摘要：近年來隨著我國房地產(chǎn)的持續(xù)高速發(fā)展，地下工程越來越多，規(guī)模越來越大，由于地址條件復(fù)雜，地下水位較高，施工難度越來越大，因此在項(xiàng)目施工過程中，經(jīng)常要降低地下水位。降水方法一般是指采用各類井點(diǎn)降低地下水位的方法。深基坑施工常需要挖掘到地下水位以下的含水層中。因此開挖前需把地下水位降低到邊坡面和坑底以下，以防止邊坡的塌陷和涌流，并保證施工過程中處于疏干和堅(jiān)硬的工作條件下進(jìn)行開挖。有時(shí)基坑下會(huì)遇到承壓含水層，若不減壓，也將因滲流使基底破壞。同時(shí)，還伴隨著發(fā)生砂的隆脹和坑底土的流失現(xiàn)象
關(guān)鍵詞：降水方法：防護(hù)：缺陷
一、基坑降水方法
根據(jù)基坑的尺寸和深度、地質(zhì)條件和土的特性，地下水可用各種降水方法控制。所以，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)降水和減壓系統(tǒng)，將為施工帶來下列各項(xiàng)好處：
7 \: @* x; F( c- v1 ]/ M% 1. 防止基坑坡面和基底的滲水，保持坑底干燥，便利施工。
, G8 `' _4 Y" ?& F, [ * z* N8 \% o7 ~' d1 [- z2. 增加邊坡和坡底的穩(wěn)定性，防止邊坡上或基底的土層顆 粒流失 r& _7 `) u; O" }! L
3. 減少土體含水量，有效提高土體物理力學(xué)性能指標(biāo)。
9 @6 f4 o2 T: W$ [ Q9 Y+ ' y1 i4 i; F- V4. 提高土體固結(jié)度，增加地基抗剪強(qiáng)度。
9 O. w7 m; Z 在基坑開挖時(shí)考慮的降水和排水的方案，一般有下列幾種，分述如下：
1. 表面排水法：/ b0 h+ n3 Q3 k4 [; a) c
' q5通常在基坑坡腳做成集水溝，使溝中的水流向集水坑，再用集水泵將水抽出。集水坑底鋪上一層10一1 5 cm厚的粗砂或者分為兩層：下層為10cm厚的礫石，上層為10 cm厚的粗砂。集水坑深約為1 m，四面可用木板樁圍起，板樁通常深于挖掘底部0.5一0. 75m。為防止流砂侵入集水坑內(nèi)，常用填塞物將縫隙塞住。這樣抽水的步驟隨著基坑的挖深而重復(fù)，但抽出的水必須用橡皮管或木槽輸送到遠(yuǎn)離基坑的地方，以免倒流入基坑之內(nèi)，集水坑的抽水必須在基坑施工完畢開始填土?xí)r方可停止。這種方法的缺點(diǎn)是：地下水沿坡面或坡腳或坑底冒出，使坑底軟化或泥濘，若土中有粉土或細(xì)砂的透鏡體時(shí)，則將有潛水冒出，形成地下潛蝕而使附近地面沉降或邊坡塌陷。由于等待邊坡和土的滲水排出，使挖掘速度減緩。若坡度不陡或滲流水不多，則邊坡基坑底的反濾層是有效的。9 y6 G( |% n$ P+ A8 {, ]
J2 M3 P+ E3 R& E3 V另一種：表面排水法是板樁和明排水合用的方法。在降水工具發(fā)展之前，大多數(shù)在地下水位以下透水性土中的開挖是采用打入木板樁或鋼板樁的方法，挖去板樁范圍內(nèi)的土，抽去由板樁底滲出的水。這種開挖方法，地下水經(jīng)由板樁底進(jìn)入被圍的基坑內(nèi)。由于在板樁內(nèi)的水位降落比板樁外的水位要快得多，地下水和滲流水在板樁壁和板樁底將產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力。若水位差達(dá)到相當(dāng)大時(shí)，在坑底的滲透壓力將使土產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，喪失土的抗剪強(qiáng)度并在底部支撐處產(chǎn)生過大的荷載，可能使支撐斷裂或破壞，在某些情況下，還可能產(chǎn)生管涌現(xiàn)象.
