談降排水施工在深基坑工程中的作用與必要性

李 莉

(甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025)

1 概述

基坑工程主要包括基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工、土方開挖以及降水工程等，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。在地下水位較高的地區(qū)開挖深基坑時(shí)，由于含水層被切斷，在水位差的作用下，地下水就會(huì)從基坑外滲入到基坑內(nèi)部，如不進(jìn)行基坑的降排水工作，將會(huì)造成基坑浸水、地基承載力下降、邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得現(xiàn)場施工條件變差，因此，采取有效的降水和排水措施在確?；影踩┕ぶ芯哂兄匾饔?。

2 深基坑工程的特點(diǎn)

根據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2009年5月13日發(fā)布《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》中的附屬文件，深基坑工程為：

1)開挖深度超過5 m(含5 m)的基坑(槽)的土方開挖、支護(hù)、降水工程。

2)開挖深度雖未超過5 m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑(構(gòu)筑)物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護(hù)、降水工程。

隨著城市的發(fā)展，大批的深基坑工程隨之涌現(xiàn)，例如88層的上海金茂大廈基坑平面尺寸為170 m×150 m，基坑開挖深度達(dá)到19.5 m；總高為632 m的上海中心大廈主樓深基坑是全球少見的超深、超大、無橫梁支撐的單體建筑基坑。深基坑工程由于其深度大、面積大的特點(diǎn)對基坑穩(wěn)定及位移控制的要求更嚴(yán)格，且施工周期長、工程事故多發(fā)，尤其針對地下水的控制，以防止地下水滲流引發(fā)工程問題，引起鄰近建筑物地基沉降。目前常用的降排水方法有明排水法(集水明溝法)和人工降低地下水位法兩種。

3 明排水法降水

明排水法降水(如圖1所示)指在場地范圍內(nèi)合理布置排水明溝，設(shè)置集水井，讓地面水、雨水及地下水匯入排水明溝流入集水井，然后用水泵排出基坑。明排水法降水可應(yīng)用于除細(xì)砂土以外各種土質(zhì)的施工場合。在降排水過程中隨著基坑挖土的加深，應(yīng)隨時(shí)加深排水溝和集水井，保持水流的暢通。

明排水法的構(gòu)造要點(diǎn)：排水明溝深度0.4 m～0.6 m，寬度不小于0.4 m，邊坡坡度1∶1～1∶0.5，縱向坡度最小為0.2%～0.5%。沿排水明溝每隔20 m～40 m設(shè)置一個(gè)集水井，長寬或直徑應(yīng)達(dá)到0.6 m～0.8 m，低于排水邊溝1 m左右。施工現(xiàn)場應(yīng)用明排水法進(jìn)行基坑降排水，是目前應(yīng)用比較普遍的一種方法，其設(shè)備簡單施工方便，可用于除粉砂細(xì)砂以外的各種土質(zhì)。但采用該方法進(jìn)行施工現(xiàn)場降排水時(shí)容易出現(xiàn)一個(gè)問題就是流砂現(xiàn)象。什么是流砂現(xiàn)象。當(dāng)在細(xì)砂或粉砂土層進(jìn)行基坑開挖時(shí)，地下水位以下的土在動(dòng)水壓力的推動(dòng)下極易失去穩(wěn)定，隨著地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。

產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的內(nèi)因，主要是取決于土的性質(zhì)，比如說土的孔隙比較大，含水量比較大，或者說粘粒含量少，粉粒多，排水性能差，滲透性差的，均容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。而外因則是動(dòng)水壓力，動(dòng)水壓力是水在滲流過程當(dāng)中對土顆粒產(chǎn)生的一個(gè)作用力，那么使得土顆粒沿著動(dòng)水壓力的方向發(fā)生移動(dòng)。流砂防治的原則是治流砂必先治水，只有從根本上解決由于水的滲流對土顆粒產(chǎn)生的動(dòng)水壓力問題，才能有效的防治流砂現(xiàn)象的出現(xiàn)。我們可以采用減少或平衡動(dòng)水壓力的方法，比如，在全年枯水期施工；其次，可以通過一些措施截住地下水流，從根本上解決水的滲流問題，當(dāng)基坑下存在不透水層且深度不是很大時(shí)，可以沿基坑外圍一圈設(shè)置防滲帷幕，例如打板樁、澆筑水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁等，此時(shí)防滲帷幕會(huì)阻擋外圍地下水向內(nèi)側(cè)滲入，此時(shí)只需要處理防滲帷幕內(nèi)側(cè)少量地下水的滲流問題，大大減小了基坑降排水的難度；第三個(gè)方法就是改變動(dòng)水壓力的方向，在采用明水法進(jìn)行基坑降排水時(shí)，動(dòng)水壓力的方向是指向基坑內(nèi)側(cè)的，而改變其方向，可以使動(dòng)水壓力的方向朝著基坑外側(cè)，這樣就可以有效的防止流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。明排水法費(fèi)用較低且排水方便，適于降水深的較淺的情況，一般不超過5 m。

