談降排水施工在深基坑工程中的作用與必要性

李 莉

(甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741025)

1 概述

基坑工程主要包括基坑支護體系設計與施工、土方開挖以及降水工程等，是一項綜合性很強的系統工程。在地下水位較高的地區開挖深基坑時，由于含水層被切斷，在水位差的作用下，地下水就會從基坑外滲入到基坑內部，如不進行基坑的降排水工作，將會造成基坑浸水、地基承載力下降、邊坡失穩等現象的出現，使得現場施工條件變差，因此，采取有效的降水和排水措施在確保基坑安全施工中具有重要作用。

2 深基坑工程的特點

根據中華人民共和國住房和城鄉建設部于2009年5月13日發布《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》中的附屬文件，深基坑工程為：

1)開挖深度超過5 m(含5 m)的基坑(槽)的土方開挖、支護、降水工程。

2)開挖深度雖未超過5 m，但地質條件、周圍環境和地下管線復雜，或影響毗鄰建筑(構筑)物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護、降水工程。

隨著城市的發展，大批的深基坑工程隨之涌現，例如88層的上海金茂大廈基坑平面尺寸為170 m×150 m，基坑開挖深度達到19.5 m；總高為632 m的上海中心大廈主樓深基坑是全球少見的超深、超大、無橫梁支撐的單體建筑基坑。深基坑工程由于其深度大、面積大的特點對基坑穩定及位移控制的要求更嚴格，且施工周期長、工程事故多發，尤其針對地下水的控制，以防止地下水滲流引發工程問題，引起鄰近建筑物地基沉降。目前常用的降排水方法有明排水法(集水明溝法)和人工降低地下水位法兩種。

3 明排水法降水

明排水法降水(如圖1所示)指在場地范圍內合理布置排水明溝，設置集水井，讓地面水、雨水及地下水匯入排水明溝流入集水井，然后用水泵排出基坑。明排水法降水可應用于除細砂土以外各種土質的施工場合。在降排水過程中隨著基坑挖土的加深，應隨時加深排水溝和集水井，保持水流的暢通。

明排水法的構造要點：排水明溝深度0.4 m～0.6 m，寬度不小于0.4 m，邊坡坡度1∶1～1∶0.5，縱向坡度最小為0.2%～0.5%。沿排水明溝每隔20 m～40 m設置一個集水井，長寬或直徑應達到0.6 m～0.8 m，低于排水邊溝1 m左右。施工現場應用明排水法進行基坑降排水，是目前應用比較普遍的一種方法，其設備簡單施工方便，可用于除粉砂細砂以外的各種土質。但采用該方法進行施工現場降排水時容易出現一個問題就是流砂現象。什么是流砂現象。當在細砂或粉砂土層進行基坑開挖時，地下水位以下的土在動水壓力的推動下極易失去穩定，隨著地下水涌入基坑，這種現象稱為流砂現象。

產生流砂現象的內因，主要是取決于土的性質，比如說土的孔隙比較大，含水量比較大，或者說粘粒含量少，粉粒多，排水性能差，滲透性差的，均容易產生流砂現象。而外因則是動水壓力，動水壓力是水在滲流過程當中對土顆粒產生的一個作用力，那么使得土顆粒沿著動水壓力的方向發生移動。流砂防治的原則是治流砂必先治水，只有從根本上解決由于水的滲流對土顆粒產生的動水壓力問題，才能有效的防治流砂現象的出現。我們可以采用減少或平衡動水壓力的方法，比如，在全年枯水期施工；其次，可以通過一些措施截住地下水流，從根本上解決水的滲流問題，當基坑下存在不透水層且深度不是很大時，可以沿基坑外圍一圈設置防滲帷幕，例如打板樁、澆筑水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁等，此時防滲帷幕會阻擋外圍地下水向內側滲入，此時只需要處理防滲帷幕內側少量地下水的滲流問題，大大減小了基坑降排水的難度；第三個方法就是改變動水壓力的方向，在采用明水法進行基坑降排水時，動水壓力的方向是指向基坑內側的，而改變其方向，可以使動水壓力的方向朝著基坑外側，這樣就可以有效的防止流砂現象的產生。明排水法費用較低且排水方便，適于降水深的較淺的情況，一般不超過5 m。

