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基坑开挖施工中采取降低地下水位的作用

357 2021-03-17 13:04:37


基坑的开挖施工,无论是采用支护体系的垂直开挖还是放坡大开挖,如果施工地区的地下水位较高,都将涉及地下水对基坑施工的影响这一问题。当开挖施工的开挖面于地下水位时,土体的含水层被切断,地下水将会从坑外或坑底不断地渗入基坑内,另外在基坑开挖期间由于下雨或其他原因,可能会在基坑内造成滞留水。对于采用支护体系的垂直开挖,坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低,对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的;对于放坡开挖来讲,亦增加了边坡失稳和产生流砂的可能性。在地下水位以下进行开挖,坑内滞留水既增加了土方开挖施工的难度,亦使地下结构的施工难以顺利进行。而且在水的浸泡下,地基土的强度大为降低,亦影响到了其承载力。因此,为保证深基坑工程开挖、地下主体结构施工的正常进行以及地基土的强度免遭损失,当开挖面低于地下水位时,需采取降低地下水位的措施,并在基坑开挖期间坑内需采取排水措施以排除坑内滞留水,使基坑处于干燥的状态,以利施工。


在基坑开挖施工中采取降低地下水位的作用为∶

1、防止基坑坡面和基底的渗水,保持坑底干燥,便利施工。


2、增加边坡和坡底的稳定性,防止边坡上或基底的土层颗粒流失。这是因为基坑开挖至地下水位以下时,周围地下水会向坑内渗流,从而产生渗流力,对边坡和基底稳定产生不利影响,此时采用井点降水的方法可以把基坑周围的地下水降到开挖面以下,不仅保持坑底干燥、便利施工,而且消除了渗流力的影响,防止流砂产生,增加了边坡和基底的稳定性。


3、减少土体含水量,有效提高土体物理力学性能指标。对于放坡开挖而言可提高边坡稳定度;对于支护开挖可增加被动区土抗力,减少主动区土体侧压力,从而提高支护体系的稳定度和强度保证,减少支护体系的变形。


4、提高土体固结程度,增加地基抗剪强度。降低地下水位,减少土体含水量从而提高土体固结程度,减少土中孔隙水压力,增加土中有效应力,相应的土体抗剪强度也可得到增长,因而降低地下水位亦是一种有效的地基加固方法。


5、防止基坑的隆起和破坏

基坑工程控制地下水的方法有∶ 隔离地下水、降低地下水位两类;隔离地下水的方法一般为防渗帷幕∶连续搭接的水泥土搅拌桩、旋喷桩、地下连续墙、咬合式排桩等。降低地下水位方法有∶重力式降水和强制式降水。重力式降水即排水沟及集水井排降水,强制式降水的方法即井点降水。在选择基坑工程控制地下水位的方法时,应根据工程的实际情况,并考虑以下因素∶

(1)地下水位的标高及基底标高,一般要求地下水位应降到基底标高以下0.5~1.5m;

(2)土层性质,包括土的种类和渗透系数;

(3)基坑开挖施工的形式,是放坡开挖还是支护开挖;

(4)开挖面积的大小;

(5)周围环境的情况,在降水影响│范围内有无建筑物或地下管线以及它们对基础沉降的敏感程度和重要性等。根据上述情况选用截水、降水、集水明排或其组合方法控制地下水。


基坑截水系利用沿基坑周边闭合布置的截水(防渗)帷幕隔断基坑内外的水力联系,切断或限制基坑外地下水渗流到基坑内。采用防渗帷幕后,有时还需在坑内降水和坑外回灌。


集水井降水属重力降水,是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟,每隔一定距离设集水井,使基坑内挖土时渗出的水经排水沟流向集水井,然后用水泵抽出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。一般来讲,集水井降水施工方便,操作简单,所需设备和费用都较低。但是,当基坑开挖深度较大,地下水的动水压力有可能造成流砂、管涌、基底隆起和边坡失稳时,则宜采用井点降水法。


降水是地下水位较高地区基础工程施工的重要措施,属强制式降水。我国于1952年由上海市工务局技术处开始将井点系统用于实际工程。它能克服流砂现象,稳定基坑边坡,降低承压水位,防止坑底隆起并加速土体固结,使天然地下水位以下的开挖施工能在较干燥的环境下进行。降水有轻型井点(单级、多级轻型井点)、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。各种井点的适用范围不同,在工程应用时根据土层的渗透系数、要求降水深度和工程特点及周围环境,经过技术经济比较后确定。表8.1所列为各种降水方法适用的降水深度、土体渗透系数和土的种类。


对于弱透水地层中的较浅基坑,当基坑环境简单,含水层较薄时,可考虑采用集水沟明排水;在其他情况下宜采用降水井降水、隔水措施或隔水、降水综合措施。


一般讲,当地质情况良好,降水深度不大,可采用单层轻型井点;当降水深度超过6m,且土层垂直渗透系数较小时,宜用二级轻型井点或多层轻型井点,或在坑中另布井点,以分别降低上层、下层土的水位。当土的渗透系数小于0.1m/d时,可在一侧增加钢筋电极,采用电渗井点降水;如土质较差,降水深度较大,采用多层轻型井点;设备增多,土方量增大,经济上不合算时,可采用喷射井点降水较为适宜;如果降水深度不大,土的渗透系数大,涌水量大,降水时间长,可选用管井井点;如果降水很深,涌水量大,土层复杂多变,降水时间很长,此时宜选用深井井点降水。当各种井点降水方法影响邻近建筑物产生不均匀沉降和使用安全,应采用回灌井点或在基坑有建筑物一侧采用旋喷桩加固土壤和防渗。