深基坑施工中地下水的处理
深基坑施工中地下水的处理
1连金岩2岳福恩、
黑龙江龙华岩土工程有限公司黑龙江省哈尔滨市150046
摘要:本文主要阐述了,在深基坑施工时,遇到的一些问题以及处理方法。
关键词:深基坑施工地下水
一、 深基坑开挖的主要岩土工程问题
近年来，城市楼房越建工越高，在坑越挖越深，问题越来越复杂，施工难度越来越大。基坑开挖以其规模和地质条件的不同，出现的岩土工程问题分三个方面。
（一） 土体变形与失稳
由于基坑挖临空而引起的边坡土体变形与整体失稳，大致分三种情况：
（1） 因开挖临空引起土内坑内少量位移而产生对支护结构的土压力，其变形范围一般限制在土压力破裂面范围内，通常是由于支护工程的存在而不显破裂面，只有土压力在存在。土压力的大小和向坑内位移值取决于开挖深度以上和以下一定范围内土层的抗剪强度和土的侧向抗力。这样的情况最普遍。
（2） 边坡土体中存在很软的淤泥、淤泥质土或高灵敏度软土，在临空或开挖振动条件下而产生塑性流动；或者在边坡土体中存在粉土或粉砂含水层，因开挖暴露或保护层不厚而产生管涌或大范围突涌。这类失稳通常表现为坍滑，其范围往往超过主动土压力破裂面范围，其破裂面近似圆弧形。
（3） 边坡土体中存在原生软弱结构面，由于水的作用而产生整体滑移——滑坡。
（二） 地下水及砂性土含水层对基坑的危害
由于地层具有典型的二元结构沉积韵律，使地下水明显分上下两层，即上部粘性土中存在的潜水或上层滞水和下部砂性土及砾卵石层中的承压水。应指出，由于砂性土中存在的上部夹有厚度不等的粉土、粉砂与粉质粘土互层的承压含水层，它与下部承压含水层有直接的水力联系，虽渗透系数罗下部小得多，但其承压水头与下层一致或更高，因此，粉土、粉砂与粉质粘土互层的这部分含水层也可称为“过渡层”。
因基坑开挖深度不同，所受地下水的危害性质和程度也不同。一般浅基坑（一层地下室或深6m以内）主要是潜水或上层滞水的涌出，因浅部排水固结或粉土含水层的“管涌”而引起坑周地面下沉，并危及其上的建（构）筑物；中等深度基坑（深8～10m左右）往往因揭穿过渡层或接近过渡层而产生粉土或粉砂的“管涌”（常从侧壁流出），造成坑周地面下沉甚至产生滑坡；超过10～13m深时，都会遇到下部砂层水的突涌问题，若无可靠的防水或减压、疏干措施，势将造成大范围突涌而使坑周大面积坍滑，有时达30～40m上。
（三） 环境影响
由于前两积原因造成坑周一定范围地面变形甚至破坏，而危及邻近建（构）筑物或生命线工程，就是环境影响问题。这类影响从其成因、变形性质和规模也可分两类：一是由于土压力作用而首开技护结构顶部位移，造成坑外地面下沉，其范围大致与坑深相当，沉降量与支护结构顶部位移量近似相等；二是因流土（塑流、管涌、突涌）或涌水构成更大范围的地面下沉或位移，这类变形或破坏往往酿成坑周环境的灾难性后果。
二、 地下水处理
在深基坑开挖及地下室施工过程中，既要何证基坑自身的稳定，又要确保周边环境的安全。因此，必须设置隔渗帷幕或降水减压及疏干工程对地下水进行治理，防止产生和地下水活动有关的向坑内大量涌水、坑壁流砂、流泥、崩坍坑底突水涌砂、坑周一定范围内地面大量变形，导致对环境的危害。
（一） 地下水处理方法和基本要求
地下水处理方法主要有两种：排降法和隔渗法。根据基坑规模、周边环璄和场地水文地质条件进行选择。
1、 排降法的原理和使用条件
排降法系采用抽水设备在集水井内抽排地下水，达到既满足坑内干作业，又保证坑内处安全的目的。
（1）、明沟排水法和轻型井点降水法
一般在基坑深度＜6cm，基坑面积＜2000㎡，上层滞水（或潜水）量不磊，又无淤泥土以及抗周边30m内无重要建（构）
筑物的条件下选用。
明沟排出的水往往从坑壁渗出，常采用堵集、导改等措施，以防止对坑壁的冲刷。因此，用明沟排水法要尽量使水流入坑内，少侵泡坑壁，少冲刷坑壁土。
选用轻型井点降水时，对杂填土较厚、有大块的建筑垃圾及其它垃圾和旧基础、或者淤泥层较厚时（原湖塘回填处），要经过充分论证和精心设计。
（2）、深井降水法。
主要用来降低透水性好、厚度大的含水层的承压水头。当基坑开挖深度超过承压含水层顶板埋深或虽未超过顶板埋深，但因含水层顶板很薄，承压的水压力可能冲破其盖层，从而使坑底突涌，而无法完成坑底施工时，可考虑此法。但是，采用此法必须从勘察、设计、施工和维持等阶段的程序按技术要求进行，而且对周边的环境，尤其是30m内的环境条件要有充分的认识，采用相应的措施防止发生过大的不均匀沉降。
2.隔渗法的原理和使用条件
隔渗法就是在基坑四周或底板下的某一深度，采和高压喷射、深层搅拌、压力注浆等手段造成具有一定强度、一定厚度、抗渗性较强的水泥土墙或底板，以阴止地下水流放基坑内。
隔渗法大致分两类，即竖向隔渗墙和水平隔渗底板。竖向隔渗又分悬挂式和落底式两种，前者阴隔上层潜水（或滞水）或延长承压水的渗透途径，后者阻隔上层潜水和下层承压水渗入机坑内。
3.地下水处理的几点基本要求
