當(dāng)基礎(chǔ)深度在天然地下水位以下時(shí),在基礎(chǔ)施工中常常會遇到地下水的處理問題。
一般認(rèn)為,基坑開挖要具備以下的必要條件:首先保持基坑干燥狀態(tài),創(chuàng)造有利于施工的環(huán)境;其次是確保邊坡穩(wěn)定,做到安全施工,如果忽視這些必要條件,其后果是嚴(yán)重的。有的基坑積水或土質(zhì)稀軟,工人難以立足,無法施工;有的出現(xiàn)“流砂現(xiàn)象”導(dǎo)致邊坡塌方,地質(zhì)破壞;有的內(nèi)部基坑土體發(fā)生較大的位移,影響鄰近建筑物的安全。之所以會出現(xiàn)這些異常情況,都是由地下水引起的。所以,在基坑施工中應(yīng)對地下水的處理給予應(yīng)有的重視。
一、工程實(shí)例
山東省畜牧獸醫(yī)科技服務(wù)中心工程,地上13層,地下1層,高度39m,建筑面積為13000m2,鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,樁徑0.6m,單樁承載力設(shè)計(jì)值1600KN,樁端嵌入中風(fēng)化巖層深度不小于1.7m,設(shè)計(jì)樁長20m,樁總數(shù)187根。
1、工程地質(zhì)條件
場地地層自上而下依次為:①雜填土;②粉質(zhì)粘土;③殘積砂(礫)質(zhì)粘性土,上部多為粘性土,粘性較強(qiáng);下部多為粉砂,遇水易軟化,輕振即液化,水量豐富;④強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,中粗粒及碎塊結(jié)構(gòu),裂隙發(fā)育,涌水量較大;⑤中風(fēng)化花崗巖;⑥微風(fēng)化花崗巖。
2、井點(diǎn)降水方法
根據(jù)地質(zhì)資料得知,擬建場地水文地質(zhì)條件較為單一,場地地下水屬第四系孔隙潛水,主要補(bǔ)給源為大氣降水,地下水受季節(jié)性影響較大。場內(nèi)地下水位在1.2-1.73m之間,水位很高,其含水層主要為第3層碎石層,第2、4層為弱透水層,其滲透系數(shù)為(0.72~45.52)*10-6cm/s,第5層為隔水層。工程采用大口徑深井降水,沿?cái)M建樓周圍設(shè)15眼降水井,深水電泵進(jìn)行抽水?紤]到降水深度大,影響半徑范圍廣,若長時(shí)間抽降水,勢必會影響場外附近建筑物,為了增強(qiáng)降水效果,又可縮短抽水時(shí)間,采用間斷性抽水,減少外圍影響面積,并設(shè)置沉降觀測點(diǎn)。降水井徑大于600mm,孔深15.0m,護(hù)壁套管直徑為600mm,套管外面包2層尼龍網(wǎng)布;套管外四周用粒徑為0.5~2.0cm的礫石料填充,作為濾水層,濾層應(yīng)填至原地下水位線,其上部用粘土回填,并搗實(shí)。工程嚴(yán)格按照降水井施工規(guī)范要求埋設(shè)管井,采用泥漿護(hù)壁鉆孔法成孔。井孔鉆孔后進(jìn)行清孔,隨后安裝井管。
施工結(jié)果
本工程的井點(diǎn)降水比較成功,水位得到控制,流泥、流砂的現(xiàn)象也僅有少量出現(xiàn),改善了施工條件,使該工程的±0.000以下結(jié)構(gòu)能保證質(zhì)量并按時(shí)完成,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。
二、理論依據(jù)——地下水的人工處理
地下水的處理有多種可行的方法,從降水方式來說可總分為止水法和排水法兩大類。止水法,即通過有效手段,在基坑周圍形成止水帷幕,將地下水止于基坑之外,如沉井法、灌漿法、地下連續(xù)墻等;排水法是將基坑范圍內(nèi)地表水與地下水排除,如明溝排水、井點(diǎn)降水等。
止水法相對來說成本較高,施工難度較大;井點(diǎn)降水施工簡便、操作技術(shù)易于掌握,是—種行之有效的現(xiàn)代化施工方法,已廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例對井點(diǎn)降水法作一簡要介紹。
井點(diǎn)降水法,它是在擬建工程的基坑周圍設(shè)能滲水的井點(diǎn)管,配置一定的抽水設(shè)備,不間斷地將地下水抽走,使基坑范圍內(nèi)的地下水降低至設(shè)計(jì)深度。井點(diǎn)法防水適用于具有不同幾何形狀的基坑,它有克服流砂、穩(wěn)定邊坡的作用。由于基坑內(nèi)土方干燥,有利機(jī)械化施工,縮短工期,保證工程質(zhì)量與安全。
目前國內(nèi)常用的井點(diǎn)降水法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)。在我國,井點(diǎn)降水法是新中國成立后才逐步發(fā)展起來的。在工程的基坑<槽>附近埋設(shè)大量的滲水井點(diǎn)管,與此同時(shí)地面組裝抽水管路系統(tǒng),通過井群連續(xù)抽吸地下水,使基坑范圍內(nèi)的地下水位降低到基坑以下一定深度,以保持基坑干燥狀態(tài)。通常把這一方法叫做井點(diǎn)降水法。
