3 地下水控制

高层建筑基础施工地下水控制第五节基坑降水工程地下水和地表水大量渗入，造成基坑浸水、地基承载力下降、破坏边坡稳定等不良后果；且当基坑下有承压水含水层时，如不降水减压，则基低可能被冲溃破坏。因此，为了保证基坑开挖，并在无水的状况下施工，必须作好基坑的降水工作。地下水控制的设计和施工应满足基坑支护设计的要求，并根据场地及周边工程的地质条件、水文地质条件、环境条件再结合施工方案进行综合分析、确定。3.1工程勘察•勘察前收集资料（水文气象、地质图、水文地质、工程地质、工程环境等）；•勘察时查明地下水类型，含水层与隔水层的空间分布，地下水渗透性，地下水与地表水关系，查明第四系土的物理、力学、化学性质与分布，查明降水工程对地上建筑、市政工程、地下设施、水土资源等的影响，以及对降水工程的制约作用；•勘查后按场地适宜条件确定降水试验方法，有排水和降水两措施。3.2技术方法降水的技术方法可根据降水深度、含水层岩性和渗透性，按表3.1选用。表5.1地下水控制方法适用条件3.3施工排水排水通常采用集水明排，它是在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外（图3.1）。排水法适用于不易产生流砂、管涌、掏空、塌陷等现象的粘性土、砂土、碎石土的地层，以及基坑地下水位超出基础底板标高不大于2.0m。图3.1集水明排法1-排水沟；2-集水井；3-水泵12•排水沟的设置深度为0.4-0.6m，宽度不小于0.4m，边坡为1:1-1:0.5，纵坡不应小于2‰，使水流不致阻滞而淤塞。•集水井的设置：沿排水沟纵向每隔30-40m设置一个，井壁直径一般为0.6-0.8m，并采用竹木或水泥管和挡土板等作为临时简易的加固，井底的反滤层铺设0.3m厚左右的碎石、卵石，以免在抽水时将泥沙抽出。挖土时，集水井应低于排水沟1m左右并深于抽水泵进水阀的高度。•分层降水方式（图3.2）适用情况：基坑深度大、地下水位较高以及多层土中上部有透水性较强的土，或上下层土体虽为相同的均质土但上部地下水较丰富。目的：避免上层地下水冲刷下层土体边坡而造成塌方，并减少边坡高度和水泵的扬程。图3.2分层排水沟降水1-底层排水沟；2-底层集水井；3-二层排水沟；4-二层集水井；5-水泵；6-水位降低线3.4施工降水降水常采用井点降水的方法，常用的井点有轻型井点、喷射井点、管井井点、电渗井点、深井井点等，可按土的渗透系数、要求降低的深度、设备条件以及工程特点，如表3.2选用。降水方法降水深度渗透系数（m/d）土体种类轻型井点3-6m0.1-80粘质粘土、砂质粉土、粉土、细砂、中砂、粗砂、砾石、卵石等多级轻型6-12m0.1-80同上电渗井点6-7m小于0.1淤泥质土喷射井点8-20m0.1-50粘质粘土、砂质粉土、粉土、细砂、中砂、粗砂管井井点3-5m20-200粗砂、砾石、砾砂深井井点大于15m10-80中砂、粗砂、砾砂、砾石表3.2各种井点的适用范围3.1.4.1井点设置（1）轻型井点轻型井点是沿基坑的四周或一侧，将直径较细的井点管沉入深于坑底的含水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备由于真空作用将地下水从井点管内不断地抽出，使原有的地下水降低到坑底以下(如图3.3)。轻型井点分为机械真空泵和水射泵两种。1-井点管；2-滤管；3-总管；4-弯联管5-水泵房；6-原地下水位；7-降水后地下水位图3.3轻型井点全貌图井点设备①滤管：φ38～55mm，壁厚为3.0mm的无缝钢管或镀锌管，长1.0-1.7m，管壁上钻有φ15mm左右的小圆孔，孔距为25mm，外包两层滤网，内层细滤网采用每厘米30-40眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米5-10眼塑料纱布，管壁与滤网间用铁丝绕成螺旋形隔开，滤网外再围一层8号粗铁丝保护网。