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基坑工程降水控制与设计

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《中华建设杂志》2014年第九期

一、基坑降水控制与设计

据武汉地区的水文地质资料,及近年来基坑工程的降水设计、施工经验表明:汉口地区的基坑工程普通存在与地下水有关的问题,而武昌地区近长江边存在与地下水相关的问题及长江古河道中心、古河道漫滩沉积区域,在基坑开挖深度较大的地段存在与地下水有关的问题。根据目前武汉市基坑开挖深度情况,对武汉市基坑降水控制与设计进行讨论。对于一般一层地下室的基坑,由于其开挖深度在5m~6m左右,在汉口地区,基坑底部一般位于粉土、粉砂与粉质粘土交互层中。由于地层沉积的原因,使得该层土水平方向的渗透系数与垂直方向的渗透差异较大,且水平方向的渗透系数远大于垂直方向的渗透系数。因而这种类型的基坑在考虑基坑降水时,应作两个方向的考虑,既要考虑作为垂直方向的隔水层被由于承压水的水头过高产生管涌及流土,又要考虑水平方向为含水层,在基坑侧壁出现流土现象,引起基坑侧壁土体崩解、滑塌。于是在基坑降水设计应该考虑基坑底为减压降水,降水的目的就是防止由于承压水头过高,引起基坑底部出现管涌、流土的问题,降水深度有限;基坑侧壁由于有粉土的存在,应该采用止水或坑外轻型井点降水来处理。

根据武汉地区的工程实践经验,对于该类地层主要采用中深井减压降水加侧壁止水帷幕(一般采用搅拌桩或高压旋喷处理)处理较为妥当。大部分工程建设位于主城区,其面临城市主干道、密集的居民区、城市管网系统。一方面,大量的降水无法降、排粉土、粉砂与粉质粘土交互层中的地下水,反而引起较大的地面沉降,另一方面,侧壁止水能有效地防止水土流失,减小基坑周边的建筑物、构筑物的变形有很大的好处。对位于汉口地区的二层地下室的基坑工程,一般开挖深度在10.50m~12.0m,而电梯井部位开挖深度一般在13.5m左右,有的甚至更大些,这样上部的隔水顶板基本上被挖除,整个基坑底部基本上与透水层、粉细砂层完全接触。由于基坑侧壁局部或整个存在粉土、粉砂与粉质粘土交互层,因而在侧壁采用高压旋喷或搅拌桩做止水帷幕,并且深入坑底一定的深度,作为悬挂式的止水帷幕。在坑内必须采用中深井进行疏干降水,否则基坑承台及电梯井孔无法施工。在超过2层地下室的汉口地区,大多需采用地下连续墙做止水帷幕兼支护结构、建筑结构。有的止水帷幕为悬挂式、有的为落地式,也有采用TRD工艺作止水帷幕的。

根据目前了解的工艺情况,就是落地式帷幕的止水效果也不能达到完全的止水,还是需要在坑内进行降水,只是降水量要比敞开式降水要少很多。由于采用疏干降水,降水量势必很大。由于降水的降深要求大,周边环境条件容易失去原有的平衡状态,引起地面开裂、建筑物沉降、周边道路管线运行不正常。降水深度增大,引起土体有效应力增加,土体在有效应力增加的情况下,会引起较大的地面沉降。为减小降水对周边环境的影响,将影响程度控制在最小的范围,在基坑外应采用相应的措施。如增加侧壁止水帷幕的深度。由于止水帷幕深度的增加,增加了水的渗透路径,在相同的水头差的情况下,表现出来渗透系数减小,出水量减小,对外界环境的影响在减小;另外的措施是在坑外设置回灌井,使得坑外的地下水位基本上保持不变,这样周边建筑物、道路、管线等由于降水引起的沉降很小。如新加坡在基坑开挖是采用“零”水位法,使基坑外水位基本没变化,控制基坑外环境是非常有益的。

处于武昌地区长江古河道漫滩相地带,埋深一般在10.0m~20.0m,地层具有明显水平层理,因而其水平方向渗透系数较大,垂直方向渗透系数小。采用管井降水时,水量很小,但在实际开挖过程中,出现流土、流沙的情况。该类地层若采用板式基础,可采用盲沟集水井法排水,间距根据水量情况调整,一般深度在50cm~80cm,在盲沟中填充碎石和中粗砂,在集水井出抽排地下水;在较深承台及电梯井部位宜采用轻型井点降水,井管间距一般按1.0m左右布置。这种类型的地下水,对周边环境的影响有限。

二、降水对周边环境影响

大量的抽取地下水对基坑周边会产生较大的沉降,根据有限计算结果,沉降的大小与距基坑边的距离有关系,成对应增量关系。根据武汉地区多年的降水经验,一般在基坑外每降深1m,沉降在0.8cm~1.2cm之间,如果该地区反复多次降水,降水对沉降的敏感度会降低。根据《基坑工程技术规程》,降水与沉降是成正比的关系,一般计算取用土层的压缩模量E1-2,计算结果偏差较大,应该取用该层土对应自重压力段出的压缩模量。从实际监测情况来看,监测成果表现为基坑的水平位移引起的周边环境的沉降和基坑降水引起的周边环境的沉降叠加在一起,但降水引起的沉降权重很大,在85%~90%之间,与通过上述指标计算较为相符。

三、结语

武汉地区的水文地质条件,相对全国来说是非常复杂的。如何解决地下水的问题是基坑成败的关键。只有因势利导、合理取用方案,才是正确的解决之道。

作者:程超胜单位:湖北城市建设职业技术技术学院

中华建设杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次