1.3.2 基坑降水
基坑开挖过程中,当地下水位高于基坑底时,由于土的含水层被切断,地下水会不断地渗入基坑内,雨季施工时,地面雨水也会不断流入基坑,为了保证施工的正常进行,防止出现流砂、边坡失稳和地基承载能力下降等现象,必须在基坑或沟槽开挖前或开挖时做好降水、排水措施,使地基土在开挖及基础施工时保持干燥。基坑或沟槽的降水方法可分为集水井降水法和井点降水法。
当基坑开挖到达地下水位以下而土质是细砂或粉砂,又采用明排水法时,基坑底下面的土会呈流动状态而随地下水涌入基坑,这种现象称为流砂。此时,土体完全丧失承载能力,边挖边冒,造成施工条件恶化,基坑难以达到设计深度。严重时会造成边坡塌方及附近建筑物、构筑物下沉、倾斜、倒塌等。因此,在施工前必须对场地的工程地质和水文地质资料进行详细调查研究,采取有效措施防止流砂产生。
流砂产生的原因主要是动水压力的大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时,土颗粒被带出而形成流砂,而当动水压力方向向下时,如出现土颗粒的流动,其方向向下,则土体稳定。因此,在基坑开挖中,防止流砂的途径一是减小或平衡动水压力;二是改变动水压力的方向,设法使动水压力的方向向下,或是截断地下水流;三是改善土质,其具体措施如下:
(1)在枯水期施工
因为枯水期地下水位低,基坑内外水位差小,动水压力小,此时施工不易发生流砂。
(2)打板桩
方法是将板桩打入基坑底下面一定深度,以增加地下水的渗流路程,从而减少水力坡度,降低动水压力,防止流砂发生。目前所用的板桩有钢板桩、钢筋混凝土板桩、木板桩等。
(3)设置止水帷幕
方法是将连续的止水支护结构(如地下连续墙、连续板桩、深层搅拌桩等)打入基坑底面以下一定深度,形成封闭的止水帷幕,从而使地下水只能从支护结构下端渗入基坑,减少地下水的渗入路径,并减小水力坡度,从而减小动水压力,防止流砂现象发生。此法在深基坑支护中常被采用。
(4)井点降水法
采用井点降水方法,使地下水位降低到基坑底面以下,地下水的渗流向下,则动水压力的方向也向下,从而水不能渗入基坑内,可有效地防止流砂现象发生。
此外,当基底出现局部或轻微流砂现象时,可抛入大石块、土(或砂)袋把流砂压住,以平衡动水压力,此法适用于治理局部或轻微的流砂。在含有大量地下水的土层或沼泽地区施工时,还可以采用土壤冻结法、烧结法等,截止地下水流入基坑内,以防止流砂的产生。
1.集水井降水法
集水井降水法也称明排水法(如图1-24所示),属于重力降水,它是采用截、疏抽的方法来进行排水,在基坑开挖过程中沿基坑底四周或中央开挖排水沟,并设置一定数量的集水井,使得基坑内的水在重力作用下经排水沟流入集水井内,然后用水泵抽走。雨季施工时,应在基坑周围或地面水的上游,开挖截水沟或修筑土堤,以防地面水流入基坑内。如果开挖深度较大,地下水渗流严重,则应该逐层开挖,逐层设置集水井。
图1-24 集水井降水法
1—排水沟;2—集水井;3—水泵
集水井应设置在基础范围以外,地下水走向的上游,以防止基坑底的土颗粒随水流失而使土结构遭受破坏。集水井的间距主要根据地下水量大小、渗透系数、基坑平面形状及水泵的抽水能力等确定,一般每隔20~40m设置一个。集水井的直径或宽度一般为0.6~0.8m,其深度随着挖土的加深而增加,并保持低于挖土面0.7~1.0m。坑壁可用竹、木料等简易加固。当基坑挖至设计标高后,集水坑底应低于基坑底面1.0~2.0m,并铺设碎石滤水层(厚0.3m)或下部砾石(厚0.1m)上部粗砂(厚0.1m)的双层滤水层,以免因抽水时间过长而将泥砂抽出,并防止坑底土被扰动。
用集水井降水时,所采用的抽水泵主要有离心泵、潜水泵、软轴泵等,其主要性能包括流量、扬程和功率等。选择水泵时,水泵的流量和扬程应满足基坑涌水量和基坑内降水深度的要求,昼夜随时抽排,直至基坑土回填为止。
集水井降水法施工方法简单,排水方便、经济,对周围影响小,工程中采用比较广泛,它适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水,因为当基坑涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂时,有可能产生流砂现象。如果不采取相应的措施,施工就难以进行。
2.井点降水法
井点降水法即人工降低地下水位法,就是在基坑开挖前,预先在基坑周围或基坑内设置一定数量的滤水管(井),利用抽水设备从中抽水,使地下水位降低至基坑底以下并稳定后才开挖与施工。同时,在开挖过程中仍不断抽水,使地下水位稳定于基坑底面以下,所挖的土始终保持干燥,并且改善了挖土条件,还可以防止基坑底隆起和加速基坑地基固结,提高施工质量。井点降水法的作用如图1-25所示。但要注意的是,在降低地下水位的过程中,基坑附近的地基土体会产生一定的沉降,施工时应加以注意。
