建筑工程基坑施工中的地下水處理

楊瑜澤，吳 溪

(1.湖北建科國(guó)際工程有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省核工業(yè)地質(zhì)局湖北核工業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，湖北 孝感 432000)

0 引 言

地下水能夠嚴(yán)重的威脅基坑工程的穩(wěn)定安全，地下水的作用會(huì)顯著削弱地下水的粘聚力和內(nèi)摩擦角。此外地下水入滲至土體的空隙之中，產(chǎn)生的靜空隙水壓力會(huì)對(duì)土體的有效應(yīng)力產(chǎn)生影響，降低土體的強(qiáng)度。由于地下水的作用導(dǎo)致巖土體中的土顆粒局部產(chǎn)生了移動(dòng)和流失，導(dǎo)致了土體的失穩(wěn)變形破壞。在基坑中由于地下水的影響，如果不采取措施，極其容易引發(fā)流砂、管涌、潛蝕等病害，對(duì)基坑以及周圍建筑的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重的威脅[1]。隨著基坑的開挖，當(dāng)時(shí)基坑中上覆土層的重度不能夠抵抗承壓水水頭的壓力，承壓水水頭就會(huì)頂破基地板，涌入基坑之內(nèi)。因此在基坑施工時(shí)尤其需要注意加強(qiáng)對(duì)地下水的處理。

1 基坑工程地下水控制措施

如若工程所處的場(chǎng)地地下水位較高，含水量較為豐富，同時(shí)再加上開挖過程中雨水以及地表水的滲入，除了會(huì)影響工程的正常進(jìn)度，還會(huì)導(dǎo)致坑底以及周邊土體的強(qiáng)度驟然降低，對(duì)基坑的安全以及工程的質(zhì)量造成嚴(yán)重的威脅[2]。因而在基坑開挖的過程中為了保持開挖面的干燥，同時(shí)還要防止?jié)B水漏砂等現(xiàn)象，需要對(duì)地下水的控制方法進(jìn)行合理的選擇，確?；影踩?，同時(shí)也減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。為了保持開挖面的干燥，一般會(huì)將地下水位降至開挖面以下0.5-1.0 m。為了避免突涌破壞，對(duì)于有承壓含水層的地下水需要降低其壓力水頭。

1.1 降水

基坑降水整體上可以分為兩類，其一為集水明排，其二為井點(diǎn)降水[3]。其中集水明排是通過在坑底設(shè)置集水井，然后設(shè)置排水溝將各個(gè)集水井相互聯(lián)通，讓水在重力的作用下流入井中然后被排出。該種方法操作較為簡(jiǎn)單，但是如果遇到水量較大的情況，則容易造成邊坡塌方以及流砂。

輕型井點(diǎn)降水是井點(diǎn)降水的一種，需要在基坑周圍安裝一排小口徑的井管，并且在地面上設(shè)置水泵來(lái)進(jìn)行抽水。該方法同樣操作方便，但是僅僅使用于基坑較淺的情況，一旦水位超過5 m，僅僅靠一級(jí)井點(diǎn)就無(wú)法完成，此時(shí)則需要設(shè)置多級(jí)井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)降水需要在井管的內(nèi)部裝上噴射器，通過輸入高壓從而形成真空狀態(tài)降水排出，該方法對(duì)于淤泥質(zhì)土或者其他滲透性較低的土層的穩(wěn)固效果較好，但是不適用于地下水流速較快的工程[3]。管井降水是在基坑的周圍鉆出一排井眼，同時(shí)在井管之內(nèi)裝配上水泵來(lái)抽取基坑之內(nèi)的水，該降水措施的深度不受限制，可以用在水穩(wěn)較深的工程之中，但是該種方法的操作性較差。井點(diǎn)降水的方式的選擇需要根據(jù)基坑的深度、輪廓綜合確定，同時(shí)為了避免對(duì)后續(xù)施工產(chǎn)生影響，各降水井一般都設(shè)置在基坑的外圍，如果遇到水流速較大的情況，則可以適當(dāng)?shù)脑诳拷叵滤囊粋?cè)增加降水井的數(shù)量。

1.2 隔水

地下水位的下降會(huì)對(duì)周圍的建筑物造成影響，需要采取隔水的方式對(duì)地下水位進(jìn)行控制，一般會(huì)采取隔水帷幕的方式。所謂的隔水帷幕就是一個(gè)幕墻狀的防滲體系，能夠有效的隔斷或者降低基坑內(nèi)外地下水的滲流。在基坑工程中，將隔水帷幕施工在基坑的外圍使其形成閉合，在設(shè)置止水帷幕后相當(dāng)于形成了新的流網(wǎng)，增加了水流的路徑?；拥拈_挖會(huì)使得坑內(nèi)外存在一個(gè)水位差，也就導(dǎo)致了基坑內(nèi)的水會(huì)向基坑外部滲流，可能會(huì)存在流砂和突涌的病害。而隔水帷幕的設(shè)置也就使得基坑之內(nèi)的地下水更易被疏干，減小基坑外地面由于地下水水位降低而產(chǎn)生的沉降。當(dāng)場(chǎng)地的地下水埋深較淺，且土層的滲透系數(shù)較大時(shí)，通常需要考慮設(shè)置隔水帷幕，隔水帷幕一般需要穿透透水層并插入隔水層內(nèi)。

