一、降水方法選擇
(一)基本要求
(1)當地下水位高于基坑開挖面,需要采用降低地下水方法疏干坑內土層中的地下水。疏干地下水有增加坑內土體強度的作用,有利于控制基坑圍護結構的變形。在軟土地區基坑開挖深度超過3m,一般就要用井點降水。開挖深度淺時,亦可邊開挖邊用排水溝和集水井進行集水明排。
(2)當基坑底為隔水層且層底作用有承壓水時,應進行坑底突涌驗算,必要時可采取水平封底隔滲或鉆孔減壓措施,保證坑底土層穩定。當坑底含承壓水層且上部土體壓重不足以抵抗承壓水水頭時,應布置降壓井降低承壓水水頭壓力,防止承壓水突涌,確保基坑開挖施工安全。
(3)當降水會對基坑周邊建(構)筑物、地下管線、道路等造成危害或對環境造成長期不利影響時,應采取截水方法控制地下水。采用懸掛式帷幕時,應同時采用坑內降水,并宜根據水文地質條件采取坑外回灌措施。
(二)工程降水方法的選用
工程降水有多種技術方法,可根據土層情況、滲透性、降水深度、周圍環境、支護結構種類按表】K413021選擇和設計。
降水方法
|
適用地層
|
滲透系數
(m/d) |
降水深度
(m) |
地下水類型
| |
集水明排 |
黏性土、砂土 |
<2 |
潛水地表水 | ||
輕型
井點
|
一級
二級
三級
|
砂土,粉土,含薄層粉砂
的淤泥質(粉質)黏土 |
0. 1~20
|
3~6
6~9
9~1 2
|
潛水
|
噴射井點 |
<20 |
潛水、承壓水 | |||
管井 |
疏干
|
砂性土,粉土,含薄層粉
砂的淤泥質(粉質)黏土 |
0.02~0.1
|
不限
|
潛水
|
減壓 |
砂性土,粉土 |
>0.1 |
不限 |
承壓水 |
二、常見降水方法
(一)明溝、集水井排水
(1)當基坑開挖不很深,基坑涌水量不大時,集水明排法是應用最廣泛,亦是最簡單、經濟的方法。明溝、集水井排水多是在基坑的兩側或四周設置排水明溝,在基坑四角或每隔30~50m設置集水井,使基坑滲出的地下水通過排水明溝匯集于集水井內,然后用水泵將其排出基坑外(見圖1K413021-1)。
(2)排水明溝宜布置在擬建建筑基礎邊0. 4m以外,溝邊緣離開邊坡坡腳應不小于O.3m。排水明溝的底面應比挖土面低0.3~0.4 m。集水井底面應比溝底面低0.5m以上,并隨基坑的挖深而加深,以保持水流暢通。明溝的坡度不宜小于0.3%,溝底應采取防滲措施。
(3)集水井的凈截面尺寸應根據排水流量確定。集水井應采取防滲措施。
(4)明溝、集水井排水,視水量多少連續或間斷抽水,直至基礎施工完畢、回填土為止。
(5)明溝排水設施與市政管網連接口之間應設置沉淀池。明溝、集水井、、沉淀池使用時應排水暢通并應隨時清理淤積物。
(6)當基坑開挖的土層由多種土組成,中部夾有透水性能的砂類土,基坑側壁出現分層滲水時,可在基坑邊坡上按不同高程分層設置明溝和集水井構成明排水系統,分層阻截和排除上部土層中的地下水,避免上層地下水沖刷基坑下部邊坡造成塌方。
(二)井點降水
(1)當基坑開挖較深,基坑涌水量大,且有圍護結構時,應選擇井點降水方法。即用
真空(輕型)井點、噴射井點或管井深入含水層內,用不斷抽水方式使地下水位下降至坑底以下,同時使土體產生固結以方便土方開挖。
(2)輕型井點布置應根據基坑平面形狀與大小、地質和水文情況、工程性質、降水深度等而定。當基坑(槽)寬度小于6m且降水深度不超過6m時,可采用單排井點,布置在地下水上游一側;當基坑(槽)寬度大于6m或土質不良,滲透系數較大時,宜采用雙排井點,布置在基坑(槽)的兩側,當基坑面積較大時,宜采用環形井點。挖土運輸設備出入道可不封閉,間距可達4m,一般留在地下水下游方向。
(3)輕型井點宜采用金屬管,井管距坑壁不應小于1.O~1.5m(距離太小易漏氣)。井點間距一般為0. 8~1.6m。集水總管標高宜盡量接近地下水位線并沿抽水水流方向有0.2 5%~0.5%的上仰坡度,水泵軸心與總管齊平。井點管的人土深度應根據降水深度及儲水層所有位置決定,但必須將濾水管埋入含水層內,并且比挖基坑(溝、槽)底深0.9~1.2m,井點管的埋置深度應經計算確定。
