深基坑工程中地下水处理方法

2017-09-09王治滨

中国科技纵横 2017年15期

关键词：井点深基坑降水

王治滨

摘要：当地基埋深低于天然地下水位时，地基建设工程里经常会碰到地下水处理问题。在剖析深基坑地下水渗流破坏的基础上，归纳了止水排水系统应关注的点，对深基坑项目在设计还有施工方面具有重要的借鉴意义。

关键词：深基坑；地下水；处理方法

中图分类号：TU463 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0092-03

1 引言

在深基坑项目进程里，地下水的处理演变为一个重要板块。就目前工程事故调查显示，近70%的工程事故都是因为地下水或者降雨酿成的。因此，各种类型的土壤入渗规律的积极的认识，合理选择适当的地下水降沉法，止水规划的科学性，至终明确分离渗透效果的影响，此步骤成为地下水处理进程中的一个关键环节。

常规上来说，基坑开挖应符合以下条件：一是基坑要处于干燥的常态中，打造良好的施工环境。其次，要保障边坡的稳定性，确保安全施工，假如忽视了诸类必要条件，后果严重。有些部分的基坑出现积水或土质松软的状况，工人无法站稳脚跟，不能施工；有些部分有“流沙现象”，致使边坡发生坍塌，地质遭到严重损坏；有些部分的基坑内土壤则出现较大位移，对附近建筑物的安全带来隐患。这些异常的原因是由地下水引起的。因此，重视在基础施工阶段对地下水的渗透规律的认识，正确识别土壤的各种降水方法的选择是否合理，科学止水设计的选择，保证隔离渗透的效果，是当前地下水处理的主要环节。

2 地下水基本类型

在中国南方，大部分的气候类型为亚热带季风气候，一小部分的热带季风气候（云南南部、雷州半岛和海南岛），雨水充足的地方则会导致地下水较为丰富。

上层滞水、潜水：上层积水是深基坑中的地下水的第一含水层，一般处于深基坑的沙层里。开挖项目的场地，通常会出现填满石灰石洞穴底部。上层停滞的雨水和融雪水进山的地方隔块和形成、蒸发和入渗沿隔水层的边缘。当接近表面，分布受限，上水层则会有着强烈的季节变化，通常情况下出现在雨水多发的季节，消失在冬季季初。栖息的水只能作为一个小季节性供水，而且很容易受到污染。潜水位于地表以下。这是第一个更稳定的含水层。有一个自由水面，从表面到潜水表面的距离是潜水深度。在潜水层里没有隔水层，因此它不仅是地下水的内在水。轴承或轴承通过包气带的降水和地表水。潜水是给水源，通常埋藏浅，分布广，容易开采，但很容易被污染。

承压水：它是充满两个隔水层之间，含水层中的地下水。由于承压水顶部的水层，补给一般小于分配区，动态变化不大，不易被污染。在適宜的地形条件下，天然气钻入含水层，水从地表排出，形成水。它也是自流水。这将是生命的自流水和灌溉水。

以上解析的是滞水层的概念，介绍了潜水和承压水，主要的区别是：内核层水主要是与外面的世界，自由表面。受外界影响，潜水是第一个在稳定层以上的自由水面的水层；承压水与水压力区别于前两种水，它是没有水压力。

3 土的透水性及渗透破坏

水通过土壤孔隙流动的性质称为土壤的渗透性。土壤颗粒越粗，渗透率越大，砾石、砾石和砾石的渗透率最高，而粘土几乎不透水。在相同条件下，土的渗透性越大，土的渗透速率越大。地下水的运动有两种：土壤中的孔隙、微裂纹的层流和湍流，使水粒子是有序的，相互混合，称为层流；在大孔隙水速度越大，粒子是水流量无秩序，相互混合，称为湍流。

在开挖时，地下水的渗流力达到底部的土壤会产生严重的浮砂沸、土壤坑内成沸腾状态类似于液体，然后如果继续开挖，土将继续在海湾，人们会落入底部的土。边坡开挖时，基坑底部出现流沙，边坡土体在渗流作用下易发生滑坡。当土壤是由不同的土壤颗粒组成的厚度，在渗流作用下，将细粒粗粒土中的孔隙水带走，产生管涌（又称潜蚀）。

基坑降水中易出现高水力坡降、紊。如果没有水密封措施和外壳和缝隙，坑将继续流入坑渗流，导致大量的泥沙突然涌出坑外地面沉降，周围建筑物和市政设施被摧毁。

4 地下水治理的基本原则

在深基坑施工过程中，地下水处理的原则是“降”、“疏”、“堵”的结合。

降”是指施工时，在施工区采用威尔斯钻孔的方法，这将在一定程度上降低地下水的用量，使水位下降。“疏”是指在施工过程中排除墓穴、地表水和地下水的范围内的基坑或泵出的水，主要是进行及时的疏导。“堵”顾名思义则是“堵截”。它作为基坑止水的有效手段，工程当中进行“堵”的通常的方式在深基坑施工中注浆桩帷幕。

