浅谈基坑降水方案选择

浅谈基坑降水方案选择

作者：何跃林

来源：《中国科技纵横》2015年第16期

【摘 要】随着社会的不断发展，我国房地产建设也有了很大的进展。现如今地下工程也越来越多，其规模也在不断扩大，但是由于地质条件复杂、地下水位的影响使得地下工程的施工难度较大，因此，这就需要在地下工程项目施工过程中，降低地下水位。在地质情况差、地下水位浅的深基坑施工中，如何确保基坑安全成为重中之重，再考虑工期、经济效益等其他因素，选择合理的基坑开挖支护方法配合降水措施，确保基坑开挖一次成型就显得尤为重要。 【关键词】基坑 地下水 降水

基坑在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑开挖前应根据水文地质和工程地质资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。基坑的施工质量在建筑工程中是基石的作用，一定要做好。但是做好的同时，一定要注意安全， 每年都有很多伤亡发生。

在影响基坑稳定性的诸多因素中，地下水的作用占有突出位置历数各地曾发生的基坑工程事故，多数都和地下水的作用有关。工程实践表明，基坑事故中与地下水有关的约占45 % ～ 70 %，因而地下水防治成功与否直接关系到深基坑工程的安全。地下水常常引起流砂、管涌等问题；另外地下水的存在会使土体的抗剪强度值偏低，作用于土钉或锚杆上的抗拔力偏低对于设置止水帷幕的支挡结构，地下水存在会使支挡结构上的压力增加，基坑周边若存在建筑物或地下管线，降水不当则会引起建筑物或地下管线的不均匀沉降。基坑设计既要保证基坑本身的安全，提供良好的地下结构作业空间，也需要保证周边环境的安全，在建筑物越来越密集的今天，尤其是在老城区的建筑，这一点显得尤为重要。因此，妥善解决基坑工程的地下水控制问题就成为基坑工程勘察、设计、施工、监测的重大课题。本文对基坑地下水控制措施、控制方案的选择、控制技术等方面对进行了研究。 1 地下水的基本性质

地下水泛指一切存在于地表以下的水，其渗入和补给与邻近的江、河、湖、海有密切联系，受大气降水的影响，并随着季节变化。地下水根据埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水。包气带水位于地表最上部的包气带中，受气候影响很大。潜水和承压水储存于地下水位以下的饱水带中，是基坑开挖时工程降水的主要对象。潜水是指位于饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水，无压水。承压水是指充满于两个隔水层之间的含水层中的水，具有承压性。

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地下水按照含水介质类型可以分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。储存和运动于松散沉积物或胶结不良的孔隙中的地下水称为孔隙水。储存和运动于裂隙介质中的地下水称为裂隙水。储存和运动于岩溶岩层中的地下水称为岩溶水（又称喀斯特水）。 2地下水对基坑工程的影响大致分为以下几种：

（1）流砂问题：当地层中含有饱和的松散细砂、粉砂或粉土，无论是采用集水明排或是采用截水措施，当坑内外存在水头差的作用下，地下水沿边坡面或是沿止水帷幕的缺陷部位呈悬浮状态涌出，该现象称之为流砂现象，其后果是引起边坡失稳、支护结构的水平位移骤然增大甚至破坏，周边建筑物或管线显著下沉。

（2）管涌问题：在地下水流动和渗透作用下，土中的粗颗粒形成的孔隙中细颗粒可以移动，以至细颗粒流失；不断扩大土的孔隙，导致渗流速度不断增加，水流相继也带走较粗的颗粒，最终导致土体内形成贯通的管道。对于基坑工程而言，常见情况是基坑周边施打了支挡结构和止水帷幕，但在坑内外水头差的作用下，水流从桩间土或止水帷幕薄弱处沿一定通道涌入基坑，形成管涌。

（3）坑底突涌问题：当坑底存在隔水层，但其下部承压含水层水头较高，有时承压水会突破坑底隔水层涌入坑内，称之为基坑突涌。因此，基坑开挖坑底要有一定的留土厚度，保证坑底至承压含水层顶板的土压力大于承压水对顶板产生的压力，并且有一定的安全储备，否则承压含水层中则应布置降压井。

