高層建筑施工 第5章 深基坑地下水控制

第5章

深基坑地下水控制

地下水的控制方法主要有降水、截水和回灌等幾種形式。地下水控制應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、支護(hù)形式、周邊環(huán)境要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)選用降水、截水、回灌的方法，這幾種方法可以單獨(dú)選用，也可以組合選用。5.1深基坑地下水層上層滯水:埋藏淺，水量小，采取合適的降水措施后，治水效果較好，對(duì)深基坑施工影響不大。潛水:對(duì)深基坑施工具有一定的影響，需要采取有效降水措施。承壓水:埋深大、水頭高、水量大等原因，給深基坑的治水工作帶來一定的困難。但只要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和治理，仍可以保證基坑的順利施工。大型超深基坑工程有關(guān)的地下水一般可分為上層滯水、潛水和承壓水三種類型。類型分布特征水量特點(diǎn)水文特征防治特征上層滯水分布于上部松散地層的包氣帶之中，含水層多為微透水至弱透水層，無統(tǒng)一水面，水位隨季節(jié)變化，不同場(chǎng)地不同季節(jié)的地下水位各不相同；涌水量很小，且隨季節(jié)和含水層性質(zhì)的變化而有較大的變化；水質(zhì)易受污染；其補(bǔ)給與分布區(qū)一致，以大氣降水補(bǔ)給和垂直蒸發(fā)排泄為主，與區(qū)域地下水無水力聯(lián)系，與鄰近的地表水體可能有水力聯(lián)系，但聯(lián)通性一般較差；是深基坑的第一含水層，由于其埋藏淺、水量小，只要采取合適的基坑降水措施后，對(duì)深基坑施工影響不大。潛水分布于松散地層、基巖裂隙破碎帶及巖浴等地區(qū)，含水層可為弱透水～強(qiáng)透水層；一般無壓，局部為低壓水；具有統(tǒng)一自由水面，水位受氣象因素影響變化明顯，同一場(chǎng)地的水位在一定區(qū)域內(nèi)基本相同或變化具有規(guī)律性；水量變化較大，由含水的巖性、厚度和滲透性等決定；水質(zhì)易受污染；地下水的補(bǔ)給一般以降雨為主，同時(shí)接受上部含水層的入滲和場(chǎng)地外同層地下水的徑流補(bǔ)給：當(dāng)與地表水體有聯(lián)系時(shí)可接受地表水的補(bǔ)給；以徑流流向下游或排泄到溝谷、河流之中；當(dāng)埋藏較淺或含水層為弱透水層時(shí)，以蒸發(fā)排泄較明顯，對(duì)基坑降水較有利，可以用各種方法對(duì)地下水進(jìn)行控制，對(duì)深基坑施工危害不大。承壓水分布于松散地層，基巖構(gòu)造盆地、向斜、斷裂及巖溶等地區(qū)，一般埋藏于場(chǎng)地下部，地下水具有承壓性，在上游地帶為無壓，中游轉(zhuǎn)為低壓，至下游為高壓；水頭隨場(chǎng)地位置而變化，一般不受當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩氐挠绊懀瑘?chǎng)地內(nèi)的水頭保持相對(duì)穩(wěn)定；水量由含水層或含水構(gòu)造的性質(zhì)、滲透性等決定；水質(zhì)一般不受污染；地下水的補(bǔ)給與分布區(qū)不一致，主要在上游地段和基巖裂隙接受降雨補(bǔ)給，然后以徑流形式流向下游，在低谷、河流以泉水排泄，或通過越流補(bǔ)給上下含水層；該承壓水對(duì)基坑底板和基坑施工的危害較大，一般由于其埋深大、水頭高、水量大等原因，給深基坑降水控制工作帶來一定困難；但只要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和治理，仍可以保證基坑的順利施工。

地下水的控制方法主要有降水、截水和集水明排等幾種形式。地下水回灌不作為獨(dú)立的地下水控制方法，但可作為一種地補(bǔ)充措施與其它方法一同使用。地下水控制方法應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、支護(hù)形式、周邊環(huán)境要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)綜合確定。5.2地下水控制方法的選擇

