试析基础施工降水

王少峰 2019-06-27 版权声明 举报文章

摘 要:该文针对基础施工时的降水问题提出了解决方法,并在最后对各种方法的选择提出了建议。

关键词:基础;施工;降水

伴随着黄河三角洲的开发,一座新兴的现代石油城市正在崛起。各种建筑物、构筑物也正在不断涌现,但建筑物的发展必须首先处理好基础的设计与施工问题。建筑物在基础设计时一般考虑埋置深度。因此基础施工时必须首先解决降水问题。

一、基坑降水方法

目前国外深基坑的施工中对地下水的处理方法基本上分两类,一是止水法,即将地下水截于基坑之外,如冻结法、沉箱法等,二是排水法,如明沟排水法,管井抽水以及井点降水等,除此之外还有沉井水下施工等,施工时具体采用哪种降水方法,要根据基础埋置深度和工程所在地的地质情况,地下水位高低,降水深度和土壤的渗透系数来确定。因此,要想对基础采用人工降水就必须先搞清楚这里的地质、水文情况。降水采取什么样的方法比较合理呢?在解决这个问题之前我们还须弄清楚抽水时水井周围地区水位的变化情况。

根据法国水力学家裘布衣的假设,水井在抽水前是静止的,天然水力坡度为零,开始抽水后井内水位开始下降,经一段时间的抽水,水井周围水面由水平变为向水井倾斜的弯曲面,这个弯曲面逐渐稳定形成降水漏斗,以后漏斗形状将不再不安华变化。

施工时要想加大降水深度,采取的方法之一就是加大井点的埋置深度,这样井点降水的影响半径,也将随之加大,保证基坑内各处均能达到降水要求,然而由于井点的埋深一般的轻型井点就无法满足抽水要求;因为轻型井点降水深度一般只在3~5m的范围内,对于这种情况,我认为可采用以下几种降水方方案:一是用管点井点或深井泵降水。二是采用喷射井点降水该方法降水深度,但从经济效益上来讲,喷射井点一次性投资较多,且井点埋设时成孔困难,而管井井点却简单方便,投资省。三是将轻型井点或射流井点同管井井点联合运用即在浅层部位用射流井点,在深层靠重力作用辅以管井点这样效果会要好些。四是将射流井点和喷射井点联合使用,这样降水方法从效果上来讲将较其它以上三种方法好,但投资也相对较多。

二、井点间距和井点埋设的方法

在采用井点降水时,井点管的埋设质量将直接影响到未来井点抽水时出水量的多少。通常我们井点降水,在埋设井点管时,往往在井点管的周围填上砂粒,然后用粘土封口。填砂有三方面的作用:一是由于本地区为弱渗透层,局部含有夹砂层,在施工中采用砂井,可以贯穿整个含水层,从而可以改善垂直渗透性;二是目前主要采用真空抽水,井点用粘土封口,使用砂井可以不同层次改善各个层次的真空度;三是砂子起滤层作用,在埋井时所用的砂子的颗粒大小必须适当,既不能太大又不能太小。因为颗粒太小时易造成砂滤层的淤塞,致使井点降水量下降。若颗粒太大时,地基中的土颗粒将穿过砂滤层,流进井点造成地基被掏空而破坏。

在采用井点降水时,井点间距的大小也将影响抽水效果,往往井点埋置过密既达不到较好的降水效果,又造成呢一定的浪费,但井点间距也不能过疏,若过疏将导致降水失败,这里探讨一下井点间距的确定问题。

井点间距的确定是根据群井和单井抽水量q来确定出的,目前计算群井涌水量的方法基本采用同一公式,对于无压非完整井Q=1.33K(H-2S)S/(lgR-lgx);其中,式中Q表示群井出水量(m3),K表示土壤的渗透系数(m/日),S表示基坑降水深度(m),R表示抽水影响半径(m),x表示基坑假想半径(m),但对单井出水量的计算方法有多种并且计算出的结果也差别较大,常用的有:①阿布拉莫夫公式:q=120?仔?酌?咨,q:单井抽水量(m3/日),r井点滤管半径(m),l滤管长度(m),K表示土壤的渗透系数(m/日)。②基哈德公式:q=2?仔?酌?咨,K表示土壤的渗透系数(m/日)。③施工手册公式:q=130?仔?酌?咨,K表示土壤的渗透系数(m/日)。根据以上三个公式,对于同一工程将算出不同的井点间距,这个问题有待于进一步研究解决。

三、土体变形与抽水

由于抽水,将引起基坑周围地区的土体沉降,沉降的后果将使地面产生裂缝,会导致基坑周围高大建筑物的下沉、开裂,甚至破坏。在井点降水时我们一般都应做土体的沉降观测,但到目前为止在本地区却很少见到降水时对土体的沉降进行观测,下面假设某楼降水时假想土体变形的例子来说明土体变形的原因,因抽水而引起的土体变形情况,土体变形将在两个方向上变化,一是垂直方向的下沉,二是水平方向的移动,具体变形的原因进过综合的分析主要由以下几方面因素引起:①由于地下水位的下降引起,由于地下水的下降时土壤中的孔隙水压力降低,由于总压力基本不变,有效应力相应加大,造成土壤固结沉降。②由于井点抽水时的真空作用,在井点附近形成负压导致土壤颗粒的流动。③抽水过程中,由于地下水平衡受到破坏,地下水向水井方向流动,主要是向基坑方向流动,导致土壤发生水平方向移动。为此我建议在本地区采用井点降水的方法开挖基坑且基坑开挖的深度又较深时应设沉降观测点,以便对基坑周围原有建筑采取防范措施。

四、建议

当要施工的工程在其周围距离较近的区域内有较高建筑物时,对所施工的工程必须进行基坑开挖且开挖深度又较深时,若采用一般的降水方法进行施工,由于周围地区地面的下沉和水平位移,这对已建建筑物的威胁是很大的,可能在已建建筑物上出现自基础贯穿整个墙体的裂缝,严重者将导致建筑物的破坏。当遇到这种情况,我们必须保证三点:①不能因开挖基坑而使周围土体产生过大的沉降和水平侧移。②保证基坑开挖时无积水。③基坑开挖时不能产生流沙。要做到这三点可以采用以下两种方法:一是在已建建筑物与基坑之间适当位置打一排钢板桩;二是在基坑周围修筑一环形封闭的钢筋混凝土地下连续墙,以上两种方法都是采用的止水法施工,这样当基坑开挖时板桩或连续墙以外的地下水就很少能流进基坑内,同时阻止已建建筑物下沉或开裂。基坑开挖时只辅以明沟排水法,就完全可以满足施工要求,当然采用以上两种方法施工时用资金较多,只适应于基坑开挖时对沉降要求较严格的地区。

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