深基坑降水對基坑穩(wěn)定影響的分析

韓丹

【摘要】深基坑工程已經(jīng)成為巖土工程施工的熱點(diǎn)問題，深基坑降水是基坑開挖環(huán)節(jié)的常用技術(shù)。在具體施工環(huán)節(jié)，因?yàn)榻邓簧魇沟弥ёo(hù)工程失敗甚至破壞附近環(huán)境的事故不斷見于報(bào)道。本文簡要介紹基坑降水導(dǎo)致地表沉降的作用途徑，分析基坑降水的常見方式，并探討避免深基坑降水影響基坑穩(wěn)定的措施。

【關(guān)鍵詞】深基坑降水；基坑穩(wěn)定影響；作用途徑；影響；措施

我國工程建設(shè)近年來進(jìn)步迅速，高層建筑以及深基坑工程數(shù)量越來越多。合理科學(xué)分析場地水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)條件，應(yīng)用相配套的降水方案來實(shí)現(xiàn)深基坑降水的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面能夠確保施工能夠順利完成，另一方面能夠減少施工成本以及施工工期，有重要的價(jià)值[1]。

一、基坑降水導(dǎo)致地表沉降的作用途徑

隨著降水的深入，地下水位會(huì)持續(xù)下降，作用到土顆粒的浮力越來越小，使得土體壓縮固結(jié)，呈現(xiàn)出降水壓密特點(diǎn)。土體變形可以分成兩個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)是線性過程，也就是隨著水位的降低，土體當(dāng)中的孔隙水會(huì)隨著滲流不斷排出，從而作用到土骨架上的應(yīng)力顯著加大導(dǎo)致土體固結(jié)。第二個(gè)環(huán)節(jié)是非線性變化，這一環(huán)節(jié)的土體變形是因?yàn)橥令w粒還有間孔隙水的流動(dòng)而誘發(fā)的。有效應(yīng)力比較固定，土體變形隨著應(yīng)力變化而變化[2]。土體變形沉降受三個(gè)因素對影響。第一，孔隙水壓力相愛將。降水開始之后，地下水位在降低到一定階段之后，孔隙當(dāng)中的水壓會(huì)持續(xù)消散轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致壓力越來越小，在總壓力保持不變的情況下，土顆粒的作用力越來越大。第二，動(dòng)水壓力影響。自然條件下土體當(dāng)中的孔隙水流動(dòng)在小坡度下完成。降水過程伴隨著力坡度的顯著上升，在這一背景下滲透壓力也會(huì)隨之持續(xù)上升。地下水的滲透壓力同土體浮力之間的合力超過土顆粒摩擦力的時(shí)候，土體就會(huì)出現(xiàn)變形壓縮，從而出現(xiàn)地表沉降問題。第三，井點(diǎn)真空作用。在井點(diǎn)降水環(huán)節(jié)，井點(diǎn)管附近的壓力會(huì)低于大氣壓力，受壓力差的影響，土體顆粒往壓力小的地方擠壓從而出現(xiàn)變形[3]。

二、基坑降水的常見方式

第一，集水井降水。這一方法屬于人工排降，主要用在施工用水、地下潛水還有雨水排除方面。在那些地下水比較豐富的地帶，因?yàn)榛舆厺B水比較明顯，使用錨噴支護(hù)的難度較高，所以這一方法不適于高水位基坑進(jìn)行降水。第二，噴射井點(diǎn)降水。應(yīng)用這一技術(shù)能夠在井點(diǎn)的底部生成300mm水銀柱真空，降水的深度比較大，通常能夠超過10m[4]。這一技術(shù)的滲透系數(shù)同輕型井點(diǎn)比較類似，不過因?yàn)槌樗到y(tǒng)以及噴射井管較為復(fù)雜，因此故障率居高不下，浪費(fèi)的能量也比較多，所以需要的成本比較高。第三，輕型井點(diǎn)降水。這一方法適用于那些面積不大同時(shí)降水要求較低的基坑工程，其中降水的深度通常在5m左右。如果降水的深度要求超過5m，需要設(shè)置多級井點(diǎn)，不過需要基坑附近的空間比較開闊，從而便于挖槽或者是放坡。第四，電滲井點(diǎn)降水。這一技術(shù)適用于粘土以及淤泥等滲透系數(shù)比較小的細(xì)顆粒土，通常需要聯(lián)合使用輕型井點(diǎn)系統(tǒng)或者是噴射井點(diǎn)系統(tǒng)，其中降水的深度受二者的影響。第五，管井井點(diǎn)降水。這一技術(shù)適用于那些滲透系數(shù)比較大以及地下水比較豐富的地區(qū)，輕型井點(diǎn)難以有效解，通常應(yīng)用在潛水層的降水。第六，深井井點(diǎn)降水。這一技術(shù)是基坑工程當(dāng)中應(yīng)用比較廣泛的降水方法，有著降水深度大、排水量大等優(yōu)點(diǎn)，比較適用于滲透系數(shù)比較大同時(shí)層厚度較大的環(huán)境。