滤管下端放一锥形铸铁头。如图3.4所示。②井点管：φ38～55mm，壁厚为3.0mm的无缝钢管或镀锌管，长度为5～7m。1-钢管；2-小孔；3-塑料；4-细滤网5-粗滤网；6-粗铁丝保护网7-井点管；8-铸铁头图3.4滤管构造图⑤抽水设备：根据设计配备离心泵、真空泵或射流泵，以及机组配件和水箱。⑥移动机具：自制移动式井架(采用旧设备振冲机架)、牵引力为6t的绞车。⑦凿孔冲击管：φ219×8的钢管，其长度为10m。⑧水枪：φ50×5无缝钢管，下端焊接一个φ16的枪头喷嘴，上端弯成大约直角，且伸出冲击管外，与高压胶管连接。⑨蛇形高压胶管：压力应达到1.50MPa以上。⑩高压水泵：100TSW-7高压离心泵，配备一个压力表，作下井管之用。④总管：φ100～127mm钢管，壁厚为4.0mm，每节长约4m，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水，一般每隔0.8～1.6m设一个连接井点管的接头。③连接管：透明管或胶皮管，与井点管和总管连接，采用8号铅丝绑扎，应扎紧以防漏气，其上装有阀门，以便检修。井点布置井点系统的平面布置主要取决于基坑的平面形状、要求降水深度、地下水流向和含水层渗透性能等。井点布置单排线状井点（图3.5）：窄而长、宽不大于6m的沟槽，降水深度不超过5m双排线状井点：宽度大于6m或土质不良环状（图3.6）或U形井点：基坑面积较大（a）平面布置（b）高程布置1-总管；2-井管；3-泵站图3.6环状井点轻型井点在管壁处的降水深度一般可达6-7m，而井点系统的高程布置取决于所需的埋设深度H，可按下式计算：H≥H1+h+iL式中符号见图3.5(b)，其中h一般不应小于0.5m，环状井点的i为1/10，单排井点的i为1/4-1/5。当埋设深度小于降水深度6m时，可用一级井点；埋设深度稍大于6m时，如能设法降低井点总管的埋设面而满足降水要求，则仍可采用一级井点，否则采用二级井点，见图3.7图3.5单排线状井点的布置图（a）平面布置图（b）高层布置图1-总管；2-井点管；3-抽水设备井点施工井点安装顺序：井点放线定位→挖井点沟槽→铺设集水总管→冲空、沉设井点管，灌填砂滤料→弯联管将井点管与总管连接→安装抽水设备→试抽与检查→正式投入降水程序。井点管沉设一般采用水冲法，见图3.8，也可采用套管法、射水法和套管水冲法等。图3.8水冲法井点管的埋设（a）冲孔（b）埋管1冲管；2-冲嘴；3-胶皮管；4-高压水泵；5-压力表；6-起重机吊钩；7-井点管；8-滤管；9-填砂；10-粘土封口水冲法工艺：用绞车将简易井架移到井点位置，将套管水枪对准井点位置，启动高压水泵，水压控制在0.4～0.8MPa，在水枪高压水射流冲击下套管开始下沉，并不断地升降套管与水枪。在射水与套管冲切作用下，大约在10～15min时间之内，井点管可下沉10m左右，若遇到较厚的纯粘土时，沉管时间要延长，此时可增加高压水泵的压力，以达到加速沉管的速度。冲击孔的成孔直径应达到300～350mm，保证管壁与井点管之间有一定间隙，以便于填充砂石，冲孔深度应比滤管设计安置深度低500mm以上，以防止冲击套管提升拔出时部分土塌落，并使滤管底部存有足够的砂石。井孔冲击成型后，应拔出冲击管，通过单滑轮，用绳索提起井点管插入井孔，井点管的上端应用木塞塞住，以防砂石或其他杂物进入，并在井点管与孔壁之间填灌砂石滤层。该砂石滤层的填充质量直接影响轻型井点降水的效果，应注意以下几点：①砂石必须采用粗砂，以防止堵塞滤管的网眼。