) F1 K. C* V8 e0 Z, R, q: ~$ j" 從而使板樁下的土淘空，以致基坑全部破壞。若板樁經(jīng)過設(shè)計(jì)，布置時(shí)考慮到滲透壓力和喪失抗剪強(qiáng)度的情況，那么板樁和明排水配合的方法仍有可能成功地控制住地下水。在基坑底部鋪上一層適當(dāng)級配的砂和礫石的反濾層，則將使施工順利進(jìn)行并使地下水易于排出。上海在五十年代前后大多數(shù)工程采用這種方法，板樁入土為開挖深度的二倍，但在流砂地區(qū)仍未能達(dá)到目的，故自1955年井點(diǎn)試驗(yàn)成功后，全部采用井點(diǎn)和鋼板樁的方法來代替板樁明排方法。' C2 V3 L ! d1 O% |) D: a1 r! Q; j2. 土中降水法" V; u0 p; V3 A4 w# d
, 土中降水法主要是將帶有濾管的降水工具沉設(shè)到基坑四周的土中，利用各種抽水工具，在不擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)情況下，將地下水抽出，以利基坑的開挖。這種降水方法一般有井點(diǎn)系統(tǒng)、噴射井點(diǎn)、深井點(diǎn)等方法，簡述如下：* I$ H9 ^+ o4 V& O1
, Y9 x: I! I) [(1)井點(diǎn)系統(tǒng)，又稱輕型井點(diǎn)。由于地下水位較高，而井點(diǎn)能降低地下水位的有效深度為4.5m左右，井點(diǎn)的濾管直徑為50 m m，長約1m ,濾網(wǎng)可用銅或不銹鋼網(wǎng)制成，末端可以封閉，亦可用自射式。自射式的優(yōu)點(diǎn)是在井點(diǎn)沉設(shè)過程中，將高壓水關(guān)小，然后填砂，使粗砂易于聚集在濾管周圍，在運(yùn)轉(zhuǎn)中井點(diǎn)不易堵塞.但缺點(diǎn)是橡皮球閥和環(huán)閥常易磨損而須經(jīng)常掉換，美國常用自射式。我國則用封閉式濾管，而在沉設(shè)時(shí)加用沖管鉆孔。井點(diǎn)排列成線狀或環(huán)狀，視基坑的形狀而定，其間距一般為0.8一2.4m，并與125mm的總管用彎聯(lián)管或愷裝塑料管聯(lián)接，總管則與帶有離心泵和真空泵的抽水設(shè)備相連，或者和水射泵相連。這一整套布置稱為并點(diǎn)系統(tǒng)或輕型井點(diǎn)。井點(diǎn)系統(tǒng)是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的降水方法。特別是對小基坑、降低水位不深時(shí)尤為適宜和經(jīng)濟(jì)。井點(diǎn)系統(tǒng)也可設(shè)置多級。s l. H9 `) j
# ]7 p1 X7 f( s: ~6 a(2 ) 噴射井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)的主要構(gòu)造和工作原理是：自高壓泵輸入的水流，經(jīng)輸水導(dǎo)管而達(dá)到噴嘴，在噴嘴處由于截面縮小，流速驟增到極大值，水流即以此流速?zèng)_入混合室中。由于噴嘴處流速增加，水流中的壓力即相應(yīng)地減低，而達(dá)到某一預(yù)定的真空度；因此，大氣壓力即將所欲提升的地下水經(jīng)吸入管壓入混合室中。