（4）地下水的存在会使土体的抗剪强度值偏低基坑排水不畅或土体以粘性土为主降水效果不理想，土中地下水的存在会使土体的抗剪指标偏低，进行基坑设计计算时宜采用自重应力固结下的不排水剪强度指标。

（5）对于设置止水帷幕的支挡结构，地下水存在会使支挡结构上的压力增加对于粘性土及粉土，作用于支挡结构上的土压力采用水土合算；对于碎石土及砂土，采用水土分算方法无论是粘性土还是无粘性土，其存在都增加了作用在支挡结构上的水平侧压力。

（6）地下水存在使得作用于土钉或锚杆上的抗拔力偏低在粘性土中，土的软硬状态影响着土钉或锚杆锚固体周围单位面积上的摩擦力极限标准值，同一种土含水量越大土体越软，则此值越低对于无粘性土来说，尽管规范规定土的密实程度来确定侧摩擦力极限标准值，然而在相同的施工条件下，地下水的存在使锚杆或土钉的注浆流失，固结速度慢，实际上还是会降低土钉或锚杆的侧摩擦力值。

另外，基坑周边若存在建筑物或地下管线，降水不当则会引起

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建筑物或地下管线的不均匀沉降。基坑设计既要保证基坑本身的安全，提供良好的地下结构作业空间，也需要保证周边环境的安全。因此，降水过程中既要尽量保护坑底土，减少扰动，又要在确保安全的前提下以最短时间内完成基坑底板的施工，尽量减少对周围环境的影响。

3基坑地下水控制方案的选择

基坑工程中为避免流砂、管涌，保证工程安全，必须对地下水采取有效的措施。控制地下水的措施可以从两方面进行，分为堵水措施和降排水措施。出于经济和安全的目的，常把堵水措施与降排水措施结合使用。基坑降水除能够提供良好的土方作业环境外，还能有效提高土体的抗剪强度，从而增加基坑的稳定性。

地下水控制应根据水文地质和工程地质条件、支护结构形式及

基坑周边环境要求选用集水明排、降水、截水方法或其组合。具体到某项工程，应根据工程地质与水文地质条件、基坑周边环境、支护方案、当地施工条件等综合确定地下水采用什么样的控制方案，方案应保证技术上可行，经济上合理，具有可实施性。在降水方案制定阶段，应搜集已有的工程地质资料和水文地质资料，进行现场勘测，根据基坑开挖深度和基坑支档结构的设计要求，制定降水方案。一般可采用区域的或场地附近已有的水文地质资料，也可以采用经验数据。在方案被采纳，进入优化和实施阶段，应通过现场抽水试验获得水文地质参数。降水井的布置应与场地的水文地质条件、基坑支档结构的设计要求和基坑降水计算种所需的参数相一致。一般通过单孔抽水和布置观测孔的非稳定流抽水试验获得含水层参数，优化设计方案，现场降水试验和三维渗流分析是降水方案设计有力的辅助手段，对于大型深基坑是一个不可或缺的环节。根据优化的设计方案，全部井群施工完毕后进入制定基坑降水运行方案阶段。该阶段需要进行部分降水井的群井抽水，将观测孔的计算资料与实测资料进行拟合，调整含水层参数，并根据抽水时的环境监测资料和基坑施工的各个工况，制定降水运行方案。 （1）土钉墙支护或锚喷支护，可以配合集水明排，如镇江金山寺附近苏源·郎香园基坑工程和扬中市辉煌太阳能办公楼基坑工程在冬季施工时都采用集水明排，但对含有砂质土层的基坑，常会有局部坍塌现象，可以采用轻型井点降水；管井降水是利用钻孔成井，采用单井单泵抽取地下水的一种降水方法，适用于中、强透水含水层，如砂砾、砂卵石和基岩裂隙等含水层，当需要降低浅层承压水水位时一般采用管井井点降水，常州地区第Ⅰ层承压水常采用法；深井井点基坑降水技术这种技术的原理是将基坑内水深大、管井深度较大时，普通水泵无法完成而采取特定深井泵的方法。应用范围一般是水量大的基坑，特别是土粒粗、渗透系数大的基坑更加适合，因此范围广且降水深度深，而深井井点基坑降水技术可以设置在施工场地以外，这一特点得到很高的评价；喷射井点基坑降水技术适用于当降水深度大于6m 场地狭窄，不允许设置多层轻型井点时。喷射井点降水适用含水层为粉土、砂土、圆砾土层，含水层的渗透系数K=0.005 ～20.0m/d，水位降低深度为6～20m；排桩或桩锚支护，则可以采用桩间止水或独立的止水帷幕，若土层以粘土或淤泥为主，采用水泥土搅拌桩合适；若含有砂层，则需采用高

