導(dǎo)語(yǔ)：土建工程基礎(chǔ)施工的重要性一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］土建工程中的深基坑基礎(chǔ)在我國(guó)具有廣泛的應(yīng)用。為分析地下水對(duì)深基坑工程的危害，提出有效的預(yù)防措施，本文對(duì)土建工程中基坑降水方案設(shè)計(jì)及降水引發(fā)的地面沉降規(guī)律進(jìn)行了研究。首先分析了地下水的主要危害，其次介紹了基坑基礎(chǔ)降水基本方法、設(shè)計(jì)理論，提出了深基坑工程中地下水處理思路。選取了適合本土建工程實(shí)例對(duì)基坑基礎(chǔ)降水方案進(jìn)行數(shù)值模擬，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明得出了方案有效，為類似工程提供借鑒。

［關(guān)鍵詞］地基基礎(chǔ);地下水;基坑;危害

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，為了有效利用土地資源，人們對(duì)地下空間發(fā)展的需求越來(lái)越大，如地下室、地下通道、地下地鐵站等，地下空間的發(fā)展推動(dòng)了基坑工程的發(fā)展。近年來(lái)在大中城市里，尤其是一線城市中，大量的地鐵車站、高層建筑以及地下通道都涉及到了深基坑工程［1－2］。深基坑工程的廣泛應(yīng)用，促使人們對(duì)于深基坑工程降水的研究，基坑的降水開挖過(guò)程，尤其是在地下水豐富的地區(qū)，地下水的處理直接影響到了基坑工程的安全。富水地區(qū)的地下水位較高，如上海、廣州等沿海地區(qū)。這些地區(qū)開挖基坑時(shí)，基坑內(nèi)外產(chǎn)生的巨大的水頭壓力差會(huì)致使地下水發(fā)生滲流運(yùn)動(dòng)，甚至可能發(fā)生流沙和管涌現(xiàn)象，從而影響整個(gè)基坑的穩(wěn)定性。而隨著地下水降水的進(jìn)行，降水又不可避免的涉及到固結(jié)沉降問(wèn)題［3－6］。目前城市空間十分緊張，基坑降水引起的地面沉降必然影響到周邊建筑物，如建筑物的開裂、基坑周圍市政管道的爆裂等。因此，如何避免地下水產(chǎn)生的不良影響，對(duì)周圍建筑產(chǎn)生威脅，帶來(lái)?yè)p失以及影響到工程的施工進(jìn)度，使建筑工程的安全性和施工質(zhì)量都能夠有所保障將是日后我們需要清楚了解和探索的方向［7－8］。

