對建筑基坑降水的論述與分析

尹來

當前，我國高層建筑一般都設置地下室和較深基礎。在開挖較深基坑時，容易超過地下水位線，需要進行基坑降水。近些年，由于降水設計和施工處理不當，造成基坑工程事故頻發，主要表現為支護結構產生大位移破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和塌陷以及臨近的建筑物開裂甚至倒塌等等。因此，在基坑降水方面，設計和施工單位必須高度重視，考慮周全做到安全合理。

一、基坑降水是保證基礎質量的重要步驟，常用的基坑降水方法如下：

1）明溝排水：明溝排水是指在基坑內設置排水明溝或滲渠和集水井，然后用水泵將水抽出基坑外的降水方法。明溝排水的適用以下條件：(1)場地為較密實的、分選好的土層。(2)場地含水層為上層滯水或潛水，其補給水源較遠滲透性較弱，漏水量不大。(3)當采用拉鏟挖斗機、反向鏟和抓斗挖土機等機械挖土為避免由于挖土過程中出現的臨時浸泡而影響施工時，對含水層的砂、卵石涌水量較大、具有一定陣水深度的降水工程可以采用明排降水。(4)當基坑邊坡為緩坡或采用堵截隔水后的基坑時，建筑場地寬敞鄰近無建筑物時，基坑開挖面積大有足夠場地和施工時間時建筑物為輕型地基荷載等條件下采用明排降水的適用條件可以擴大。明溝排水工程的布置要求如下：1）沿基坑四周設置排水溝或滲渠，在基坑四角或每隔30~40m設一直徑為0.7~0.8m的集水井。2）溝底寬大于0.3m，坡度為0.5—1.0，溝底比基坑底低0.3~0.5m。3）集水井底比排水溝底低0.5~1.0m。集水井容積大小取決于排水溝的來水量和水泵的排水量，宜保證泵停抽后30分鐘內基坑坑底不被地下水淹沒。4）隨著基坑的開挖，排水溝和集水井隨之分級設置與加深，直到坑底達到設計標高為止。5）基坑開挖至預定深度后，應對排水溝和集水井進行修整完善，溝壁不穩時還須利用磚石干砌或用透水的砂袋進行支護。

2）輕型井點降水：輕型井點由井點管、過濾器、集水總管、支管、閥門等組成管路系統，井由抽水設備啟動，在井點系統中形成真空，并在井點周圍一定范圍形成一個真空區，真空區通過砂并擴展到一定范圍。輕型井點降水適用于基坑面積不大，降低水位不深的場合。該方法降低水位深度一般在3-6m之間，若要求降水深度大于6m，理論上可以采用多級井點系統，但要求基坑四周外需要足夠的空間，以便于放坡或挖槽。輕型井點工程的布置 ：輕型井點系統的平面布置由基坑的平面形狀、大小，要求降深，地下水流向和地基巖性等因家決定，可布成環形、U型或線形等。一般沿基坑外緣1.O~1.5m布置。當降水基坑為矩形、圓形、三角形成不規則形狀時，常采用環形封閉式或U形井點布置。當降水深度在6m以內時采用單級井點降水。當降水深度較大時，可采用下臥降水設備或多級井點降水。

3）噴射井點降水： 噴射井點系統由高壓水泵、供水總管、井點管、噴射器、測真空管、排水總管及循環水箱所組成。噴射井點主要適用于滲透系數較小的含水層和降水深度較大(8~2m)的降水工程，適用的土層滲透系數與輕型井點一樣，一般為每日0.1～50米。噴射井點系統能在井點底部產生250毫米水銀柱的真空度，其主要優點是降水深度大，一般在8～20米范圍。但由于需要雙層井點管噴射器設在井孔底部，有二根總管與各井點管相連，地面管網敷設復雜，運行故障率較高，且能量損耗很大，成本高，管理困難。

4）電滲井點降水：電滲降水一般只適用于含水層滲透系數（滲透系數小于每日0.1米）的細顆粒土，如粘土、亞粘土、淤泥和淤泥質粘土等。特別是在淤泥和淤泥質粘土之中的降水，由于粘性上的顆粒較小，地下水流動十分困難。其中僅自由水在孔隙中流動，其它部分地下水則處于被毛細管吸附的約束狀態，不能在壓力水頭作用下參與流動。當向土中通以直流電流后，不僅自由水、而且被毛細管約束的枯滯水也能參與流動，增加孔隙水流動的有效斷面，其滲透性提高數十倍，從而縮短降水時間，提高降水效果。

5）管井井點降水：管井井點適用于滲透系數大的地層，地下水豐富的地層，以及輕型井點不易解決的場合。每口管井出水流量可達到每小時50~100立方米，土的滲透系數在每日20-200米范圍內，這種方法一般用于潛水層降水。抽降管井一般沿基坑周圍距基境外緣1.2m布置，如場地寬敞或采用垂直邊坡或有錨仟和土釘護坡等條件下，應盡量距離基坑邊緣遠些，可用3~5m；當基坑邊部設置圍護結構及止水帷幕的條件下，可在墓坑內布置管井采用坑內降水方法。管井的間距和深度應根據場地水文地質條件、降水范圍和降水深度確定，井間距一般為10~20m。當降水層為弱透水層或降水深度超過含水層底板時，井間距應縮小可用6~8m。當降水層為中等送水層或降水深接近含水層底板時，井間距可為8~12 m。當降水層為中等到強透水層，含水層厚度大于降水深度時，可用12~20m。當降水深度較淺，含水層為中等以上透水層，具有一定厚度時，井間距可大于20m。井點深度要大于設計井中的降水深度或進入非含水層中3~5m。井中的降水深度由基坑降水深度、降水范圍等計算確定。

二、基坑降水的缺陷及防護措施

基坑工程中對場區地下水處理采用排降法最大缺陷是會引起鄰近建筑物的不均勻沉降。井點周圍的水位降低是呈漏斗狀分布，基坑周圍的水位降落呈曲面分布。水位降低一方面減小了土中地下水對地上建筑物的浮托力，使軟弱土層受壓縮而沉降；另一方面空隙水從土中排出，土體固結變形沉降壓縮。地面沉降量與地下水位降落量是對應的，地下水位降落的曲面分布必然引起鄰近建筑物的不均勻沉降。當不均勻沉降達到一定程度時，鄰近建筑物就會裂縫、傾斜甚至于倒塌。因此配合基坑邊坡支護進行降水設計和施工，必須高度重降水對鄰近建筑物的影響，把不均勻沉降限制在允許的范圍內，以確保基坑及周圍建筑物的安全。為此，可以從以下幾方面制定減少不均勻沉降的措施。1）由于基坑周圍的水位降落曲線隨降水要求、降水方法和具體方案的不同而差別較大?，因此不要提出過高的降水深度，在滿足基本降水要求的前提下，對各種降水方法應分析和比較，篩選最佳的降水方案。2）在降水井點與重要建筑物之間設置回灌井，降水的同時降水回灌其中，使靠近基坑的建筑物一側地下水位降落大大減小，從而控制地面沉降。3）減緩降水速度，使建筑物沉降均。4）提高降水工程施工質量，嚴格控制出水的含砂土量，以防止砂土流失掏空，導致地面建筑物開裂。5）布設觀測井和沉降、位移、傾斜等觀測點，進行定時觀察、記錄、分析，隨時掌握水位降低和基坑周圍建筑物變化動態。同時，還要了解抽水量和含砂量。做到心中有數，發現問題及時采取措施，預防事故發生。