地下水的控制方法適用條件

降水的方法有集水明排和井點(diǎn)降水兩類。

當(dāng)因降水的原因可能會(huì)危及基坑及周邊環(huán)境安全時(shí)，宜采用截水方法或回灌方法。

5.3降水

當(dāng)降水深度大時(shí)，可考慮采用噴射井點(diǎn)降水。這種井點(diǎn)降深大、效果好，其一層井點(diǎn)可將地下水位降低8～20m，適用于土層滲透系數(shù)0.1～20m/d的土層。1）

噴射井點(diǎn)

深基坑工程常用噴射井點(diǎn)和深井井點(diǎn)。工作原理：噴射井管分內(nèi)管和外管兩部分，內(nèi)管下端裝有噴射揚(yáng)水器，并與慮管相連接。噴射揚(yáng)水器由噴嘴、混合室、擴(kuò)散室等組成，是噴射井點(diǎn)的主要工作部件。噴嘴噴出的高速水流形成負(fù)壓，在真空吸力作用下，地下水經(jīng)過濾管被吸入混合室，與混合室里的工作水混合，然后進(jìn)入擴(kuò)散室中，由于擴(kuò)散室的截面順著水流方向逐漸擴(kuò)大，水流速度相應(yīng)減小，而水流壓力相對(duì)增大，因而把地下水連同工作水一起揚(yáng)升出地面。設(shè)置泵房，安裝進(jìn)排水總管水沖或鉆孔成井安裝井點(diǎn)管、填濾料、封口井點(diǎn)管進(jìn)水口和進(jìn)水總管接通，啟動(dòng)高壓水泵（或空氣壓縮機(jī)）進(jìn)行洗井，待出水變清止井點(diǎn)管回水口和排水總管接通，總管與循環(huán)水池接通全面試抽用低壓排水泵排除循環(huán)水池中多余的水測(cè)量觀測(cè)井中地下水位的變化噴射井點(diǎn)系統(tǒng)安裝工藝流程2）管井及真空深井井點(diǎn)

管井井點(diǎn)降水是在深基坑周圍埋置深于基底的井管，依靠深井潛水泵或深井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。電動(dòng)機(jī)安裝在地面上，通過長(zhǎng)軸傳動(dòng)使深井內(nèi)的水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，這種叫作深井泵。而電動(dòng)機(jī)和水泵均淹沒在深井內(nèi)工作的則稱為深井潛水泵。

管井井點(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)。管井井點(diǎn)降水尤其適用于滲透系數(shù)較大（10～250m/d），土質(zhì)為砂土、碎石土，地下水豐富、降水深（10～50m）、面積大的情況，也可用于滲透系數(shù)大于0.1m/d的粉質(zhì)黏土、粉土等。

帶真空的深井泵

每一個(gè)深井井點(diǎn)由井管和濾頭組成，除單獨(dú)配備一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵外，還配備一臺(tái)真空泵（圖2-9），真空泵開動(dòng)后，可使井管內(nèi)及井點(diǎn)周圍形成部分真空，可增加流向井點(diǎn)的水力梯度并改善周圍土的排水性。真空深井井點(diǎn)降水深度可達(dá)8～18m。

井點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備由深井、井管、深井潛水泵和集水井等組成，如圖2-10所示。①井點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備

井點(diǎn)的布置視基坑面積面定，一般每200～250m2面積設(shè)一個(gè)井點(diǎn)。井點(diǎn)的排水口應(yīng)距離坑邊一定距離，防止排出水回滲流入坑內(nèi)。井點(diǎn)濾水管宜設(shè)置在透水性較好的土層中，并深入到透水層6～9m，通常還應(yīng)比所需降水的深度深6～8m。水泵安裝應(yīng)按設(shè)計(jì)要求置于預(yù)定深度，水泵吸水口應(yīng)始終能保持在動(dòng)水位以下，且應(yīng)高于井底1m以上。②井點(diǎn)布置管井井點(diǎn)施工工藝流程。③井點(diǎn)埋設(shè)與使用管井井點(diǎn)降水井施工降水井的施工過程：放線定位→挖泥漿坑→鉆機(jī)成孔→下井管→填濾料→洗井→安排水管裝泵。降水井的施工要點(diǎn)：①放線定位