1地基基礎(chǔ)工程中地下水主要危害

1．1地下水埋藏分類。按埋藏條件地下水可以分為上層滯水、潛水與承壓水三類。上層滯水沒(méi)有穩(wěn)定的補(bǔ)給源，不是基坑施工考慮的主要問(wèn)題。潛水一般位于地表以下第一個(gè)擁有自由水面的含水層中，以大氣自然降水的補(bǔ)給為主，對(duì)基坑施工的危害不大。承壓水是指兩個(gè)穩(wěn)定隔水層中的地下水，其最重要特征就是具有承壓性，性質(zhì)及形態(tài)比潛水穩(wěn)定。當(dāng)開挖到一定深度時(shí)，承壓水對(duì)工程的影響是最具危害的，是地下水處理的主要對(duì)象。1．2土建工程基礎(chǔ)施工的重要性。我國(guó)高度重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。土木工程的基礎(chǔ)施工必須按照更嚴(yán)格的模式進(jìn)行，否則會(huì)造成很大的疏漏和挑戰(zhàn)。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和目前的工作標(biāo)準(zhǔn)，土木工程基礎(chǔ)施工的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一，在土木工程基礎(chǔ)施工過(guò)程中，可以為今后的工程施工提供更多的幫助。例如，在一些地方的小型土木工程建設(shè)中，由于缺乏對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的重視，很難達(dá)到良好的水資源利用效果，不僅在短期內(nèi)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，土木工程的保護(hù)還不夠，導(dǎo)致更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。二是在土木工程基礎(chǔ)施工過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和不足，選擇正確的解決辦法，為今后的工作提供更多的保障。1．3基坑地下水主要危害。1．3．1滲透破壞。滲透破壞是指土壤顆粒在滲流作用下的局部運(yùn)動(dòng)或損失，導(dǎo)致土體變形和失穩(wěn)。在基坑工程中，主要表現(xiàn)為流沙，管涌和潛在腐蝕，這些都會(huì)影響基坑的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)滲流通過(guò)松散土體孔隙時(shí)，土體顆粒會(huì)阻礙水流過(guò)孔隙，水流與土體顆粒會(huì)產(chǎn)生相互作用的力(滲透壓力)，該力方向垂直于土體顆粒的表面。此外，土體顆粒還承受切向滲流摩擦。在滲流壓力和滲透摩擦力的共同作用下，土體顆粒會(huì)和水流一起滾動(dòng)或者使其發(fā)生整體失穩(wěn)。1．3．2水壓力破壞。圖1水壓力破壞示意圖當(dāng)基坑中的土壤繼續(xù)挖出時(shí)，當(dāng)上覆的土壤層不足以抵抗水的壓力，挖掘深度達(dá)到臨界值時(shí)，承壓水的水頭壓力會(huì)使基坑底部的水和沙子涌出(如圖1)。其表現(xiàn)是基坑底部的土壤被隆起，出現(xiàn)裂縫，同時(shí)向外噴水和噴砂。與此同時(shí)基坑底部充滿水，土壤變軟，基土失去強(qiáng)度，承壓水位降低，并且在基坑外部發(fā)生表面沉降。如果底座的不滲透層很薄并且下部有較大的壓頭，則在達(dá)到臨界狀態(tài)后可能會(huì)引起隆起和損壞。