此時(shí)，工作水流與被吸入的水流混合而產(chǎn)生直接的能量交換，同時(shí)混合室的截面積逐漸增加，流速漸減，最后以正常的速度流出井點(diǎn)噴射井點(diǎn)一級能提升離地面30m以內(nèi)的地下水，并能在井點(diǎn)底部產(chǎn)生250mm水銀柱的真空度，但因能量消耗很大，所以其工作效率一般只有30%，同時(shí)設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，噴嘴與混合室常須檢驗(yàn)并掉換，特別是濾層填料不好時(shí)，常有細(xì)砂帶入，使噴嘴特別易于磨損。
: S+ b4 n* Q) q5 u0 x:(3 ) 深井點(diǎn)。適用于水量大、降水深的場合，當(dāng)土粒較粗、滲透系數(shù)很大，而透水層厚度也大時(shí)，一般用井點(diǎn)系統(tǒng)或噴射井點(diǎn)不能奏效，此時(shí)采用深井點(diǎn)較為適宜。其優(yōu)點(diǎn)是降水的深度大、范圍也大，因此可布置在基坑施工范圍以外，使其排水時(shí)的降落曲線達(dá)到基坑之下。深井點(diǎn)可單用，亦可和井點(diǎn)系統(tǒng)合用。此時(shí)井點(diǎn)系統(tǒng)通常應(yīng)布置在基坑周圍的坡腳處，用以吸取由于深井點(diǎn)間距較大而流來的少量地下水
(4 ) 其他降水方法
, q% W8 ], E5 Z* W+ `* C# }5 a 真空井點(diǎn)8 @- d* S/ G4 }$ L% n% o
* f' R' ]* u: |) R& j% H- V當(dāng)基坑處于滲透系數(shù)較小的(k< (0.1-10)x1 0 -2m /s)細(xì)粒粉土的場合時(shí)，用普通井點(diǎn)己不能成功地降水，這是因?yàn)橥林杏幸徊糠钟捎诿?xì)管力的作用而不能用重力的方法抽出。因此必須采用真空井點(diǎn)降水。真空降水是在井點(diǎn)的頂部用粘土或膨潤土封住，其厚度約為1一1 . 5m，以保持濾管和其填料內(nèi)的真空度，從而使井點(diǎn)的水力坡降增加，特別是在層狀土的情況下，在井點(diǎn)周圍的土被大氣壓力所穩(wěn)定，阻止?jié)B流趨向基坑并增加土的有效應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度。這種情況的降水要求其井點(diǎn)的間距要小，從而使地下水易于抽出.就井點(diǎn)系統(tǒng)而言，其在濾管及其周圍的填料的凈真空度，等于在總管的真空度減去井點(diǎn)管的長度。因此，如果降水超過4. 5m，則在系統(tǒng)內(nèi)所能獲得的真空度就相對地小了。如果再有較大的空氣損失(如總管、彎聯(lián)管及其他各處接合不嚴(yán)，封口粘上失效等等)，那就需要另外增加一臺(tái)真空泵，以保證系統(tǒng)內(nèi)獲得最大的真空度。除封口處的粉質(zhì)粘土外，所有多層土的地下水都能受到真空的作用而流向?yàn)V管及其周圍的填料。
8 [' B; z8 O$ ~; o a. Q- T0 G' L1 f3 B3 ab 電滲降水
- H1 K# d3 M# t% Q) E& n% P: r6 N(大多數(shù)的土都可按上述方法進(jìn)行降水，但對更細(xì)顆粒的土，如一些粉土、粘質(zhì)粉土和細(xì)粒粘土等，用上述方法將不能成功地降水，此時(shí)可采用電滲降水，其原理為在上述的土中插入二個(gè)電極，并施加一定強(qiáng)度的直流電，則發(fā)現(xiàn)土中的水將與土分離，由陽極流向陰級，若將井點(diǎn)作為陰級，則可將分離的水抽出這樣，本來土中抽不出的趨向基坑邊坡并減低穩(wěn)定性的地下水，由于施加直流電的影響就滲流到井點(diǎn)排出，從而增加了土的強(qiáng)度和邊坡的穩(wěn)定性。