②滤管应放置在井孔的中间，砂石滤层的厚度应在60～100mm之间，以提高透水性，并防止土粒渗入滤管堵塞滤管的网眼。填砂厚度要均匀，速度要快，填砂中途不得中断，以防孔壁塌土。③井点填砂后，井口以下1.0～1.5m用粘土封口压实，防止漏气而降低降水效果。（2）喷射井点喷射井点工作时，由高压离心泵供应的高压工作水经过内外管之间的环形空间直达底端，并由特制内管的两侧进水至喷嘴处以极高的流速喷出，在喷口附近形成真空而将地下水经过滤管吸入，连同工作水一同扬升出地面，经排水管道系统至集水池或水箱，一部分由低压泵排走，另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流，见图3.9。优点：可避免采用二级甚至多级轻型井点而增加的基坑土方工程量、降水设备用量，并减少工期、缩小降水的影响范围。（图a）喷射井管1由内管8和外管9组成，在内管下端装有升水装置––––喷射扬水器与滤管2相连（图b）。在高压水泵5作用下，具有一定压力水头（0.7～0.8MPa）的高压水经进水总管3进入井管的外管与内管之间的环形空间，并经扬水器的侧孔流向喷嘴10。由于喷嘴截面的突然缩小，流速急剧增加，压力水由喷嘴以很高流速喷入混合室11（该室与滤管相通），将喷嘴口周围空气吸入，被急速水流带走，因而该室压力下降而造成一定真空度。图3.9喷射井点（3）电渗井点电渗井点是用以配合轻型井点或喷射井点，通过对透水性差的土起疏干作用而将水排出，不独立使用，以轻型或喷射井点本身作阴极沿基坑外围布置，钢管或钢筋作阳极垂直埋设在井点内侧，利用阴阳极之间的电压比降，在电渗和真空的双重作用下，强制粘性土中的水积集在井点管附近，并由井点管快速抽出，见图3.10。适用条件：透水性差的饱和粘土，特别是淤泥和淤泥质粘土，并轻型或喷射井点不能满足降水要求。严禁阴阳极相碰，以免造成短路。图3.10电渗井点（4）管井井点管井井点系统主要设备包括井管、吸水管和水泵等。井管由井壁管和过滤管两部分组成，上部井管部分由直径为200-350mm的钢管、混凝土管、塑料管或木、竹等材料制成；下部过滤器部分长2-3m，可在实管上穿孔垫肋后，外缠镀锌铅丝制成，也可用钢筋焊接骨架，外包孔眼为1-2mm的滤网。吸水管采用直径50-100mm的钢管或胶皮管，并装有逆止阀，上端装设带法兰盘的短钢管一节。通常每个滤水管井单独使用一台水泵，并应尽可能设在最小吸程处（5-7mm）；如高度不够时，则可设在基坑内。当水泵的排水量大于单孔滤水井涌水量的数倍时，可另加设集水总管将相邻的相应数量的吸水管连成一体，并共用一台水泵。管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大（20-200m/d）、地下水量大的土层中，宜采用管井井点。管井的沉设可采用泥浆护壁钻孔法。（5）深井井点当降水深度超过15m时，可在管井井点中采用深井泵，即为深井井点。深井井点一般可降低水位30-40m。工程中常采用深井潜水泵（沉没式深井泵），如图3.11。图3.11深井潜水泵（6）回灌井点地下水位降低、粘性土含水量减少，并产生压缩、固结，使浮力消减，从而使粘性土的孔隙水压力降低，土的有效应力相应增大，土体产生不均匀沉降而影响到邻近建筑物的安全。井点降水的不良影响对应措施通过补充地下水，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围，形成一道隔水屏幕，稳定和抬高了局部因工程降水而引起的地下水位降低，即采用回灌井点。井点布置回灌井点一般沿降水井点外围呈均匀等距的布置，两者之间的距离取决于基坑降水水位下降引起地表变形容许的最小范围，应尽可能地远离降水井，一般宜大于6m。