2基坑地下水預(yù)防基本理論與設(shè)計(jì)方法

2．1基坑降水的作用。在基坑工程中，采取各種降水舉措具有以下作用:(1)便于人員施工，防止基坑坡面和基底的發(fā)生滲水現(xiàn)象。(2)在干燥的環(huán)境中，可以杜絕基坑中常見(jiàn)的流砂現(xiàn)象，對(duì)基坑側(cè)壁和坑底的穩(wěn)定性有加強(qiáng)的作用。(3)伴隨著水位的下降，土體的物理力學(xué)指標(biāo)會(huì)相應(yīng)的得到改善;減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以改善基坑支護(hù)的穩(wěn)定性和安全性。(4)降低地下水位時(shí)，土體會(huì)由于孔隙水壓力減小有效應(yīng)力增大發(fā)生固結(jié)，在這個(gè)過(guò)程中，土體的抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)，并且得到了加固，所以降水也是一種土層加固方式。2．2基坑降水的方法。目前現(xiàn)有的基坑降水方法有很多種，在深基坑工程中應(yīng)用的較多的是井點(diǎn)降水方法，這是由于深基坑開挖的范圍往往到了地下含水層以下。在開挖前，需要把地下水降低到邊坡面和坑底以下。在水文地質(zhì)條件，遇到基坑底下含水層為承壓含水層的時(shí)候，尤其需要注意，即使上面的潛水含水量極少，我們通常也會(huì)采用降水的方法，將承壓水抽出，避免滲透水壓力差過(guò)大，基坑底部發(fā)生隆脹和突涌的破壞現(xiàn)象。地下水的降水方法根據(jù)基坑開挖時(shí)基坑的尺寸和深度、場(chǎng)地地質(zhì)條件和土的特性，一般有明排水和井點(diǎn)降水兩類方案，分述如下。2．2．1明排水法。明排水時(shí)基坑中開挖集水井和集水溝，集水溝和集水井組成排水系統(tǒng)。水由集水溝流入集水井，然后水從集水井抽出，隨著開挖的進(jìn)行，集水井和集水溝需要重新施設(shè)。2．2．2井點(diǎn)降水。(1)輕型井點(diǎn)輕型井點(diǎn)降水原理是真空作用降水。其可設(shè)置多級(jí)降水，單級(jí)井點(diǎn)降低水位一般小于5～6m，在弱含水層中降水尤其有效。在國(guó)內(nèi)外降水系統(tǒng)中采用最多了就是此類方法，采用輕型井點(diǎn)降水的優(yōu)點(diǎn)在于，它的井點(diǎn)的間距設(shè)置比較靈活，在設(shè)置小間距的時(shí)候，可以很好的減小滯水層中的水量，并對(duì)阻斷地下水補(bǔ)給特別有效，對(duì)保證基坑壁的土體穩(wěn)定有明顯效果，特別是對(duì)小基坑、降低水位不深時(shí)尤為適宜，井點(diǎn)系統(tǒng)也可設(shè)置多級(jí)。缺點(diǎn)在于，占地面積大，設(shè)備較多，維護(hù)管理復(fù)雜。輕型井點(diǎn)的平面布置可由分為環(huán)形、U形和線性，這種布置形式是根據(jù)基坑的水文地質(zhì)條件、基坑的平面形狀、大小、要求降深等確定。一般布置在基坑的外側(cè)1．0～1．5m。(2)噴射井點(diǎn)噴射井點(diǎn)屬于真空抽水的一種，它的工作原理是內(nèi)部的水流經(jīng)過(guò)高壓泵的作用，以極高的速度被噴出，在這種速度下，周邊形成了真空環(huán)境，在真空的作用下，周圍的水流不斷的被吸入抽出。此法適用于對(duì)降水深度要求較大和含水層是粘土等基坑工程，缺點(diǎn)是降水管網(wǎng)布置較為復(fù)雜，工作效率不高，費(fèi)用較高，人工管理要求高。噴射井點(diǎn)的布置形式和輕型井點(diǎn)相同。(3)電滲井點(diǎn)接通電流后，土中的水由于帶正電荷，而土中的粘土顆粒帶負(fù)電荷，兩者移動(dòng)方向相反，在電滲流和真空抽吸的雙重作用下，粘土和水被逐漸分離開來(lái)，達(dá)到了降水的效果。此法一般適用于難以降水的弱透水地層，如地層中含有滲透系數(shù)較小的飽和軟粘土或是淤泥、淤泥質(zhì)土。(4)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)降水是通過(guò)機(jī)械鉆孔打井，從井中不斷抽取地下水以達(dá)到降水目的降水方法。適用于粘性土以外的各類土，地下水豐富，降水深、面積大、時(shí)間長(zhǎng)的情況，對(duì)于有流沙和重復(fù)挖填土方區(qū)使用效果尤佳。常用的降水方法及其適用條件如表1所示。2．3基坑井點(diǎn)降水的基本理論與設(shè)計(jì)原則。以上假設(shè)是井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)的基本理論。法國(guó)水力學(xué)家Dupuit對(duì)完整承壓井和完整潛水井分別進(jìn)行了研究，并根據(jù)達(dá)西的滲流理論，分別得出了不同完整井的流向井的水量公式。流向井中的水量根據(jù)降水井的類型、地下水水文地質(zhì)情況以及降水井的布置情況主要分為潛水完整井、承壓完整井、承壓－潛水完整井、潛水非完整井、承壓非完整井，根據(jù)降水井布置的不同情況分為線性圓基坑和形基坑。表2為常見(jiàn)的降水井類型下流向井的水量的計(jì)算公式。降水井的布設(shè)有坑內(nèi)降水井點(diǎn)和坑外降水井點(diǎn)布設(shè)兩種，其適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)表3。降水井布設(shè)設(shè)計(jì)步驟主要如下:(1)選取降水井類別和降水井布設(shè)形式根據(jù)降水的要求(表3)選取降水井的布設(shè)，根據(jù)土層要求(表1)選取合適的降水井類別。(2)初步確定井深、井距井管總長(zhǎng);(3)按圓形(矩形、不規(guī)則形換算為圓形)或線形基坑計(jì)算基坑出水量Q;(4)估算單井出水量及單井單位長(zhǎng)度出水量q;(5)井點(diǎn)數(shù)量(6)水位降低檢驗(yàn)