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压旋喷桩，桩的长度宜进入不透水层（粘性土层或强风化岩层）一定深度；地下连续墙挡土挡水效果好，适应性强，造价昂贵，其他支护方法及地下控制措施无法满足安全要求时采用。总之，要采用合理的堵水和降排水措施确保基坑工程安全，可以实际情况综合考虑采用一种或多种形式来实现基坑稳定，如南京地铁采用管井、轻型井点、碎石渗水盲沟明排封井等综合降水措施，对地下承压水砂性透水地层的降水效果显著。

（2）就不同土质的基坑支护而言，淤泥质土中挡土是关键，砂土地层中挡水是关键，粘性土及强风化岩往往作为相对隔水层或支护的嵌固端。

（3）冲洪积土层为主时基坑主要采用降水，海相沉积为主时基坑主要采用截水，具体还要结合支护形式和周边环境确定

（4）挖深范围内存在岩石的基坑，可采用吊脚式连续墙、吊脚桩、吊脚式截水帷幕等基坑支护与地下水控制方式，具有挡水作用的需进入强一中风化基岩弱透水层；具有挡土和挡水作用的采用双控标准，即要满足稳定计算要求，也要进入强一中风化基岩弱透水层。 4降水相关问题思考

基坑降水井不是一件容易的事情，这个步骤在施工过程是非常重要的，并且又是一项复杂而又系统的工作，需要工作人员有深厚的技术和经验作为基础，才能保证工程作业的质量。那么就要注意以下两项，一是要紧密的和施工现场的情况进行结合，再对一些问题进行针对性的处理，比方在施工过程遇到了较厚的粘土时，这样就会影响降水的质量，还有就是因为粘土的透水性比较差，那么上层的水就会很难渗透；二是要考虑到周边的建筑、道路、管道等不要受到影响，所以要对周边进行回灌井点的设置，来填充这个地方的地下水，来维持地下水位不变的目的，把因降水井点的影响半径处理在控制的范围之内，那么为了处理好这个问题，就应该在打孔时，把孔打在井点轴线范围以外，并且要在里面填满粗大的砂粒，并且抽水时，由于重力和水压的作用，所以要采取下部抽水的方法；三是在抽水之前，可以通过水流声和管子的潮湿情况来判断查井点管道是否有淤塞的情况，以免影响其基坑降水的效果；四是由于季节原因，所以大部分的施工都是在夏季进行的，就要考虑到天气的影响，可能出现大暴雨就会产生积水或者塌方，那么就要针对这种情况采取相应的措施来避免损失，可以用塑料来防雨保护怕水设备，还有就是在降雨后，要及时的将雨进行排出，而到了冬天，同样由于低温的威胁，也要做好保温工作，防止被管道冻坏。降水重在管理，项目部应重视降水施工并加强人力、物力的组织工作和应对突发事件的预案确保降水顺利进行。

总之我们在进行基坑的设计施工时一定要注意地下水的影响，根据工程的实际地质情况选择地下水的控制方案，以保证基坑的稳 定性。

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参考文献：

[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版） 北京：中国建筑工业出版社，（2009）. [2]伊家勤.不同类型地下水在深基坑施工中的控制方法，山西建筑，2008.34（30）139-140. 作者简介：何跃林（1980—），男，汉族，江苏扬中人，注册土木（岩土）工程师，现从事岩土工程工作。