4.1 深基坑地下水处理

对于深基坑降水施工应充分探讨，充分了解基坑工程施工区的含水量，制定相应的地下水处理措施。

4.1.1 降水施工措施分类

降水措施应充分考虑水文地质特征及应用范围：气候条件、地质条件、建设时间。目前，在深基坑降水过程中，主要的降水方法有重力降水（如水威尔斯、明渠等）和强制降水（如轻型井点、深井点、电渗井点等）。

4.1.2 降水措施的选取

降水措施应充分考虑水文地质特征及应用范围：气候条件、地质条件、建设时间。在施工过程中，地表水或地下水，由水泵或沟提取；地下水分布区丰富的地下水开采，地下水水位下降，采用这种方法提取地下水，既能起到降水的效果，又能大大节省施工时间。根据含水量的大小，设置不同直径的降水井，在降水计划开始之前，可以有效地避免地下水对基坑的影响。通过采取有效措施，及时减少基坑开挖过程中土体的含水量，将基坑位置降低到小于1m，满足基坑开挖的要求。保证基坑开挖的稳定性，是保证基坑开挖安全的主要因素。

4.2 对地下水处理的基本要求

为了对施工区的水位进行详细的测量，有必要了解深基坑设计的有关资料。地质条件、设计结构尺寸、支护类型、基坑周边环境、施工期及施工期间气象资料等。

除了对周围环境有充分了解外，还需为主要建筑结构、地下管线和地面控制点设置相应的变形观测点。观察水位变化，定期观测全过程，采用信息化建设的方法，提供相应的应急措施。endprint

地下水处理必须考虑环境、变形和技术经济指标。坑区与水头落差（或渗流阻塞承压水头高度）的产品分为水或渗流的投资资金，收入是基坑在单位面积的每一个下（或渗流）LM，压头成本。据统计结果表明，深井降水量为1448元，渗透率为186元，入渗与降水的组合为1元，约为101元。

5 地下水处理措施

在基坑工程中，常用的地下水处理方法有：排水、降水、止水。

主要排水集水明渠排水法，解决上部土壤排水和降水。降水一般适用于浅层地下水位的砂质土和粉质土层。通过降低地下水位，在地下水位以上基坑施工，消除或减少静水压力和渗透压力的基坑支护结构，提高边坡的稳定性和防止地下水渗流引起流砂、管涌破坏。常用的降水方法有：光井点法、电渗井点法、注水井点法、管井井点法和降压井点法。基坑降水引起的工程事故主要是由于地下水位的降低和地下水位的增加。即使接近饱和，使水位在地面降水范围的影响，包括施工（结构）建筑会产生额外的沉降，将严重影响周边居民的正常生活乃至生命财产安全。

本工程通过设置止水帷幕达到止水的目的。水幕垂直与水平点，竖止水帷幕设置在坑壁外缘，用于防止坑外水位进出坑外的深水水层内的水进入坑内。水平止水帷幕布置在基坑底部，通过四周墙体渗水的坑趾透水层防止坑水；如果一个承压含水层的存在，设置水平止水帷幕也可以防止限制造成突破土壤破坏突水。目前，深基坑常用止水帷幕有三种：深层搅拌水泥土止水帷幕、高压喷射灌浆水泥土止水帷幕、平原混凝土地下连续墙止水帷幕。

水幕通常是由于施工质量差，工具损坏，或设计场地不考虑现场水文地质条件，设计错误，使坑内严重渗漏。

5.1 轻型井点降水法

（1）轻型井点抽油系统抽真空，除管路系统外，很大程度上取决于抽油设备。目前常用的真空泵、隔膜泵。

轻型井点管、过滤管、集水总管，负责和阀门等管道系统和抽水设备启动，形成井点系统的真空和真空成形在油井周围的地区在一定程度上，真空面积扩大到一定范围内。在真空力作用下，井点附近的地下水通过砂井，滤点附近的地下水位降低。在运行过程中，井点附近的地下水水位与真空区外的地下水位存在着水头差。所以常说的光井点降水是真空强迫水提取法。只有在这两种力作用下，基坑地下水才会减少，并形成一定范围的降水漏斗状。

井点管与主管之间的连接可以设置钢管和透明塑料管。由于真空力的作用，在塑料管内设有弹簧，以增强外张阻力，保证地下水的畅通。有两种方式连接主井和主管道，法兰和箍。

（2）施工時应注意的问题：

地下水位降低后，土体会被固结，会造成水泵在半径范围内对地面沉降的影响，有时给周围建筑物带来一定的危害。为了避免地下水位，周围建筑物沉降过大是一种有效的措施。该方法是在泵半径受影响之前在建筑物附近钻一排孔。