3地基基礎(chǔ)地下水處理思路探討與應(yīng)用

3．1處理思路探討。土建工程是建筑工程建造的基礎(chǔ)工程，也是影響建筑工程質(zhì)量的主要因素。隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)建筑工程的數(shù)量不斷增多，土建工程建造也隨著建筑工程增加而不斷的增加。正因?yàn)槿绱?，我?guó)建筑工程遇到的問(wèn)題越來(lái)越多，其中地下水對(duì)深土建工程的開挖影響極大，為了土建的施工可以避免由于地下水帶來(lái)的不便，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)其作出研究。(1)若開挖過(guò)程遇水，則停止開挖，整體站區(qū)高程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況抬高，高度0．5～1m。場(chǎng)平填筑料采用級(jí)配良好的砂礫石。場(chǎng)區(qū)基礎(chǔ)回填礫石要求壓實(shí)度不小于0．96，分層夯實(shí)，每層填筑厚度不大于30cm。(2)站區(qū)回填砂礫石后，若局部地面繼續(xù)出現(xiàn)出水情況，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在回填砂礫石層上部鋪設(shè)25cm厚的C25混凝土墊層，抗?jié)B等級(jí)W4。鋪設(shè)墊層范圍為全站區(qū)(除主變、事故油池、管理房區(qū)域外)，其余電氣設(shè)備基礎(chǔ)可直接坐落于該墊層上，取消原有基礎(chǔ)的墊層和換填?；A(chǔ)施工完成后回填土壓實(shí)系數(shù)不小于0．94，最終站區(qū)地面坡度應(yīng)與場(chǎng)平圖中坡度一致。最終地面高程以實(shí)際情況為準(zhǔn)。(3)條形基礎(chǔ)若場(chǎng)址區(qū)有地表水出露，施工前應(yīng)采取降水措施確保干地施工，清除基礎(chǔ)位置處的表層松軟淤泥，使基礎(chǔ)坐落在砂礫石層上。(4)灌注樁若施工過(guò)程中遇到塌孔或孔內(nèi)有水應(yīng)采用套筒、水下混凝土澆筑等施工工藝。(5)對(duì)于地下水位較深且持力層為砂礫石或塊碎石土的的地區(qū)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的形式。對(duì)于地下水位較淺的濕地、草甸地區(qū)，土質(zhì)松軟，不易成孔，則采用PHC管樁基礎(chǔ)。(6)箱型淺基礎(chǔ):若開挖過(guò)程遇水，則停止開挖，以遇水面高程以上100mm為基底高程進(jìn)行基礎(chǔ)施工，確保基礎(chǔ)總高度不變的前提下，對(duì)箱變四周地面進(jìn)行填高處理，回填處理范圍:平面超出基礎(chǔ)四周各2m，高度確?；靥钔辽媳砻婢嗷撞恍∮?．2m，回填土與周圍自然地坪斜坡過(guò)渡，回填土壓實(shí)系數(shù)不小于0．94。3．2工程數(shù)值模擬與應(yīng)用。以上海黃浦江附近某建筑物為研究背景，研究區(qū)地基土均為第四系松散沉積物，物理力學(xué)性能較差。施工場(chǎng)地淺層為灘涂土，由古黃浦江形成。承壓含水層在施工現(xiàn)場(chǎng)不連續(xù)分布，顯著增加了排水難度。基坑內(nèi)地下水的主要類型為淺層粘土含水層中的無(wú)承壓水、淺層含水層2的第一承壓水和深層含水層中的第二承壓水。第2層和第2層的測(cè)壓頭埋深分別為8．10～8．90m(高程－3．40～4．20m)和8．07～8．58m(高程－3．37～3．88m)。根據(jù)有限差分法(FDM)進(jìn)行模型計(jì)算。范圍設(shè)定為2000×2000m，共有89行146列。各單元的初始水頭由現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果求得。模型的邊界條件定義為一個(gè)恒定的頭部邊界，地下連續(xù)墻被定義為不透水邊界。為了避免由于承壓含水層中的水壓引起的開挖底板的抬升，基坑底板對(duì)承壓含水層頂板的壓力必須大于承壓水的升力。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，在不利條件下，2層測(cè)壓頭埋深為7．