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降低地下水水位是土方施工中一項非常重要的措施。其目的在于疏干固結坑內土體,改善土方施工條件,提高支護結構的安全度。
1.基坑降水的分類
集水坑降水法
集水坑降水法是指基坑逐層開挖過程中,沿每層坑底四周設置排水溝和集水坑,通過水泵將集水坑內的積水抽走直至基坑開始回填時排水過程結束。集水坑降水法分為明溝排水法和盲溝排水法。適用于降水深度較小且土層為粗粒土層或滲水量小的粘土層,或者基坑開挖較深,但采用剛性土壁支護結構擋土并形成止水帷幕的基坑內降水,或者當采用井點降水法但仍有局部區域降水深度不足的,可用作輔助措施。
井點降水法
井點降水法是指在基坑開挖前,先在基坑周圍埋設一定數量的濾水管(井),再利用抽水設備從中抽水,使地下水位降至基坑以下,直至基礎工程完工為止。適用于降水深度較大,或土質較差的情況。分為以下幾類:
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項次 | 井點類別 | K(m/d) | 降低水位深度(m) |
1 | 單層輕型井點 | 0.1-50 | 3-6 |
2 | 多層輕型井點 | 0.1-50 | 6-12(由層數選擇) |
3 | 電滲井點 | <0.1 | 根據選用的井點確定 |
4 | 噴射井點 | 0.1-2 | 8-20 |
5 | 管井井點 | 20-200 | 3-5(井間) 6-10(井中) |
6 | 深井井點 | 10-250 | >15 |
2.基坑降水的一般原則
(1)粘性土地基中,基坑開挖深度小于3m時,可采用集水坑降水,大于3m時,多采井點降水法。
(2)砂性土地基中,基坑開挖深度超過2.5m時,宜采用井點降水。
(3)降水深度超過6m時,宜采用多層輕型井點或噴射井點降水。
(4)放坡開挖或無隔水帷幕圍護的基坑,降水井點宜設置在基坑外,有隔水帷幕圍護的基坑,降水井點宜設置在基坑內。降水深度應不大于隔水帷幕的設置深度。
(5)基坑內降水,其降水深度應在基坑底以下0.5m到1m之間,且宜設置在透水性較好的土層中。
(6)井點降水應確保砂濾層施工質量,以保證出水效果,并且做到出水長清。
(7)坑外降水,為減少井點降水對周圍環境的影響,可在降水管與受保護對象之間設置回灌井點和回灌砂井、砂溝。
3.降水過程中應注意的問題
(1)土方開挖前,必須保證一定的預抽水時間,一般輕型井點不少于7-10天,噴射井點或真空深井井點不少于20天。
(2)井點降水設備的排水口應與坑邊保持一定距離,防止排出的水回滲入坑內。
(3)降水過程必須與坑外水位觀測密切配合,注意可能由于隔水帷幕滲漏在降水時影響周圍環境。
(4)拔除井點管后的孔洞,應立即用砂土(或其他替代材料)填實。對于穿過不透水層進入承壓含水層的井管,拔除后應用粘土球填襯封死,杜絕井管位置發生管涌。
4.流砂的產生與防治
流砂現象是降水過程中極易發生的現象,是土方施工過程中一大安全隱患。因此對流砂的防治是安全措施中一項非常重要的任務:
當基坑挖土到達地下水位以下而土質為細砂或粉砂,又采用集水坑降水法,坑底下的土有時候會形成流動狀態,隨地下水涌入基坑,這種現象稱為流砂。發生流砂現象時,土完全喪失承載力,土邊挖邊冒,且施工條件惡化,工人難以立足,基坑難以挖到設計深度。嚴重時會引起基坑邊坡塌方,如果周圍有建筑物,就會因地基被掏空而使建筑物下沉,傾斜甚至倒塌。
流砂是由于動水壓力的方向由下往上,與重力的方向相反,減小土粒間的壓力,即土粒除了受到水的浮力作用外,還受到動水壓力向上的舉托作用。如果動水壓力大于或等于水的浸土重度,土粒就會處于懸浮狀態,土的抗剪強度為零,土粒能隨著滲流的水一起流動,發生流砂現象。由此可見,細顆粒,顆粒均勻,松散,飽和的非粘性土,更容易發生流砂。
流砂的防治途徑主要有:減少或平衡水壓力,設法使動水壓力向下,截斷地下水流。其具體措施有:
枯水期施工法。枯水期地下水位較低,基坑內外水位差小,動水壓力不大,就不容易產生流砂。
搶挖并拋大石塊法:即組織分段搶挖,使挖土速度超過冒砂速度,在挖至標高后立即鋪竹篾,蘆席并拋大石塊,以平衡動水壓力,將流砂壓住。此法可解決局部的或輕微的流砂,但如果坑底冒砂較快,土已喪失承載力,則拋入坑內的石塊就會沉入土中,無法阻止流砂。
設止水帷幕法。即將連續的止水支護結構(如連續板樁,深層攪拌樁,密排灌注樁等)打入基坑地面以下一定深度,形成封閉的止水帷幕,從而使地下水只能從支護結構下端向基坑滲流,增加地下水從坑外流入基坑內的滲流路徑,減小水力坡度,從而減小動水壓力。防止流砂產生。此法造價較高,一般可結合擋土支護結構形成既擋土又止水的支護結構,從而減小土方的開挖量。
水下挖土法:即不排水施工,使基坑內外水壓平衡,流砂無從發生。此法在沉井施工中經常采用。
人工降低地下水位法:即采用井點降水法,使地下水位降至基坑地面以下,地下水的滲流向下,則動水壓力的方向也向下,從而水不能滲流如基坑內,且增大了土粒間的壓力,可有效地防止流砂的產生。
此外,還可以采用地下連續墻法,壓密注漿法,土壤凍結法等,截止地下水流入基坑內,以防止流砂發生。