。

6 地下水處理中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

在項(xiàng)目進(jìn)程里，地下水引發(fā)了許多工程事故，比如濟(jì)南的一座建筑物，基地下充滿了淤泥和素回填土開(kāi)。在進(jìn)行基地處理還有開(kāi)挖之時(shí)，打60威爾斯泵，由于水文資料缺乏，盲目的降水，基坑開(kāi)挖引起的地面沉降，相鄰房屋開(kāi)裂，最后在基坑周邊做高壓懸噴止水帷幕。由于程序的變化，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，并延誤了月數(shù)。

因此，通過(guò)對(duì)一些工程事故的分析，得出以下結(jié)論：在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意基坑工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。

（1）基坑工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程、設(shè)計(jì)，對(duì)周邊環(huán)境建設(shè)從數(shù)據(jù)采集到鏈的影響、相互作用、相互制約，使得優(yōu)化設(shè)計(jì)，為了用最經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到降水效果最好。

（2）數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)應(yīng)包括基坑設(shè)計(jì)；開(kāi)挖方法及工期；現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)條件及相關(guān)參數(shù)；基坑周邊環(huán)境；建設(shè)條件等。

（3）降水，為了使建筑物均勻沉降，可以增加建筑物側(cè)的井點(diǎn)降水間距，并調(diào)整小泵，盡量避免間歇和反復(fù)抽取。

（4）止水帷幕成本高，特別是在深層透水層，不僅成本太大，而且施工難度大。因此，有必要分析和考慮降水方案與設(shè)計(jì)方案相結(jié)合的可行性。如果場(chǎng)地有以下深層水，對(duì)地面沉降沒(méi)有更敏感的建筑物（結(jié)構(gòu)）建筑物，降水引起的小地面沉降，只能考慮位于上方的垂直帷幕和降水方案的底部。

（5）水幕的設(shè)計(jì)，要照顧環(huán)境的影響，考慮項(xiàng)目的地理方位和周邊狀況、支撐方法和施工時(shí)節(jié)。常規(guī)來(lái)說(shuō)，粘性土的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于砂土，粘性土是抗水層。然而，如果粘土在管道附近遭受強(qiáng)降雨或滲漏，粘性土的含水量增加，甚至飽和。因此，當(dāng)樁體飽和時(shí)，飽和土受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，在側(cè)壓力作用下會(huì)在基坑的方向上受到擠壓。

（6）在粉砂地質(zhì)里，有水泥攪拌樁以及懸噴樁，其兩者的連接未必牢固，當(dāng)基坑很深的情況下，它們間的連接就變得很不牢固。所以，這種止水帷幕如果要做到真正的止水，仍舊要添加噴網(wǎng)。endprint

（7）利用信息技術(shù)，觀測(cè)井的布設(shè)和沉降、位移、傾斜等觀測(cè)點(diǎn)，做相關(guān)按時(shí)按量的觀測(cè)、記錄、分析工作。能及時(shí)的控制水位以及圍巖基礎(chǔ)（結(jié)構(gòu)）的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)泵送流量和含砂量的認(rèn)知更熟悉。項(xiàng)目建成后，還應(yīng)連續(xù)觀測(cè)周?chē)ㄖ镆欢螘r(shí)間，重點(diǎn)是其沉降方面的觀測(cè)工作，保障降水對(duì)環(huán)境安全不帶來(lái)影響。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地下水的處理成為深基坑工程成敗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所以，在深基坑施工過(guò)程中，我們務(wù)必使用一些降低地下水對(duì)基坑的影響措施甚至消除，具體措施包括了解各類地質(zhì)條件的正確的降水方式，選擇合適止水設(shè)計(jì)。在施工過(guò)程中，不僅應(yīng)保證深基坑施工的安全，還要防止其對(duì)水環(huán)境的損害。做到這個(gè)程度，對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展才更有促進(jìn)作用。經(jīng)過(guò)對(duì)深基坑工程中地下水滲透破壞能力的剖析，歸納出在進(jìn)行降水以及止水措施中值得留意的的相關(guān)要點(diǎn)。旨在給未來(lái)深基坑工程的設(shè)計(jì)還有施工方面帶來(lái)有益思考，以此降低因方法選擇不當(dāng)導(dǎo)致降水工程事故的概率。

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