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降低地下水水位是土方施工中一项非常重要的措施。其目的在于疏干固结坑内土体,改善土方施工条件,提高支护结构的安全度。
1.基坑降水的分类
集水坑降水法
集水坑降水法是指基坑逐层开挖过程中,沿每层坑底四周设置排水沟和集水坑,通过水泵将集水坑内的积水抽走直至基坑开始回填时排水过程结束。集水坑降水法分为明沟排水法和盲沟排水法。适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小的粘土层,或者基坑开挖较深,但采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水帷幕的基坑内降水,或者当采用井点降水法但仍有局部区域降水深度不足的,可用作辅助措施。
井点降水法
井点降水法是指在基坑开挖前,先在基坑周围埋设一定数量的滤水管(井),再利用抽水设备从中抽水,使地下水位降至基坑以下,直至基础工程完工为止。适用于降水深度较大,或土质较差的情况。分为以下几类:
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项次 | 井点类别 | K(m/d) | 降低水位深度(m) |
1 | 单层轻型井点 | 0.1-50 | 3-6 |
2 | 多层轻型井点 | 0.1-50 | 6-12(由层数选择) |
3 | 电渗井点 | <0.1 | 根据选用的井点确定 |
4 | 喷射井点 | 0.1-2 | 8-20 |
5 | 管井井点 | 20-200 | 3-5(井间) 6-10(井中) |
6 | 深井井点 | 10-250 | >15 |
2.基坑降水的一般原则
(1)粘性土地基中,基坑开挖深度小于3m时,可采用集水坑降水,大于3m时,多采井点降水法。
(2)砂性土地基中,基坑开挖深度超过2.5m时,宜采用井点降水。
(3)降水深度超过6m时,宜采用多层轻型井点或喷射井点降水。
(4)放坡开挖或无隔水帷幕围护的基坑,降水井点宜设置在基坑外,有隔水帷幕围护的基坑,降水井点宜设置在基坑内。降水深度应不大于隔水帷幕的设置深度。
(5)基坑内降水,其降水深度应在基坑底以下0.5m到1m之间,且宜设置在透水性较好的土层中。
(6)井点降水应确保砂滤层施工质量,以保证出水效果,并且做到出水长清。
(7)坑外降水,为减少井点降水对周围环境的影响,可在降水管与受保护对象之间设置回灌井点和回灌砂井、砂沟。
3.降水过程中应注意的问题
(1)土方开挖前,必须保证一定的预抽水时间,一般轻型井点不少于7-10天,喷射井点或真空深井井点不少于20天。
(2)井点降水设备的排水口应与坑边保持一定距离,防止排出的水回渗入坑内。
(3)降水过程必须与坑外水位观测密切配合,注意可能由于隔水帷幕渗漏在降水时影响周围环境。
(4)拔除井点管后的孔洞,应立即用砂土(或其他替代材料)填实。对于穿过不透水层进入承压含水层的井管,拔除后应用粘土球填衬封死,杜绝井管位置发生管涌。
4.流砂的产生与防治
流砂现象是降水过程中极易发生的现象,是土方施工过程中一大安全隐患。因此对流砂的防治是安全措施中一项非常重要的任务:
当基坑挖土到达地下水位以下而土质为细砂或粉砂,又采用集水坑降水法,坑底下的土有时候会形成流动状态,随地下水涌入基坑,这种现象称为流砂。发生流砂现象时,土完全丧失承载力,土边挖边冒,且施工条件恶化,工人难以立足,基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方,如果周围有建筑物,就会因地基被掏空而使建筑物下沉,倾斜甚至倒塌。
流砂是由于动水压力的方向由下往上,与重力的方向相反,减小土粒间的压力,即土粒除了受到水的浮力作用外,还受到动水压力向上的举托作用。如果动水压力大于或等于水的浸土重度,土粒就会处于悬浮状态,土的抗剪强度为零,土粒能随着渗流的水一起流动,发生流砂现象。由此可见,细颗粒,颗粒均匀,松散,饱和的非粘性土,更容易发生流砂。
流砂的防治途径主要有:减少或平衡水压力,设法使动水压力向下,截断地下水流。其具体措施有:
枯水期施工法。枯水期地下水位较低,基坑内外水位差小,动水压力不大,就不容易产生流砂。
抢挖并抛大石块法:即组织分段抢挖,使挖土速度超过冒砂速度,在挖至标高后立即铺竹篾,芦席并抛大石块,以平衡动水压力,将流砂压住。此法可解决局部的或轻微的流砂,但如果坑底冒砂较快,土已丧失承载力,则抛入坑内的石块就会沉入土中,无法阻止流砂。
设止水帷幕法。即将连续的止水支护结构(如连续板桩,深层搅拌桩,密排灌注桩等)打入基坑地面以下一定深度,形成封闭的止水帷幕,从而使地下水只能从支护结构下端向基坑渗流,增加地下水从坑外流入基坑内的渗流路径,减小水力坡度,从而减小动水压力。防止流砂产生。此法造价较高,一般可结合挡土支护结构形成既挡土又止水的支护结构,从而减小土方的开挖量。
水下挖土法:即不排水施工,使基坑内外水压平衡,流砂无从发生。此法在沉井施工中经常采用。
人工降低地下水位法:即采用井点降水法,使地下水位降至基坑地面以下,地下水的渗流向下,则动水压力的方向也向下,从而水不能渗流如基坑内,且增大了土粒间的压力,可有效地防止流砂的产生。
此外,还可以采用地下连续墙法,压密注浆法,土壤冻结法等,截止地下水流入基坑内,以防止流砂发生。