对建筑基坑降水的论述与分析

尹来

当前，我国高层建筑一般都设置地下室和较深基础。在开挖较深基坑时，容易超过地下水位线，需要进行基坑降水。近些年，由于降水设计和施工处理不当，造成基坑工程事故频发，主要表现为支护结构产生大位移破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷以及临近的建筑物开裂甚至倒塌等等。因此，在基坑降水方面，设计和施工单位必须高度重视，考虑周全做到安全合理。

一、基坑降水是保证基础质量的重要步骤，常用的基坑降水方法如下：

1）明沟排水：明沟排水是指在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟排水的适用以下条件：(1)场地为较密实的、分选好的土层。(2)场地含水层为上层滞水或潜水，其补给水源较远渗透性较弱，漏水量不大。(3)当采用拉铲挖斗机、反向铲和抓斗挖土机等机械挖土为避免由于挖土过程中出现的临时浸泡而影响施工时，对含水层的砂、卵石涌水量较大、具有一定阵水深度的降水工程可以采用明排降水。(4)当基坑边坡为缓坡或采用堵截隔水后的基坑时，建筑场地宽敞邻近无建筑物时，基坑开挖面积大有足够场地和施工时间时建筑物为轻型地基荷载等条件下采用明排降水的适用条件可以扩大。明沟排水工程的布置要求如下：1）沿基坑四周设置排水沟或渗渠，在基坑四角或每隔30~40m设一直径为0.7~0.8m的集水井。2）沟底宽大于0.3m，坡度为0.5—1.0，沟底比基坑底低0.3~0.5m。3）集水井底比排水沟底低0.5~1.0m。集水井容积大小取决于排水沟的来水量和水泵的排水量，宜保证泵停抽后30分钟内基坑坑底不被地下水淹没。4）随着基坑的开挖，排水沟和集水井随之分级设置与加深，直到坑底达到设计标高为止。5）基坑开挖至预定深度后，应对排水沟和集水井进行修整完善，沟壁不稳时还须利用砖石干砌或用透水的砂袋进行支护。

2）轻型井点降水：轻型井点由井点管、过滤器、集水总管、支管、阀门等组成管路系统，井由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围一定范围形成一个真空区，真空区通过砂并扩展到一定范围。轻型井点降水适用于基坑面积不大，降低水位不深的场合。该方法降低水位深度一般在3-6m之间，若要求降水深度大于6m，理论上可以采用多级井点系统，但要求基坑四周外需要足够的空间，以便于放坡或挖槽。轻型井点工程的布置 ：轻型井点系统的平面布置由基坑的平面形状、大小，要求降深，地下水流向和地基岩性等因家决定，可布成环形、U型或线形等。一般沿基坑外缘1.O~1.5m布置。当降水基坑为矩形、圆形、三角形成不规则形状时，常采用环形封闭式或U形井点布置。当降水深度在6m以内时采用单级井点降水。当降水深度较大时，可采用下卧降水设备或多级井点降水。

3）喷射井点降水： 喷射井点系统由高压水泵、供水总管、井点管、喷射器、测真空管、排水总管及循环水箱所组成。喷射井点主要适用于渗透系数较小的含水层和降水深度较大(8~2m)的降水工程，适用的土层渗透系数与轻型井点一样，一般为每日0.1～50米。喷射井点系统能在井点底部产生250毫米水银柱的真空度，其主要优点是降水深度大，一般在8～20米范围。但由于需要双层井点管喷射器设在井孔底部，有二根总管与各井点管相连，地面管网敷设复杂，运行故障率较高，且能量损耗很大，成本高，管理困难。

4）电渗井点降水：电渗降水一般只适用于含水层渗透系数（渗透系数小于每日0.1米）的细颗粒土，如粘土、亚粘土、淤泥和淤泥质粘土等。特别是在淤泥和淤泥质粘土之中的降水，由于粘性上的颗粒较小，地下水流动十分困难。其中仅自由水在孔隙中流动，其它部分地下水则处于被毛细管吸附的约束状态，不能在压力水头作用下参与流动。当向土中通以直流电流后，不仅自由水、而且被毛细管约束的枯滞水也能参与流动，增加孔隙水流动的有效断面，其渗透性提高数十倍，从而缩短降水时间，提高降水效果。

5）管井井点降水：管井井点适用于渗透系数大的地层，地下水丰富的地层，以及轻型井点不易解决的场合。每口管井出水流量可达到每小时50~100立方米，土的渗透系数在每日20-200米范围内，这种方法一般用于潜水层降水。抽降管井一般沿基坑周围距基境外缘1.2m布置，如场地宽敞或采用垂直边坡或有锚仟和土钉护坡等条件下，应尽量距离基坑边缘远些，可用3~5m；当基坑边部设置围护结构及止水帷幕的条件下，可在墓坑内布置管井采用坑内降水方法。管井的间距和深度应根据场地水文地质条件、降水范围和降水深度确定，井间距一般为10~20m。当降水层为弱透水层或降水深度超过含水层底板时，井间距应缩小可用6~8m。当降水层为中等送水层或降水深接近含水层底板时，井间距可为8~12 m。当降水层为中等到强透水层，含水层厚度大于降水深度时，可用12~20m。当降水深度较浅，含水层为中等以上透水层，具有一定厚度时，井间距可大于20m。井点深度要大于设计井中的降水深度或进入非含水层中3~5m。井中的降水深度由基坑降水深度、降水范围等计算确定。

二、基坑降水的缺陷及防護措施

基坑工程中对场区地下水处理采用排降法最大缺陷是会引起邻近建筑物的不均匀沉降。井点周围的水位降低是呈漏斗状分布，基坑周围的水位降落呈曲面分布。水位降低一方面减小了土中地下水对地上建筑物的浮托力，使软弱土层受压缩而沉降；另一方面空隙水从土中排出，土体固结变形沉降压缩。地面沉降量与地下水位降落量是对应的，地下水位降落的曲面分布必然引起邻近建筑物的不均匀沉降。当不均匀沉降达到一定程度时，邻近建筑物就会裂缝、倾斜甚至于倒塌。因此配合基坑边坡支护进行降水设计和施工，必须高度重降水对邻近建筑物的影响，把不均匀沉降限制在允许的范围内，以确保基坑及周围建筑物的安全。为此，可以从以下几方面制定减少不均匀沉降的措施。1）由于基坑周围的水位降落曲线随降水要求、降水方法和具体方案的不同而差别较大?，因此不要提出过高的降水深度，在满足基本降水要求的前提下，对各种降水方法应分析和比较，筛选最佳的降水方案。2）在降水井点与重要建筑物之间设置回灌井，降水的同时降水回灌其中，使靠近基坑的建筑物一侧地下水位降落大大减小，从而控制地面沉降。3）减缓降水速度，使建筑物沉降均。4）提高降水工程施工质量，严格控制出水的含砂土量，以防止砂土流失掏空，导致地面建筑物开裂。5）布设观测井和沉降、位移、倾斜等观测点，进行定时观察、记录、分析，随时掌握水位降低和基坑周围建筑物变化动态。同时，还要了解抽水量和含砂量。做到心中有数，发现问题及时采取措施，预防事故发生。