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人工降低地下水位的详解

315 2021-08-25 15:50:43

概述

当基础深度埋置在天然地下水位以下时,在基础施工中常常会遇到地下水的处理问题。

一般认为,基坑开挖要具备以下的必要条件∶ 首先保持基坑于燥状态, 创造有利于施工的环境; 其次是确保边坡稳定, 做到安全施工,如果忽视这些必要条件,其后果是严重的。有的基坑积水或土质稀软,工人难以立足,无法施工; 有的出现 "流砂现象" 导致边坡塌方,地基土破坏; 有的由干基坑土体发生较大的位移,影响邻近建筑物的安全,之所以会出现这些异常情况,都是由地下水引起的。所以,在基坑施工中应对地下水的处理。给予应有的重视。

第一节 工程中出现的流砂现象及其防治

在地下水以下开挖基坑时,地下水会流入基坑,如果土壤为轻亚砂土、粉细砂土时,由于地下水的渗出而带走大量的细微颗粒,在一定的动水压力下会产生"流砂现象",这是一种工程地质现象。

一、工程实例

 1.实例一

某水泵站工程,建筑面积9 × 9米,埋深-5米,地基土为亚粘土、粉细砂互层,地下水位距地表1.5米,人工开挖土 方, 当挖土深度至 2 米左右时,基坑出现流砂现象,随着开挖深度的增加,基坑涌砂严重,导致土坡失稳,挖至3米再也无法施工,见图2.4.1。由于大量流砂,地基已被破坏,被迫停止施工, 另选水泵站地点。

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2.实例二

某地下管道工程,基坑断面为15.8×10.4米, 开 挖 深 度为一5.80米,土质为亚粘土,淤泥质亚粘土,并夹粉砂层,地下水距地表以下1.3米,工程一侧为公路,打入12米深的钢板 桩,为了加强其稳定性,在公路另一侧每20米打入锚固桩,用用φ25套米钢筋拉住,而另侧为轻型井点降水如图2.4.2。

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基坑开挖至设计标高后,由于单排井点降水未能满足另一侧降水的要求,地下水仍从钢板桩缝附流入基坑,并夹带砂粒,产生了流砂现象。再加上运输机械的负加荷载,使公路下沉并向基坑一侧位移200毫米,公路多处出现纵向裂缝,最大宽度为 15厘米。因流砂给基础施工带来困难,后采用靠钢板桩一侧另行砌筑砖墙填砂引水,突击施工完成任务。

3.实例三

某水泵站,外径为9.5米,砌置深度在地面以下9,5米。该工程地表以下1.14~1.83米为填土,以下深度16~17米为亚粘土与粉砂的互夹层,地下水距地表不到1米,距施工点东南面均有一口池塘,且南北两边全系水稻田,因而地下水源十分充裕。

工程开始时,系采用大开挖,边坡1/1。到5.50米深度处,工作情况正常;但在此深度以下,当继续开挖约0.50米,边坡出现裂缝。继而发生滑边现象。此时曾将边坡再增加为1/1.5, 可 再向下开挖时,边坡还不稳定。又再将边坡放缓至1.2,并在 基 坑内打入长4.5来、厚7.5厘来的木板桩,后又加上在水平面土的成辐射状的支撑,仍无法维持边坡的稳定。此时基坑内 土 向 上 隆起,土表层呈泥浆状态,且在著干点见土流动现象,支撑系统本身终于被破坏,木板桩向内移动达1 来, 基坑原来的形状已被破坏 (见图2,4,3),且因坑底的土液化隆起而被迫停止施工。后采用电渗法降水,获得良 好效果。

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二、流砂现象的产生

流砂现象的出现,与土壤性质和外界条件有关。一般认为;流砂是土被水饱和之后产生流动状态的,通常是由于工程活动而引起的。流砂的形成有下列几种情况:

(1) 由于水力坡度较大,流速增加而冲动细颗粒使之悬浮流动;

(2)不是由于水冲力,而是由于土颗粒周围附着亲水胶体颗粒达到饱和时,胶体颗粒吸水膨胀,使土粒密度减小,因而在不大的水冲力下即能悬浮流动;

(3)砂土在振动作用下粘结被破坏,表现为土壤中无粘结力,极易于液化,见图2.4.4。

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流砂现象的产生,多数是由于动水压力面引起的。

当动水压 力超过土坡中土颗粒重量能使粒悬浮时,土颗粒会随着地下水流入基坑,税这时的水力坡度为临界水力坡度,可按下列公式算出;

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从实际工程中发现,在下列情况下会出现流砂现象∶

(1)土恳中是轻质业粘土,粉细砂层;,

(2)水力坡度大于0,5;

(3)含水率大于30%,孔隙率大于43%。

对于基底涌砂现象,即渗流从下向上,就是动水压力的方向

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总之,当地下水的动水压力大于土粒的浮密度或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时,就会产生流砂现象。

三、流砂现象的防治

流砂现象的防治,主要依据不同情况采用相应措施,其方法有∶

(1)充分利用自然条件,如冬季冻结土层,地下水处于最低水位,避免雨季施工等;

(2)基坑内已出现流砂现象时,可向流砂区抛入大块石压砂∶

(3)止水法。即将地下水止于基坑之外,如沉 箱、冻 结法、灌浆法等;

(4)排水法。即把基坑内地下水抽干,如明沟排水、人工降低地下水位方法等;

(5)水下挖掘法。可在坑内灌水(或保持原天 然 地 下水位),而后用水力机械进行水下开挖,水下混凝土施工。