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人工降水与深基坑支护和开挖的影响

329 2021-08-05 14:15:09

深基坑开挖绝大多数情况都需要进行人工降低地下水。要降低地下水水位,就要合理的选择降水方法,在此基础上进行人工降水的方案设计,以及进行降水方案的水位预测,通过预测进行降水方案的优化,从而得到最佳的降水方案。

我国绝大多数的大中城市都位于松散沉积层之上,特别是黄土层之上。众所周知在粘性土中进行人工降水是降水中的难点之一,本章将侧重谈此问题。

第一节 人工降水与深基坑支护和开挖

所谓工程(人工)降水是指应用水文地质学原理,通过各种技术方法和工程措施,降低上层滞水 、潜水、承压水等水位,以满足降水设计一定降深和时间的技术要求,并无不良工程环境影响。

深基坑开挖技术是一门实践生很强的科学,它与人工降水,基坑边坡稳定,边坡支护等岩土工程问题紧密相关。

一、建筑与市政工程人工降水的发展

人工降水技术早在 1896 年德国建造柏林地下铁道时就开始采用。随后世界各国在建水坝水电站、泵站、隧道、高层建筑的地下室、市政工程等工程中分别采用了不同的降水方法。

在我国井点降水方法是新中国成立后才逐步发展起来的,早在五六十年代,在东北重工业基地建设、鞍山钢铁公司、包头钢铁公司、太原钢铁公司等重大工程项目建设中,采用轻型井 点、喷射并点降水取得成功井获得良好的降水效果。我国沿海-一带如上海、天津、广州等地,先后广泛地应用管井法降水并取得成功。

进入 80 年代以后,在改革开放政策指引下,建筑与市政工程迅速发展,特别是高层建筑近 5年来发展非常快,仅就长春市来说5 年前十层以上的高层建筑仅有几处,可现在十层以上的建筑达 20~30 处。这些高层建筑都有一至二层地下室,个别的有三层地下室,这些地下室的基坑开挖都需要进行人工降水,因而促进了人工降水技术的发展。

在人工降水技术方法方面,各种方法都得到了广泛的应用。近些年来,不少厂家对井点降水设备进行了改造,目前,上海已生产轻型井点降水的成套设备,天津、上海试制射流泵新设备,均获得较好的技术经济效果。

值得一提的是,在上海宝山钢铁厂建设过程中、针对地下水位高、降水面积大、降水深度大、施工时间长的特点,曾采用不同类型的井点降水,并对井点降水的设计、施工及设备进行改进,取得了令人满意的效果。

二、人工降水的目的

人工降低地下水位,一方面能使基坑开挖施工在干燥的环境中进行,从而进行机械化施工,达到多快好省的目的;另一方面能够增加深基坑边坡的稳定性。具体目的如下∶

(1)改善劳动强度,实现机械化施工。

由于降低了地下水水位,使基坑开范围内的岩土层,不但不含有重力水,而日使其含水量大大降低,这样就为机械化施工创造了良好的环境,从而改善了人们的劳动强度,使工程得以快速进行。

(2)缩短工期,降低造价,加快工程建设。

由干人工降水,实现机械化施工,从而缩短了工期,同时又降低了成本造价,实现工程建设的多快好省。

(3)采用有效经济的降水方法,疏干地下水,保持岩土体的边坡稳定。

人工降水的方法有多种,必须结合具体工程选择有效的、经济的人工降水方法,这样才能达到疏干地下水、满足深基坑开挖的目的。由干基坑边坡地下水的疏于以及含水量的变化会影响其岩土体 C、φ值的变化,从而增加了基坑边坡的稳定性。

(4)有利于岩土工程施工。

例如边坡支护中的人工挖孔桩,由于人工降低地下水位,改变了挖孔桩的施工条件,使其能顺利施工。

三、人工降水与深基坑支护与开挖之间的关系

深基坑开挖是基础工程和地下工程施工中一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程难题,既涉及十动力学中典型的强度与稳定问题,又包含了变形问题,还涉及疏干地下水问题,同时涉及到土与支护结构的共同作用问题。

深基坑开挖的岩土工程问题主要包括∶①基坑开挖中的人工降水问题;②基坑边坡稳定问题及支护结构设计问题;③地基基础及承载力问题;④地基回弹及有害沉降 问题;⑤基坑开挖后的环境效应问题。前述的主要问题都与深基坑开挖这一岩土工程问题紧密联系在一起,既互相联系,又相互制约。

在某些情况下,由于人工降水,深基坑边坡不需要进行支护,或者改变了边坡支护的类型,从而降低工程费用,由此可见人工降水在深基坑开挖中的地位和作用、例如长春市经济技术开发区大厦,该大厦位于伊通河高漫滩和一级阶地的连接处。大厦主楼 29 层,二层地下室,设计基坑开挖深度一8.5 m,地下水位埋深 2.5 m,要求水位降深为 6 m。基坑开按的地层,4.5~5 m 以上为浅黄色粉质粘土夹黑色淤泥质粉质粘土,中部为 2~3 m 厚的中砂,底部为含矿粗砂,下部是白垩系风化泥岩夹砂质泥岩。由于采用管井降水方法,加之适当放坡,边坡没有任何支护,基坑开控顺利进行,且边坡始终处于稳定状态,从而节省费用近 60 万元。

相反,在某些情况下,由于基坑人工降水效果不好造成基坑无法顺利开挖或延误开挖时间,有的在开挖过程中边坡失稳,有的在开挖之后短时间内边坡失稳而塌方。如长春市北国之春酒店工程,基坑开挖全部在粘土中过行,9 m 以上为浅黄色的粉质粘土,9 m 以下为硬塑粘土。基坑开挖深度为一10.03 m,当基坑挖至一9.0 m 时,有地下水渗出,采用明排方法排出,当垫层施工即将结束时,基坑东南角发生塌方,塌方高度从自然地面至一9.5m,宽度 8.0~10.0mn,厚度 2.0~3.0 m。

综上所述,不难看出人工降水是保证深基坑开挖的基础工作,它能增加开挖边坡的稳定性,使某些情况下基坑开挖不需要支护或采用简单的支护类型。

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