4 人工降低地下水位法(井點(diǎn)降水)

井點(diǎn)降水指基坑開挖前在其周圍埋設(shè)一定數(shù)量的降水井(井點(diǎn)管)，在井中不斷抽出地下水，使基坑范圍內(nèi)的地下水位下降到基底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，以保證施工的正常進(jìn)行。井點(diǎn)降水常用的方法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和電滲井點(diǎn)等，可以根據(jù)現(xiàn)場土的滲透性、降水水位的深度、設(shè)備條件及經(jīng)濟(jì)比較等具體條件選擇。采用井點(diǎn)降水時(shí)要注意由于地下水位降低范圍較大，可能引起的臨近建筑物沉降問題。

在這里以輕型井點(diǎn)降水(如圖2所示)為例，來介紹井點(diǎn)降水的方法。輕型井點(diǎn)降水是在基坑開挖前先埋設(shè)總管，總管連接抽水系統(tǒng)，然后在預(yù)開挖的基坑外圍埋設(shè)一定數(shù)量的井點(diǎn)管，井點(diǎn)管下端設(shè)置濾管，濾管長度約為1 m～1.5 m，管壁鉆有直徑為12 mm～18 mm的濾孔，防止土顆粒在抽水過程當(dāng)中進(jìn)入井點(diǎn)管引起井點(diǎn)管的堵塞而影響抽水的效果。然后安裝彎聯(lián)管，將井點(diǎn)管和總管連接在一起。整個(gè)管路系統(tǒng)安裝完畢后啟動(dòng)抽水系統(tǒng)，地下水則通過井點(diǎn)管下端的濾管，進(jìn)入井點(diǎn)管中，再進(jìn)入彎聯(lián)管及總管，最后被排出，地下水位也會(huì)隨之降低，當(dāng)?shù)叵滤唤档椭灵_挖基坑底部以下時(shí)，進(jìn)行基坑開挖，從而保證在整個(gè)基坑開挖過程當(dāng)中，始終處于干燥狀態(tài)。

輕型井點(diǎn)降水采用的設(shè)備包括兩部分，第一部分是管路系統(tǒng)，包括井點(diǎn)管、彎聯(lián)管和總管；第二部分是抽水設(shè)備，由真空泵、離心泵和水汽分離器組成，主要負(fù)責(zé)將抽出的水分離成空氣和水排出基坑。輕型井點(diǎn)降水的布置包括平面布置和高程布置，平面布置有單排布置、雙排布置、環(huán)形布置和U型布置；其高程布置就是確定井點(diǎn)管的埋置深度，即從濾管的頂部到井點(diǎn)管埋設(shè)面的垂直距離h，同時(shí)計(jì)算出的結(jié)果還應(yīng)滿足井點(diǎn)管埋深不大于抽水設(shè)備的最大抽吸高度，一般輕型井點(diǎn)為6 m～7 m。

輕型井點(diǎn)降水，可以有效地防止流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證基坑開挖時(shí)始終處于干燥狀態(tài)，且降水效果比較好。但降水過程中可能引起鄰近建筑地基發(fā)生壓縮變形，建筑基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，引起上部結(jié)構(gòu)開裂。井點(diǎn)降水的影響范圍比較大，其影響半徑可以達(dá)到百米至數(shù)百米，在降水過程中由于周圍土壤地下水位的降低，土體產(chǎn)生壓縮變形，從而引起較大的地面沉降，因此我們在建筑附近進(jìn)行井點(diǎn)降水時(shí)，為了防止降水影響或損害區(qū)域內(nèi)的建筑，就必須阻止建筑地基土中地下水的流失，可以采用設(shè)置固體抗?jié)B帷幕或采用回灌井點(diǎn)的方法來補(bǔ)充地下水，從而保證周圍土體中水位的穩(wěn)定。

5 結(jié)語

當(dāng)我們在開挖基坑或基槽時(shí)，如果土中存在地下水，且地下水位在我們開挖的基坑底面設(shè)計(jì)標(biāo)高以上時(shí)，若直接開挖，在開發(fā)過程當(dāng)中土的含水層常被切斷，此時(shí)基坑底部和基坑外側(cè)的水位之間會(huì)存在水位差，在水位差的作用下，地下水就會(huì)從基坑外滲入到基坑內(nèi)部；其次，當(dāng)我們在雨季施工時(shí)，雨水和地面水也會(huì)流入到基坑和基槽內(nèi)部，地下水在滲流過程當(dāng)中會(huì)引起很多的問題，比如說流砂、管涌、滑坡或基坑底部隆起等現(xiàn)象，為了保證施工的正常進(jìn)行，在基坑施工過程當(dāng)中就需要進(jìn)行降排水。隨著城市的發(fā)展以及大批的深基坑工程隨之涌現(xiàn)，深基坑降排水施工在很多情況下已不可避免，合理并有效地采用降排水方案，為深基坑工程的順利進(jìn)行提供了重要保障。