(4)真空井點和噴射井點可選用清水或泥漿鉆進、高壓水套管沖擊工藝(鉆孔法、沖孔法或射水法),對不易塌孔、縮頸地層也可選用長螺旋鉆機成孔;成孔深度宜大于降水井設計深度0. 5~1. Om。鉆進到設計深度后,應注水沖洗鉆孔、稀釋孔內泥漿。孔壁與井
管之間的濾料應填充密實、均勻,宜采用中粗砂,濾料上方宜使用黏土封堵,封堵至地面
的厚度應大于1m。
(5)管井的濾管可采用無砂混凝土濾管、鋼筋籠、鋼管或鑄鐵管。成孔工藝應適合地層特點,對不易塌孔、縮徑地層宜采用清水鉆進;采用泥漿護壁鉆孔時,應在鉆進到孔底后清除孔底沉渣并立即置入井管、注入清水,當泥漿相對密度不大于1.05時,方可投入濾料。濾管內徑應按滿足單井設計流量要求而配置的水泵規格確定,管井成孔直徑應滿足填充濾料的要求;井管與孔壁之間填充的濾料宜選用磨圓度好的硬質巖石成分的圓礫,不宜采用棱角形石渣料、風化料或其他黏質巖石成分的礫石。井管底部應設置沉砂段。
三、基坑的隔(截)水帷幕與坑內外降水
(一)隔(截)水帷幕
(1)采用隔(截)水帷幕的目的是阻止基坑外的地下水流入基坑內部,或減小地下水沿基坑帷幕的水力梯度。截水帷幕的厚度應滿足基坑防滲要求,截水帷幕的滲透系數宜小于1.O×10-6 cm/s。
(2)當基坑底存在連續分布、埋深較淺的隔水層時,應采用底端進入下臥隔水層的落底式帷幕;當坑底以下含水層厚度較大時需采用懸掛式帷幕,其深度要滿足地下水從帷幕底繞流的滲透穩定要求,并應分析地下水位下降對周邊建(構)筑物的影響。
(3)截水帷幕可選用旋噴法或擺噴注漿帷幕、水泥土攪拌樁帷幕、地下連續墻或咬合式排樁。支護結構采用排樁時,可采用高壓旋噴或擺噴注漿與排樁相互咬合的組合帷幕。
(4)基坑的隔(截)水帷幕(或可以隔水的圍護結構)周圍的地下水滲流特征與降水目的、隔水帷幕的深度和含水層位置有關,利用這些關系布置降水井可以提高降水的效率,減少降水對環境的影響。
(5)隔(截)水帷幕與降水井布置大致可分成三種類型,需要依據有關條件綜合考慮。
(二)隔(截)水帷幕與降水井布置
1.隔水帷幕隔斷降水含水層
基坑隔水帷幕深入降水含水層的隔水底板中,井點降水以疏干基坑內的地下水為目的,即為前面所述的落底式帷幕,見圖1K413021-2。這類隔水帷幕將基坑內的地下水與基坑外的地下水分隔開來,基坑內、外地下水無水力聯系。此時,應把降水井布置于坑內,降水時,基坑外地下水不受影響。
2.隔水帷幕底位于承壓水含水層隔水頂板中
隔水帷幕位于承壓水含水層頂板中,通過井點降水降低基坑下部承壓含水層的水頭,以防止基坑底板隆起或承壓水突涌為目的,見圖1 K413021-3 。這類隔水帷幕未將基坑內、外承壓含水層分隔開。由于不受圍護結構的影響,基坑內、外地下水連通,這類井點降水影響范圍較大。此時,應把降水井布置于基坑外側。因為即使布置在坑內,降水依然會對基坑外圍有明顯影響,如果布置在基坑內反而會多出封井問題。
3.隔水帷幕底位于承壓水含水層中
隔水帷幕底位于承壓水含水層中,如果基坑開挖較淺,坑底未進入承壓水含水層,井點降水以降低承壓水水頭為目的;如果基坑開挖較深,坑底已經進入承壓水含水層,井點降水前期以降低承壓水水頭為目的,后期以疏干承壓含水層為目的,見圖1K413021-4。這類隔水帷幕底位于承壓水含水層中,基坑內、外承壓含水層部分被隔水帷幕隔開,僅含水層下部未被隔開。由于受圍護結構的阻擋,在承壓含水層上部基坑內、外地下水不連續,下部含水層連續相通,地下水呈三維流態。隨著基坑內水位降深的加大,基坑內、外水位相差較大。在這類情況下,應把降水井布置于坑內側,這樣可以明顯減少降水對環境的影響,而且隔水帷幕插入承壓含水層越深,這種優勢越明顯。
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