4 人工降低地下水位法(井點降水)

井點降水指基坑開挖前在其周圍埋設一定數量的降水井(井點管)，在井中不斷抽出地下水，使基坑范圍內的地下水位下降到基底設計標高以下，以保證施工的正常進行。井點降水常用的方法有輕型井點、噴射井點、管井井點和電滲井點等，可以根據現場土的滲透性、降水水位的深度、設備條件及經濟比較等具體條件選擇。采用井點降水時要注意由于地下水位降低范圍較大，可能引起的臨近建筑物沉降問題。

在這里以輕型井點降水(如圖2所示)為例，來介紹井點降水的方法。輕型井點降水是在基坑開挖前先埋設總管，總管連接抽水系統，然后在預開挖的基坑外圍埋設一定數量的井點管，井點管下端設置濾管，濾管長度約為1 m～1.5 m，管壁鉆有直徑為12 mm～18 mm的濾孔，防止土顆粒在抽水過程當中進入井點管引起井點管的堵塞而影響抽水的效果。然后安裝彎聯管，將井點管和總管連接在一起。整個管路系統安裝完畢后啟動抽水系統，地下水則通過井點管下端的濾管，進入井點管中，再進入彎聯管及總管，最后被排出，地下水位也會隨之降低，當地下水位降低至開挖基坑底部以下時，進行基坑開挖，從而保證在整個基坑開挖過程當中，始終處于干燥狀態。

輕型井點降水采用的設備包括兩部分，第一部分是管路系統，包括井點管、彎聯管和總管；第二部分是抽水設備，由真空泵、離心泵和水汽分離器組成，主要負責將抽出的水分離成空氣和水排出基坑。輕型井點降水的布置包括平面布置和高程布置，平面布置有單排布置、雙排布置、環形布置和U型布置；其高程布置就是確定井點管的埋置深度，即從濾管的頂部到井點管埋設面的垂直距離h，同時計算出的結果還應滿足井點管埋深不大于抽水設備的最大抽吸高度，一般輕型井點為6 m～7 m。

輕型井點降水，可以有效地防止流砂現象的產生，保證基坑開挖時始終處于干燥狀態，且降水效果比較好。但降水過程中可能引起鄰近建筑地基發生壓縮變形，建筑基礎產生不均勻沉降，引起上部結構開裂。井點降水的影響范圍比較大，其影響半徑可以達到百米至數百米，在降水過程中由于周圍土壤地下水位的降低，土體產生壓縮變形，從而引起較大的地面沉降，因此我們在建筑附近進行井點降水時，為了防止降水影響或損害區域內的建筑，就必須阻止建筑地基土中地下水的流失，可以采用設置固體抗滲帷幕或采用回灌井點的方法來補充地下水，從而保證周圍土體中水位的穩定。

5 結語

當我們在開挖基坑或基槽時，如果土中存在地下水，且地下水位在我們開挖的基坑底面設計標高以上時，若直接開挖，在開發過程當中土的含水層常被切斷，此時基坑底部和基坑外側的水位之間會存在水位差，在水位差的作用下，地下水就會從基坑外滲入到基坑內部；其次，當我們在雨季施工時，雨水和地面水也會流入到基坑和基槽內部，地下水在滲流過程當中會引起很多的問題，比如說流砂、管涌、滑坡或基坑底部隆起等現象，為了保證施工的正常進行，在基坑施工過程當中就需要進行降排水。隨著城市的發展以及大批的深基坑工程隨之涌現，深基坑降排水施工在很多情況下已不可避免，合理并有效地采用降排水方案，為深基坑工程的順利進行提供了重要保障。