對建筑基坑降水的論述與分析

尹來

當(dāng)前，我國高層建筑一般都設(shè)置地下室和較深基礎(chǔ)。在開挖較深基坑時，容易超過地下水位線，需要進(jìn)行基坑降水。近些年，由于降水設(shè)計和施工處理不當(dāng)，造成基坑工程事故頻發(fā)，主要表現(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大位移破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和塌陷以及臨近的建筑物開裂甚至倒塌等等。因此，在基坑降水方面，設(shè)計和施工單位必須高度重視，考慮周全做到安全合理。

一、基坑降水是保證基礎(chǔ)質(zhì)量的重要步驟，常用的基坑降水方法如下：

1）明溝排水：明溝排水是指在基坑內(nèi)設(shè)置排水明溝或滲渠和集水井，然后用水泵將水抽出基坑外的降水方法。明溝排水的適用以下條件：(1)場地為較密實(shí)的、分選好的土層。(2)場地含水層為上層滯水或潛水，其補(bǔ)給水源較遠(yuǎn)滲透性較弱，漏水量不大。(3)當(dāng)采用拉鏟挖斗機(jī)、反向鏟和抓斗挖土機(jī)等機(jī)械挖土為避免由于挖土過程中出現(xiàn)的臨時浸泡而影響施工時，對含水層的砂、卵石涌水量較大、具有一定陣水深度的降水工程可以采用明排降水。(4)當(dāng)基坑邊坡為緩坡或采用堵截隔水后的基坑時，建筑場地寬敞鄰近無建筑物時，基坑開挖面積大有足夠場地和施工時間時建筑物為輕型地基荷載等條件下采用明排降水的適用條件可以擴(kuò)大。明溝排水工程的布置要求如下：1）沿基坑四周設(shè)置排水溝或滲渠，在基坑四角或每隔30~40m設(shè)一直徑為0.7~0.8m的集水井。2）溝底寬大于0.3m，坡度為0.5—1.0，溝底比基坑底低0.3~0.5m。3）集水井底比排水溝底低0.5~1.0m。集水井容積大小取決于排水溝的來水量和水泵的排水量，宜保證泵停抽后30分鐘內(nèi)基坑坑底不被地下水淹沒。4）隨著基坑的開挖，排水溝和集水井隨之分級設(shè)置與加深，直到坑底達(dá)到設(shè)計標(biāo)高為止。5）基坑開挖至預(yù)定深度后，應(yīng)對排水溝和集水井進(jìn)行修整完善，溝壁不穩(wěn)時還須利用磚石干砌或用透水的砂袋進(jìn)行支護(hù)。

2）輕型井點(diǎn)降水：輕型井點(diǎn)由井點(diǎn)管、過濾器、集水總管、支管、閥門等組成管路系統(tǒng)，井由抽水設(shè)備啟動，在井點(diǎn)系統(tǒng)中形成真空，并在井點(diǎn)周圍一定范圍形成一個真空區(qū)，真空區(qū)通過砂并擴(kuò)展到一定范圍。輕型井點(diǎn)降水適用于基坑面積不大，降低水位不深的場合。該方法降低水位深度一般在3-6m之間，若要求降水深度大于6m，理論上可以采用多級井點(diǎn)系統(tǒng)，但要求基坑四周外需要足夠的空間，以便于放坡或挖槽。輕型井點(diǎn)工程的布置 ：輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的平面布置由基坑的平面形狀、大小，要求降深，地下水流向和地基巖性等因家決定，可布成環(huán)形、U型或線形等。一般沿基坑外緣1.O~1.5m布置。當(dāng)降水基坑為矩形、圓形、三角形成不規(guī)則形狀時，常采用環(huán)形封閉式或U形井點(diǎn)布置。當(dāng)降水深度在6m以內(nèi)時采用單級井點(diǎn)降水。當(dāng)降水深度較大時，可采用下臥降水設(shè)備或多級井點(diǎn)降水。

3）噴射井點(diǎn)降水： 噴射井點(diǎn)系統(tǒng)由高壓水泵、供水總管、井點(diǎn)管、噴射器、測真空管、排水總管及循環(huán)水箱所組成。噴射井點(diǎn)主要適用于滲透系數(shù)較小的含水層和降水深度較大(8~2m)的降水工程，適用的土層滲透系數(shù)與輕型井點(diǎn)一樣，一般為每日0.1～50米。噴射井點(diǎn)系統(tǒng)能在井點(diǎn)底部產(chǎn)生250毫米水銀柱的真空度，其主要優(yōu)點(diǎn)是降水深度大，一般在8～20米范圍。但由于需要雙層井點(diǎn)管噴射器設(shè)在井孔底部，有二根總管與各井點(diǎn)管相連，地面管網(wǎng)敷設(shè)復(fù)雜，運(yùn)行故障率較高，且能量損耗很大，成本高，管理困難。

4）電滲井點(diǎn)降水：電滲降水一般只適用于含水層滲透系數(shù)（滲透系數(shù)小于每日0.1米）的細(xì)顆粒土，如粘土、亞粘土、淤泥和淤泥質(zhì)粘土等。特別是在淤泥和淤泥質(zhì)粘土之中的降水，由于粘性上的顆粒較小，地下水流動十分困難。其中僅自由水在孔隙中流動，其它部分地下水則處于被毛細(xì)管吸附的約束狀態(tài)，不能在壓力水頭作用下參與流動。當(dāng)向土中通以直流電流后，不僅自由水、而且被毛細(xì)管約束的枯滯水也能參與流動，增加孔隙水流動的有效斷面，其滲透性提高數(shù)十倍，從而縮短降水時間，提高降水效果。

5）管井井點(diǎn)降水：管井井點(diǎn)適用于滲透系數(shù)大的地層，地下水豐富的地層，以及輕型井點(diǎn)不易解決的場合。每口管井出水流量可達(dá)到每小時50~100立方米，土的滲透系數(shù)在每日20-200米范圍內(nèi)，這種方法一般用于潛水層降水。抽降管井一般沿基坑周圍距基境外緣1.2m布置，如場地寬敞或采用垂直邊坡或有錨仟和土釘護(hù)坡等條件下，應(yīng)盡量距離基坑邊緣遠(yuǎn)些，可用3~5m；當(dāng)基坑邊部設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕的條件下，可在墓坑內(nèi)布置管井采用坑內(nèi)降水方法。管井的間距和深度應(yīng)根據(jù)場地水文地質(zhì)條件、降水范圍和降水深度確定，井間距一般為10~20m。當(dāng)降水層為弱透水層或降水深度超過含水層底板時，井間距應(yīng)縮小可用6~8m。當(dāng)降水層為中等送水層或降水深接近含水層底板時，井間距可為8~12 m。當(dāng)降水層為中等到強(qiáng)透水層，含水層厚度大于降水深度時，可用12~20m。當(dāng)降水深度較淺，含水層為中等以上透水層，具有一定厚度時，井間距可大于20m。井點(diǎn)深度要大于設(shè)計井中的降水深度或進(jìn)入非含水層中3~5m。井中的降水深度由基坑降水深度、降水范圍等計算確定。

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最大缺陷是會引起鄰近建筑物的不均勻沉降。井點(diǎn)周圍的水位降低是呈漏斗狀分布，基坑周圍的水位降落呈曲面分布。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)變形沉降壓縮。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，鄰近建筑物就會裂縫、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，降水的同時降水回灌其中，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。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)行定時觀察、記錄、分析，隨時掌握水位降低和基坑周圍建筑物變化動態(tài)。同時，還要了解抽水量和含砂量。做到心中有數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，預(yù)防事故發(fā)生。