井點(diǎn)降水法具有下列優(yōu)點(diǎn):施工簡便,操作技術(shù)易于掌握;適應(yīng)性強(qiáng),可用于不同幾何圖形的基坑;降水后土壤干燥,便于機(jī)械化施工和后續(xù)工作工序的操作;井點(diǎn)作用下土層固結(jié),土層強(qiáng)度增加,邊坡穩(wěn)定性提高;地下水通過濾水管抽走,防止了流砂的危害;節(jié)省支撐材料,減少土方工程量等。井點(diǎn)降水法已成為目前在含水透水位土層實(shí)施的一種行之有效的方法。
1.輕型井點(diǎn)降水法
(1)輕型井點(diǎn)抽水系真空作用抽水,除管路系統(tǒng)外,很大程度取決于抽水設(shè)備。目前常用的真空泵型、隔膜泵型配套抽水裝置。
輕型井點(diǎn)井點(diǎn)管、過濾管、集水總管、主管、閥門等組成管路系統(tǒng),并由抽水設(shè)備啟動,在井點(diǎn)系統(tǒng)中形成真空,并在井點(diǎn)周圍一定范圍形成一個(gè)真空區(qū),真空區(qū)通過矽井?dāng)U展到一定范圍。在真空力的作用下,井點(diǎn)附近的地下水通過砂井,經(jīng)過濾器被強(qiáng)制性吸入井點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)而使井點(diǎn)附近的地下水位得到降低。在作業(yè)過程中,井點(diǎn)附近的地下水位與真空區(qū)外的地下水位之間,存在一個(gè)水頭差,在該水頭差作用下,真空區(qū)外的地下水是以重力方式流動的。所以常把輕型井點(diǎn)降水稱真空強(qiáng)制抽水法,更確切地說應(yīng)是真空—重力抽水法。只有在這兩個(gè)力作用下,基坑地下水才會降低,并形成一定范圍的降水的漏斗拋物線。
井點(diǎn)管與總管的聯(lián)接可用鋼管和透明塑料管,因受真空力的作用,塑料管內(nèi)裝有彈簧,以加強(qiáng)抗外部**,保證地下水流暢通。
總管與總管的聯(lián)接有法蘭法和套箍法兩種形式。
(2)施工時(shí)應(yīng)注意的問題
經(jīng)過降低地下水位后,土壤會產(chǎn)生固結(jié),也就會在抽水影響半徑的范圍內(nèi)引起地面沉降,有時(shí)會給周圍已有的建筑物帶來一定程度的危害。在進(jìn)行降低地下水位施工時(shí),為避免引起周圍建筑物產(chǎn)生過大的沉降,采用回灌井點(diǎn)是一種有力的措施。這種方法就是在抽水影響半徑范圍內(nèi)建筑物的附近預(yù)先鉆一排孔,在進(jìn)行抽水降低地下水位之前,事先將鉆孔內(nèi)的水位勘查清楚,記錄下來。當(dāng)進(jìn)行抽水降低地下水位時(shí),為避免已有建筑物下面的地下水位下降,與降水的同時(shí)向鉆孔內(nèi)灌水,以保證原地下水位不變化,以此來防止地面產(chǎn)生沉降給已有的建筑物帶來危害。
2.深井井點(diǎn)
深井井點(diǎn)降水是在深基坑周圍埋置深于基底的井管,依靠深井泵或深井潛水泵將地下水從深井內(nèi)揚(yáng)升到地面排出,使地下水位降至坑底以下。
深井井點(diǎn)降水具有排水量大、降水深、不受吸程限制、井距大等優(yōu)點(diǎn)。但其一次性投資大,成孔質(zhì)量要求高。深井井點(diǎn)降水適用于滲透系數(shù)較大(10~250m/d);土質(zhì)為砂土、碎石如;地下水豐富、降水深(10~50m)、面積大的情況。
(1)施工工藝程序
(2)井點(diǎn)設(shè)置與使用階段的注意事項(xiàng)
①成孔
。敚敘诎苍O(shè)井管、填充濾料
③洗井
。敚敘馨苍O(shè)水泵
。敚敘菔褂秒A段注意事項(xiàng)
Ⅰ、基坑內(nèi)井點(diǎn)應(yīng)同時(shí)抽水,使水位差控制在要求范圍內(nèi)。
。敚敘、加強(qiáng)水位監(jiān)測,特別是靠近已有建(構(gòu))筑物的深井井點(diǎn),宜在建(構(gòu))筑物附近設(shè)觀測井,水位差過大時(shí),應(yīng)立即采取補(bǔ)救措施,如設(shè)置回灌井點(diǎn)等。
。敚敘蟆⒎乐古懦龅牡叵滤貪B而流入基坑。
Ⅳ、潛水泵在運(yùn)行時(shí)要注意檢查電纜線是否和井壁相碰,以防磨損后水沿電纜芯滲如電動機(jī)內(nèi)。
。敚敘、位于基坑內(nèi)的深井井點(diǎn),由于井管較長,挖土至一定深度后,井管應(yīng)于附近的支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐或立柱等連接,予以固定。
。敚敘、當(dāng)基坑底部有不透水層時(shí),為排除上層地下水,可采用砂井配合深井降水。
Ⅶ、井管使用完畢拔出。