三、降低深基坑降水對基坑穩(wěn)定性影響的措施

第一，合理判斷降水潛在的不良影響。降水工程將土體以及地下水當(dāng)作研究對象，因此需要根據(jù)勘察、設(shè)計(jì)以及施工的順序進(jìn)行。在勘察階段以及設(shè)計(jì)階段，需要全面分析附近環(huán)境以及地層條件，從而準(zhǔn)確預(yù)判降水可能造成的不良影響。在降水施工環(huán)節(jié)，需要詳細(xì)進(jìn)行監(jiān)測，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。第二，使用止水帷幕。開挖范圍附近需要使用止水帷幕，從而有效降低降水給帷幕外產(chǎn)生的影響。比較常用的包括高壓旋噴、深層攪拌以及注漿防滲等帷幕。豎向止水帷幕需要到達(dá)不透水層，只有這樣才能夠降低降水帶來的影響。如果含水層的厚度較大，豎向止水帷幕無法有效穿透，或者是施工成本太高，應(yīng)當(dāng)在坑底以下使用水平帷幕。第三，聯(lián)合使用井點(diǎn)降水以及回灌技術(shù)。井點(diǎn)降水指的是在基坑附近布置井點(diǎn)從而達(dá)到降水目的，確保基坑能夠順利開挖。回灌技術(shù)指的是在沉降要求較高的建筑物一側(cè)，使用井點(diǎn)管或者是砂井，從而通過人工方式來回灌水到地下，確保建筑物地下水恢復(fù)到降水之前，防止降水導(dǎo)致的附加沉降問題。第四，合理應(yīng)用井點(diǎn)。在井點(diǎn)降水環(huán)節(jié)，井點(diǎn)附近的水位呈現(xiàn)為漏斗狀，借助于科學(xué)使用降水井點(diǎn)，能夠有效降低降水的影響。第五，降低基坑附近荷載影響。通常要將井點(diǎn)設(shè)置在基坑周圍，這一區(qū)域的降水深度大，因此地表沉降問題嚴(yán)重。所以如果基坑附近存在堆載，會(huì)加劇土體變形問題。第六，減少降水時(shí)間。確定滿足開挖所需要的抽水時(shí)間，同時(shí)加快開挖速度并確定停止抽水是加你。因?yàn)榻邓臅r(shí)間越長暴露基坑的時(shí)間也就越長，給附近地層穩(wěn)定性的影響約為明顯。

深基坑工程已經(jīng)成為巖土工程施工的熱點(diǎn)問題，深基坑降水是基坑開挖環(huán)節(jié)的常用技術(shù)。在具體施工環(huán)節(jié)，因?yàn)榻邓簧魇沟弥ёo(hù)工程失敗甚至破壞附近環(huán)境的事故不斷見于報(bào)道。綜上所述，基坑開挖過程當(dāng)中，為確保土方開挖的安全進(jìn)行，內(nèi)外降水量會(huì)不斷增加，從而影響到附近的影響。這就需要在基坑開挖環(huán)節(jié)收集降水對穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的相關(guān)數(shù)據(jù)，避免發(fā)生大規(guī)模的涌水涌砂問題，控制基坑附近的建筑物以及管線沉降在預(yù)期范圍當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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[3]崔永高.樁基后壓漿對深基坑降水滲流場的影響[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016，24（6）：1207-1213.

[4]郭享，張明飛，王占生，等.蘇州地鐵深基坑降水設(shè)計(jì)施工運(yùn)行技術(shù)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015，2（5）：52-54.