00m(高程4．70m)。開挖時(shí)，為便于施工，埋置測(cè)壓頭應(yīng)在底板以下1m以上?；拥装宓姆€(wěn)定性可以計(jì)算如下∑H•γs≥Fs•γw•h(1)其中H是從基坑底板到承壓含水層(m)的頂板的距離;γs是計(jì)算域(kN/m3)中土體的單位重量;h是承壓水的壓頭與承壓含水層(m)的頂板的距離;γw是水的比重量(kN/m3);Fs是安全系數(shù)，在本計(jì)算中定義為1．1。各開挖深度降深要求計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)降水要求和以往經(jīng)驗(yàn)，將需要降水的開挖場(chǎng)地劃分為三個(gè)小區(qū)域。地下水流動(dòng)與地面沉降的數(shù)值模擬這三個(gè)區(qū)域分別計(jì)算。為了保證計(jì)算結(jié)果的一致性，數(shù)值模擬采用了離散化的反分析網(wǎng)格。(1)一區(qū):QJ1－QJ7抽油井運(yùn)行120h，抽完后一區(qū)測(cè)壓頭輪廓線如圖2所示?？觾?nèi)測(cè)壓頭高度小于－13m，是測(cè)壓頭控制要求的兩倍以上。選取距計(jì)算區(qū)域5m的8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，大部分計(jì)算點(diǎn)的地面沉降均超過(guò)控制要求。因此，應(yīng)提供額外的處理，以保護(hù)周圍環(huán)境。圖2一區(qū)測(cè)壓頭輪廓線(2)二區(qū):QJ23－QJ26泵井運(yùn)行120h，二區(qū)泵后測(cè)壓頭輪廓線如圖3所示。降水區(qū)測(cè)壓頭高程小于－10m，超過(guò)了測(cè)壓頭控制要求。選取距計(jì)算區(qū)域5m處的6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，大部分計(jì)算點(diǎn)的地面沉降均超出控制要求。應(yīng)提供額外的處理措施以保護(hù)周圍環(huán)境。(3)三區(qū):QJ8－QJ22泵井運(yùn)行120h，三區(qū)泵后測(cè)壓頭輪廓線如圖4所示。除QJ13外，抽水后排水區(qū)內(nèi)測(cè)壓頭高程滿足控制要求。在檢查了所有可能的因素后，在巖土工程勘察報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，破壞是由于QJ13周圍地層分布不正確造成的。過(guò)濾管安裝在不透水層內(nèi)。通過(guò)提高濾水管進(jìn)入承壓含水層的高度，修正了誤差。上述降水計(jì)算結(jié)果表明，該降水方案是合理的。但整個(gè)降水區(qū)內(nèi)測(cè)壓頭高程均大于控制要求，導(dǎo)致降水區(qū)外沉降較大。在工程實(shí)踐中，需要較少的抽油井來(lái)滿足降深要求，并且多余的井可作為儲(chǔ)量。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)，并為基坑外的超量沉降準(zhǔn)備額外的處理措施，如補(bǔ)給。

4結(jié)語(yǔ)

本文介紹了地下水埋藏的分類情況、基坑降水的作用，以及可能會(huì)產(chǎn)生的不良現(xiàn)象，并對(duì)目前已有的降水設(shè)計(jì)方法及其適用條件做了系統(tǒng)的介紹基坑降水工程是一項(xiàng)復(fù)雜的工程項(xiàng)目。每一個(gè)特定的基坑場(chǎng)地降水都有其工程與水文地質(zhì)條件，必須根據(jù)不同的地質(zhì)條件和降水要求選擇經(jīng)濟(jì)、安全、合理的降水方法。基坑降水設(shè)計(jì)中，降水試驗(yàn)是必須做的，通過(guò)降水試驗(yàn)對(duì)降水設(shè)計(jì)的參數(shù)提供參考設(shè)計(jì)依據(jù)，并能對(duì)數(shù)值模擬試驗(yàn)提供必要的合理參數(shù)，從而進(jìn)一步減小基坑降水方案的設(shè)計(jì)誤差。

作者:李欣哲 單位:甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司