流程清楚，及时记录。目的是保证当水位降低时，现有建筑物下面的地下水位下降，水注入井眼。为了确保原有的水位不改变，以防止地面沉降造成的损坏现有建筑物。

5.2 深井井点降水法

（1）深井点降水是在深基坑周围埋在深部的威尔斯管中，或依靠深井泵潜水泵深井地下水从地下上升到地下的地下水位以下的坑。深井井点降水具有排量大、降水深、无吸力限大、井距大等优点。然而，一次性投资大，孔质量要求高。深井井点降水适用于渗透系数较大（10—250m/s D）；土壤是沙土、碎石、等；地下水丰富，降水深（10—50m），面积大。

（2）施工时应注意的问题：①井内井点应同时抽放，使水位差控制在要求范围内。②为了加强对水位的监测，特别是对接近于现有建筑物（结构）的深井，有必要在建筑物（建筑物）附近设置观测井。水位差异过大，应立即采取补救措施。③防止地下水渗漏入坑。④潜水泵在运行中应注意检查电缆与墙体是否发生碰撞，防止水沿电缆芯等水渗入电机后磨损。⑤在深井井点的基坑内，由于井管较长，开挖到一定深度后，管道应在支护结构附近，如支护或柱连接，待固定。⑥当坑底不透水，排除上部地下水时，可采用砂威尔斯深井降水。⑦井管使用完毕拔出。

6 地下水处理中应注意的几个问题

在项目进程里，地下水引发了许多工程事故，比如济南的一座建筑物，基地下充满了淤泥和素回填土开。在进行基地处理还有开挖之时，打60威尔斯泵，由于水文资料缺乏，盲目的降水，基坑开挖引起的地面沉降，相邻房屋开裂，最后在基坑周边做高压悬喷止水帷幕。由于程序的变化，造成较大的经济损失，并延误了月数。

因此，通过对一些工程事故的分析，得出以下结论：在设计和施工中应注意基坑工程设计与施工提供参考。

（1）基坑工程是一项复杂的系统工程、设计，对周边环境建设从数据采集到链的影响、相互作用、相互制约，使得优化设计，为了用最经济的方式达到降水效果最好。

（2）数据采集，数据应包括基坑设计；开挖方法及工期；现场水文、地质条件及相关参数；基坑周边环境；建设条件等。

（3）降水，为了使建筑物均匀沉降，可以增加建筑物侧的井点降水间距，并调整小泵，尽量避免间歇和反复抽取。

（4）止水帷幕成本高，特别是在深层透水层，不仅成本太大，而且施工难度大。因此，有必要分析和考虑降水方案与设计方案相结合的可行性。如果场地有以下深层水，对地面沉降没有更敏感的建筑物（结构）建筑物，降水引起的小地面沉降，只能考虑位于上方的垂直帷幕和降水方案的底部。

（5）水幕的设计，要照顾环境的影响，考虑项目的地理方位和周边状况、支撑方法和施工时节。常规来说，粘性土的渗透系数远小于砂土，粘性土是抗水层。然而，如果粘土在管道附近遭受强降雨或渗漏，粘性土的含水量增加，甚至饱和。因此，当桩体饱和时，饱和土受到严重扰动，在侧压力作用下会在基坑的方向上受到挤压。

（6）在粉砂地质里，有水泥搅拌桩以及悬喷桩，其两者的连接未必牢固，当基坑很深的情况下，它们间的连接就变得很不牢固。所以，这种止水帷幕如果要做到真正的止水，仍旧要添加喷网。endprint

（7）利用信息技术，观测井的布设和沉降、位移、倾斜等观测点，做相关按时按量的观测、记录、分析工作。能及时的控制水位以及围岩基础（结构）的动态变化，对泵送流量和含砂量的认知更熟悉。项目建成后，还应连续观测周围建筑物一段时间，重点是其沉降方面的观测工作，保障降水对环境安全不带来影响。

7 结语

综上所述，地下水的处理成为深基坑工程成败的一个重要环节。所以，在深基坑施工过程中，我们务必使用一些降低地下水对基坑的影响措施甚至消除，具体措施包括了解各类地质条件的正确的降水方式，选择合适止水设计。在施工过程中，不仅应保证深基坑施工的安全，还要防止其对水环境的损害。做到这个程度，对社会的可持续发展才更有促进作用。经过对深基坑工程中地下水渗透破坏能力的剖析，歸纳出在进行降水以及止水措施中值得留意的的相关要点。旨在给未来深基坑工程的设计还有施工方面带来有益思考，以此降低因方法选择不当导致降水工程事故的概率。

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