根據(jù)降水井設(shè)計(jì)間距與控制軸線距離，開始對(duì)井位進(jìn)行放線，放線采用十字定位法。定位后對(duì)井位進(jìn)行探孔，由于地面雜填土無法用鉆機(jī)成孔，因此采用人工開挖，直至遇到下層粉土層，井口埋設(shè)護(hù)筒。降水井的施工要點(diǎn)：②挖泥漿坑

井位邊挖設(shè)泥漿池，泥漿池尺寸約為6m×6m×0.5m，周圍泥漿池選位時(shí)顧及多井使用，減小對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染。井口與泥漿池之間人工挖回流水溝。③鉆機(jī)成孔

采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，自造漿護(hù)壁，成井由地面開始施工，井深達(dá)24米。成孔直徑ф700（ф610）mm，成井垂直度偏差控制小于1％。施工時(shí)注意對(duì)泥漿的保護(hù)，不能流入基坑內(nèi)。降水井的施工要點(diǎn)：④下井管成孔后立即下井管，井管采用無砂水泥管，用竹片夾牢并用8號(hào)鐵絲綁緊，防止彎曲或脫落。下井時(shí)先用鋼絲繩繞過井底的堵頭墊塊將無砂管吊起，慢慢順入井中。井管要垂直居中。井管口外露出地表約50cm。⑤填濾料填濾料要從井孔四周由孔底向上均勻回填，防止將井孔擠偏。距孔口2m處，上部用粘土封填。水泥礫石管要加井蓋。（濾料公稱粒徑3-7mm，含泥量≤1.0％，泥塊含量≤0.5％）降水井的施工要點(diǎn)：⑥洗井洗井采用空壓機(jī)氣舉法，從井底逐節(jié)、逐層吹洗，將井底泥砂吹凈，洗出清水為止。降水井的施工要點(diǎn)：⑦安排水管裝泵抽水潛水泵用鋼絲繩吊在井內(nèi)，距井底1m。管井水泵分別連接與出水口徑相匹配的橡膠管，與地面排水管相連。抽出水從支管流入坑邊總管，經(jīng)沉砂池沉淀后排入市政雨水管道。土方開挖過程中，地下水位保持在開挖平面以下至少1米，安排人員進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。降水完成后需要進(jìn)行封井，封井采用碎石料填至孔口，孔口約60cm范圍內(nèi)用水泥砂漿填實(shí)。

當(dāng)因坑外降水可能會(huì)危及基坑及周邊環(huán)境安全時(shí)，宜采用截水的方法來控制地下水。

深基坑工程的截水常采用的是設(shè)截水帷幕，它是在基坑開挖前沿基坑四周設(shè)置隔水圍護(hù)壁（亦稱隔水帷幕）。截水帷幕的類型有水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴樁或擺噴帷幕、地下連續(xù)墻或咬合樁帷幕等，它們往往不只是為了擋水，常常同時(shí)作為基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)用來擋土。1)截水5.4截水和回灌技術(shù)當(dāng)坑底以下存在連續(xù)分布、埋深較淺的隔水層時(shí)，為了阻止基坑內(nèi)外的地下水相互滲流，截水帷幕的底部宜插入到隔水層。落底式豎向截水帷幕當(dāng)?shù)叵潞畬訚B透性較強(qiáng)、厚度較大時(shí)，可采用側(cè)向截水與坑內(nèi)井點(diǎn)降水相結(jié)合或采用側(cè)向截水與水平封底相結(jié)合的方案。水平封底可采用化學(xué)注漿法或旋噴注漿法。側(cè)向截水與水平封底相結(jié)合

回灌措施包括回灌井點(diǎn)、回灌砂井、回灌砂溝等。

回灌井點(diǎn)就是在降水井點(diǎn)與要保護(hù)的已有建（構(gòu)）筑物之間打一排井點(diǎn)，在井點(diǎn)降水的同時(shí)，向土層中灌入一定數(shù)量的水，形成一道隔水帷幕，使井點(diǎn)降水的影響半徑