（1）具备深基坑地下水处理设计的全部资料，包括含水层的性质、厚度、顶板标高、水位、水力联系、渗透系数、补给条件以及基坑深度、面积、支护结构类型和基坑周边环境、施工周期及在此期间的气象资料等等。
（2）地下水处理设计时，除周边环境有足够认识外，还要对各主要建（构）筑物、地下管线及地面控制点设方适量的变形观测点、水位变化观测井，并进行全过程的定期观测，以便采用信息法施工，具备相应的应急应变措施。
（3）地下水处理必须考虑其复杂程度。一般按基坑规模、降水深度和深基坑工程的安全等级分为简单、中等、复杂三个等级。
（4）地下水处理时必须综合考虑环境、变形和技术经济指标。基坑面积与承压水头降幅（或隔渗所阻挡的承压水头高度）的乘积除水或隔渗投入的经费，所得的含意是：基坑中在单位面积上每降低（或隔渗）1m承压水头所需的费用。通过统计计算，结果是：深井降水为14～48元；隔渗为186～223元；隔渗与降水相结合为41～101元。
（二）深井降水工程的几个关键问题
基坑深井降水是一项科学性强、技术难度大、工艺实践性高的综合性工作。要在基坑范围内降低水头到预期标高，并且稳定地保持一段时间，达到对基坑的周边环境影响最小，必须认真地、科学地遵循国家有关规范、规程去实施。
1. 井深和单井出水量的选择
（1） 用深井降水降低深基坑内承压水的水位，要求深井内外的水位在抽降时应基本一致，常要求水路值不大于0.5m，而且在这个的水力坡度控制在2%左右。
（2） 单井出水量：一般几知至几万平方米的深基坑，降地下水处理复杂程度系数在10以上的外，降水井的总数在20眼基左右，一般不超过30眼。否则，降水维持期会带来很大因难。对于复杂程度系数为简单或长条形（长宽比>3.5）的小基坑（面积<2000㎡），单井出水量取30～50m3/h，部分井可采用80m3/h；对于复杂系数为中等的基坑，可采用50～80m3/h，部分井可达120m3/h。
2. 井位的布置
降水深井在不危及建筑物安全和不影响施工的前提下，应布置在基坑的内部，因其降水效果比水井布在基坑四周提高10%～14%，并对周边环境的影响要减小15%～50%，工程费用要节省10%～40%，尤其对地下水处理复杂程度系数≥9的深基坑，更要把降水井布在基坑内。
3. 深井的施工质量控制
管井施工严格按《供水管井设计施工与验收规范》的有关技术规定进行，确保管井施工质量。尤其要严格控制抽水井抽水时的含砂里，在长期动行时必须小于十万分之一（重量比）。成功的实例表明，指标对基坑的稳定性、周边环境的安全、水泵的正常运行、集水管道的畅通和避免地下箱涵的淤塞都是可以接受的。
（三）深井降水对周围环境的影响
1.影响范围
地面附加沉降量由坑周边向外逐渐变小，如果水位降落漏斗中心在基坑内，其各边的影响范围大约是水位下降值的40～50倍，但主要影响带在基坑四周相当于3S（S为水位下降值，约10m）的宽度内次要影响带在基坑四周距坑边相当于3～10S（10～30m）的距离内；在基坑距基坑周边相当于30倍水位下降值的范围即可。
2.影响程度
水位下降值越大对环境的影响越大。
3.影响反应的时间
基坑降水引起的地面的附加沉降主要是砂性地基土的排水固结。水位下降后的15天内沉降量即可完成95%。加上整个降水漏斗的形成是以承压水的压力传导为机制，在降水后7天左右降落漏斗的水位下降量已完成95%。因此可以认为，降低了砂压水水位引起的地面沉降，在降水开始后25天左右可基本完成。
（四） 隔渗设计的几个主要问题
目前应用多种成熟的、科学的施工方法、人工形成具有一定强度、隔渗性能良好的防渗帷幕，从坑周或坑低、部分或全部地阻止地下水渗入坑内，是地下水处理的有效方法。
1. 隔渗帷幕设置的基本要求
必须按照地下水处理工程复杂程度来确定相应的困难程度。在获得必要的和准确的工程地质和水文地质资料的基础上，较准确地预估基坑涌水量、竖向帷幕内外的水压力差。如采用五面隔渗帷幕时，还须准确的测算基底板的浮托力，以此来计算隔渗帷幕和底板的厚度。
隔渗墙、板的搞压强度宜>5Mpa。
2. 悬挂式隔渗帷幕的基本要求
此帷幕有两种功能，其一阻隔上层潜水，其二既阻隔上层潜水又延长承压水的渗透途径。前者深度较小，一般要求10m左右或较基坑深度多1～2m。后者根据设计的需要可控制在20～40m深之间。
四、 结论
（1） 深基坑工程中的涌水、流土（或流沙）等岩土工程问题源于地下水的活动，是危害严重的灾害。地下水的治理是比支护结构列重要的工程措施。
（2） 从经济技术角度看：五面落底式隔渗帷幕造价高、施工周期长、难度大，往往达不到预期效果（五面止水比落底帷幕更差），常辅以坑内深井降水。隔渗法对环境的影响小。而深井降水法相对费用低、操作技术便于控制、工期短；但维持期间的管理工作较为严格，对环境的影响较大。
（3） 地下水处理必须加强监测，做到监测跟踪服务，推行信息法施工，伴以应急应变措施确保深基坑施工的高速优质，安全稳妥。
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