根據(jù)隔水帷幕的空間形態(tài)可以將其劃分為豎向隔水帷幕和橫向隔水帷幕；根據(jù)插入透水層的深度又可以劃分為懸掛式和落底式；按照制作工藝又可以劃分為地下連續(xù)墻、攪拌樁、旋噴樁、凍結(jié)法、復(fù)合工藝等。如表1所示為常用隔水帷幕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[4]。

1.3 回灌

回灌技術(shù)是控制地下水的一項(xiàng)有效輔助措施，通過回灌能夠消減基坑降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，補(bǔ)充地下水資源，穩(wěn)定地下水位，防治地面沉陷等病害，相對(duì)而言更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便和可行?；毓嗑褪菍⒌乇硭ㄟ^井管注入到目標(biāo)層中，保持地下水位處于平衡狀態(tài)。目前工程中常用的砂溝回灌和井點(diǎn)回灌技術(shù)。井點(diǎn)回灌就是將井點(diǎn)設(shè)置在基坑降水井周圍或者是需要保護(hù)的建筑物周圍，然后將降水井中的水直接泵送至回灌井之中，從而能夠做到有效降低需保護(hù)區(qū)域的地下水流失。當(dāng)建筑物離基坑的距離較遠(yuǎn)，同時(shí)回灌的深度位于均勻透水層或者中間沒有隔水層的淺層潛水層中，則需要應(yīng)用砂溝回灌技術(shù)。

在設(shè)置回灌井之前需要做好勘察或者是補(bǔ)充勘察，在打算設(shè)置回灌井的區(qū)域先打入勘察孔來(lái)探明地層的分布情況，以及含水層的位置和厚度。在查明以上情況之后，合理的設(shè)計(jì)回灌的設(shè)計(jì)方案，其中主要確定回灌井的深度、回灌量等。在回灌的過程中，一方面需要密切的監(jiān)測(cè)基坑內(nèi)外的水位，另一方面還要監(jiān)測(cè)被保護(hù)對(duì)象的沉降變化。同時(shí)還要?jiǎng)討B(tài)的對(duì)回灌井的啟、閉以及回灌量的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)控。在確保回灌過程不會(huì)給坑內(nèi)降水造成較大的壓力之外，還需要保證坑外的目標(biāo)含水層的水位能夠保持穩(wěn)定，防止水位突變而造成的影響。待回灌結(jié)束之后，回灌井需要分批次、緩慢的進(jìn)行關(guān)閉，再次過程中還應(yīng)當(dāng)對(duì)水位以及沉降變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以免出現(xiàn)二次沉降的現(xiàn)象。

2 地下水控制設(shè)計(jì)方法

在設(shè)計(jì)基坑地下水控制方案時(shí)需要確保基坑側(cè)壁以及基坑底部的滲透性穩(wěn)定，在開挖過程中不會(huì)受到地下水的影響；同時(shí)還需要確保在控制地下水過程中，臨近的建筑物等能夠正常的使用。在對(duì)地下水控制時(shí)不可對(duì)地下水造成污染破壞，需要綜合的制定實(shí)施方案，最大限度的減少對(duì)地下水的影響。

地下水控制設(shè)計(jì)方案需要考慮到基坑所在場(chǎng)地的地質(zhì)條件以及環(huán)境條件。綜合考慮到工程地質(zhì)條件、降水對(duì)環(huán)境所造成的影響、施工的難易程度以及工程造價(jià)等方面的因素，進(jìn)而選擇合適的地下水控制模型，其設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。其中地下水的控制模型也就是對(duì)降水措施、隔水措施以及回灌措施的一種組合形式。一般將地下水的控制模型分為三類，分別為敞開式、封閉式和半封閉式。敞開式的兩側(cè)均為降水井，并未隔水帷幕，封閉式和半封閉式的分別在兩側(cè)和一側(cè)設(shè)置了隔水帷幕。三種控制模型所適用的條件有所不同，需要根據(jù)實(shí)際的來(lái)合理的選擇適合該區(qū)域的地下水控制模型。

對(duì)于地下水控制模型的具體設(shè)計(jì)步驟主要包括為：(1)估算降水井深；(2)計(jì)算基坑等效半徑；(3)確定降水井影響半徑；(4)計(jì)算基坑總涌水量；(5)計(jì)算單井出水量；(6)估算降水井?dāng)?shù)量以及井間距；(7)基坑水位降深驗(yàn)算；(8)計(jì)算地層降深。

圖1 基坑工程地下水控制設(shè)計(jì)流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

地下水是影響基坑穩(wěn)定的重要因素，地下水的作用產(chǎn)生的靜空隙水壓力會(huì)對(duì)土體的有效應(yīng)力產(chǎn)生影響，降低土體的強(qiáng)度，極其容易引發(fā)流砂、管涌、潛蝕等病害。文章闡述基坑工程中地下水控制措施主要可以從降水、隔水以及回灌三個(gè)方面進(jìn)行入手。詳細(xì)介紹了井點(diǎn)降水和集水明排、隔水帷幕、回灌方式的分類、優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍，最后還提出了基坑工程中地下水控制的設(shè)計(jì)流程。