- h/ b$ K( K# z/ V5 {4 x& _1 O6 w0 f! J9 Q0 N- n) g" I根據(jù)美國 Cassagrande的研究表明：電滲滲透系數(shù)k，或電滲流的流動(dòng)速率，在砂土、粉土或粘土中大致相同，為實(shí)用起見，他假定大多數(shù)土的電滲滲透系數(shù)，當(dāng)在每厘米1伏特的梯度情況下，為0.5x 10-2 m /s。
1 c. r, R3 I" U/ ^3 ]. M#c 減壓井
" j* G0 _9 @' O3 Z( r4 k$ z/ [(當(dāng)大型基坑下部伏有不透水層或弱透水層，而其下又為承壓水層時(shí)，盡管在邊坡有井點(diǎn)降水，由于開挖后上覆壓力的減小，下伏的承壓水壓力將會(huì)使基坑底隆起或產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。若底部不透水層的靜水壓力流網(wǎng)大于上覆有效土重，則基坑底薄弱處或薄層處將發(fā)生局部隆起和涌砂，這將拖延施工或使擬建筑物基礎(chǔ)不能使用。這種情況可事先考慮在基坑頂布設(shè)深井來減除承壓水的壓力，或者在基坑開挖過程中將承壓力減壓到一定的高程。3 v. Y6 [; J5 x" l( J7 h8 `
; Q* x% L; k2 x( Nd. 其他情況0 L% y: q% ]* T7 M2 O
& 若開挖基坑的土顆粒愈往下愈粗，例如上面為粉土或粉砂而下部為更為透水的中粗砂時(shí)，則可在基坑周圍弱透水性土層的深度范圍內(nèi)打砂并，而將深井的濾網(wǎng)部分打入較粗顆粒的砂層。這樣，砂井由于受深井降水的影響，上層透水性較小的土層中的土，會(huì)流向下層而由深井抽出。例如如有些工程要避免明挖，但若用深井，其連管部分的水流不足以使深井抽汲，在這種情況下，可以用水平排水法。其方法為在需降低水位的地段設(shè)置一豎井。豎井中相當(dāng)于抽水部位鑿洞，然后將一系列穿孔的管水平地向所要求的降水地方壓出，其長度和方向可隨需要而定，由水平穿孔管中流來的地下水，則由潛水泵或其他泵從豎井中抽出
二、基坑降水的缺陷及防護(hù)措施
基坑工程中對場區(qū)地下水處理采用排降法較阻擋法的最大缺陷是會(huì)引起鄰近建筑物的不均勻沉降。由于每個(gè)井點(diǎn)周圍的水位降低是呈漏斗狀分布，整個(gè)基坑周圍的水位降落必然是近大遠(yuǎn)小呈曲面分布。水位降低一方面減小了土中地下水對地上建筑物的浮托力，使軟弱土層受壓縮而沉降；另一方面空隙水從土中排出，土體固結(jié)變形，本身就是壓縮沉降過程。地面沉降量與地下水位降落量是對應(yīng)的，地下水位降落的曲面分布必然引起鄰近建筑物的不均勻沉降。當(dāng)不均勻沉降達(dá)到一定程度時(shí)，鄰近建筑物就會(huì)裂縫、傾斜甚至于倒塌。因此配合基坑邊坡支護(hù)進(jìn)行降水設(shè)計(jì)和施工，必須高度重降水對鄰近建筑物的影響，把不均勻沉降限制在允許的范圍內(nèi)，以確�；蛹爸車ㄖ锏陌踩榇�，可以從以下幾方面制定減少不均勻沉降的措施。
1、由于基坑周圍的水位降落曲線隨降水要求、降水方法和具體方案的不同而差別較大，因此不要提出過高的降水深度，在滿足基本降水要求的前提下，對各種降水方法應(yīng)分析和比較，篩選最佳的降水方案。
2、在降水井點(diǎn)與重要建筑物之間設(shè)置回灌井、回灌溝，降水的同時(shí)降水回灌其中，使靠近基坑的建筑物一側(cè)地下水位降落大大減小，從而控制地面沉降。
3、減緩降水速度，使建筑物沉降均。在鄰近建筑物一側(cè)將井點(diǎn)間距加大以及調(diào)小抽水設(shè)備的閥門等，減小出水量以達(dá)到降水速度減緩的目的。
4、提高降水工程施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制出水的含砂土量，以防止地下砂土流失掏空，導(dǎo)致地面建筑物開裂。
5、布設(shè)觀測井和沉降、位移、傾斜等觀測點(diǎn)，進(jìn)行定時(shí)觀察、記錄、分析，隨時(shí)掌握水位降低和基坑周圍建筑物變化動(dòng)態(tài)。同時(shí)，還要了解抽水量和含砂量。做到心中有數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施，預(yù)防事故發(fā)生。
三、基坑降水須考慮的因素
在采取上述處理方法對基坑進(jìn)行降水處理時(shí)，對選擇的降水方法還應(yīng)該考慮以下因素：
1、場地條件及該建筑物設(shè)計(jì)施工資料：場地條件制約著降水方案的制定，它主要包括場地四周已有建筑物的高度、分布、結(jié)構(gòu)和離擬建工程的距離；地基四周的地下設(shè)施（包括給排水管道、光纖電纜、供氣管道等）；向外抽水排水通道以及供電情況等。有關(guān)設(shè)計(jì)施工資料包括基坑開挖尺寸和分布；地下建筑物施工的有關(guān)要求等。這些條件決定了所采用降水方法和具體的設(shè)計(jì)施工方案，也決定了具體保證周邊建筑物和地下設(shè)施安全的實(shí)施措施。
2、地址情況：了解地基土分層地質(zhì)柱狀圖及地質(zhì)剖面圖，各層巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，地下水類型及埋藏情況，水文地址情況，水質(zhì)分析結(jié)果，特別是土層的滲透性。土的滲透系數(shù)取決土的形成條件、顆粒級配、膠體顆粒含量和土的結(jié)構(gòu)等因素，因此場區(qū)土層的不同深度和不同方位的滲透系數(shù)是不同的。滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性，勢必直接影響降水方案的選擇。由于影響滲透系數(shù)的因數(shù)復(fù)雜，一般勘察報(bào)告提供的數(shù)值多是室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，誤差往往較大，只能供降水設(shè)計(jì)時(shí)參考，對重要工程應(yīng)做現(xiàn)場抽水試驗(yàn)加以確定。
3、場地地下水情況：地下水分潛水和承壓水兩種。潛水儲(chǔ)存于地表與第一層不透水層之間，是無壓力重力水，可向四周滲透。從工程實(shí)踐來看，潛水大多來源于大氣降水和地下埋設(shè)的上下水管道破裂漏水，主要積存于地表下雜填土和老建筑物被沖刷掏空的地基中。承壓水儲(chǔ)存于兩個(gè)不透水層之間含水層中，若水充滿此含水層，則水具有壓力。所以，要根據(jù)地質(zhì)和水文資料，搞清楚場區(qū)各處透水層和不透水層向下沿深度的分布厚度和變化情況；掌握場區(qū)各處承壓靜止水位埋深，混合靜止水位埋深和他們的年變化幅度及水位標(biāo)高；查明場地地下水補(bǔ)給源的方位、距離和透水層的聯(lián)系情況；搞清楚地下水層是否與江、河、湖、海等無限水源連通；不論潛水或承壓水若與無限水源連通，都會(huì)造成降水困難甚至于降水無效
參考文獻(xiàn)：
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