图1-25 井点降水的作用
人工降低地下水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井井点等,各种方法的选用依据是土的渗透系数、降水深度、工程特点、降水设备条件及经济条件等(如表1-7所示)。实际工程中轻型井点和管井井点应用较广,其中以轻型井点的理论最为完善。但目前很多深基坑降水都采用管井井点的方法,它的设计是以经验为主,理论计算为辅,目前我国尚无这种井的规程。
表1-7 各井点的适用范围
(1)轻型井点
轻型井点是沿基坑四周或一侧每隔一定距离埋入井点管(下端为滤管),在地面上用集水总管将各井点管连接起来,并在一定位置设置抽水设备,利用真空泵和离心泵的真空吸力作用,使地下水经滤管进入井点管,然后经井点管排出,将地下水位线降至基坑底面以下(如图1-26所示)。
图1-26 轻型井点设备
1—井点管;2—滤管;3—总管;4—弯联管;5—水泵房;6—原有地下水位线;7—降低后的地下水位线
1)井点系统
轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管。
滤管为进水设备(如图1-27所示),它位于井点管的下部,通常采用长为1.0~1.5m、直径为38mm或50mm的无缝钢管,管壁上钻有呈星棋状排列的滤孔,滤孔直径为12~19mm,滤孔面积为滤管表面积的20%~25%,钢管外面包以两层孔径不同的滤网,内层为铜丝网或尼龙材质的细滤网,外层为粗滤网。为使水流畅通,管壁与滤网之间用塑料管绕成螺旋形隔开,外面再绕一层粗铁丝保护,滤管下端为一铸铁塞头。滤管上端与井点管连接,其构造是否合理,对抽水效果影响很大。
图1-27 滤管构造
1—钢管;2—滤孔;3—缠绕的塑料管;4—细滤网;5—粗滤网;6—粗铁丝保护网;7—井点管;8—铸铁头
井点管是长为5~7m、直径为38mm或50mm的无缝钢管,可为整根或由分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。
集水总管是直径为100~127mm的无缝钢管,每段长为4m,其上装有与井点管连接的短接头,间距有0.8m,1.2m,1.6m,2.0m,2.4m(2.0m用得较少)。
2)抽水设备
抽水设备常用的有真空泵抽水设备与射流泵抽水设备两类。真空泵抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器(又称集水箱)等组成,如图1-28所示。其工作原理是:开动真空泵19,将水气分离器10内部抽成一定程度的真空,在真空度吸力作用下,地下水经滤管1、井点管2吸上,进入集水总管5,再经过滤室8过滤泥砂石进入水气分离器10。水气分离器内有一浮筒11,沿中间导杆升降,当箱内的水使浮筒上升,即可开动离心水泵24将水排出,浮筒则可关闭阀门12,避免水被吸入真空泵。副水气分离器16也是为了避免将空气中的水分吸入真空泵。为对真空泵进行冷却,特设一冷却循环水泵23。
图1-28 真空泵抽水设备的工作原理
1—滤管;2—井点管;3—弯管;4—阀门;5—集水总管;6—闸门;7—滤网;8—过滤室;9—淘砂孔;10—水气分离器;11—浮筒;12—阀门;13,15—真空计;14—进水管;16—副水气分离器;17—挡水板;18—放水口:19—真空泵;20—电动机;21—冷却水管;22—冷却水箱;23—循环水泵;24—离心水泵
真空泵的负荷能力与其型号、性能和地质条件有关。在一般情况下,一台真空泵能负担的集水总管的长度为100~200m。常用的真空泵主要有W5、W6型,采用W5型真空泵时,负荷长度不大于100m;采用W6型真空泵时,负荷长度不大于200m。
3)轻型井点的布置
轻型井点的布置应根据基坑平面形状、大小和深度、土质、土的渗透系数、地下含水层的厚度、地下水位的高低与流向、降水深度要求等而定。井点布置是否恰当,对降水效果、施工速度影响很大。
①平面布置
当基坑(槽)宽度小于6m,降水深度不超过5m时,可采用单排线状井点,井点管应布置在地下水的上游一侧,其两端的延伸长度一般不小于坑(槽)宽度[如图1-29(a)所示]。如沟槽宽度大于6m,或土质不良,则采用双排井点[如图1-29(b)所示]。当基坑面积较大时,应采用环状井点[如图1-29(c)所示]。施工过程中,可留出一段(地下水下游方向)不封闭或布置成U形[如图1-29(d)所示],便于挖土机械和运输车辆进出基坑。井点管距离基坑壁一般为0.7~1.0m,以防局部发生漏气。井点管间距应根据现场土质条件、降水深度、工程性质等按计算或经验确定,一般为0.8~1.6m,不超过2.0m,在总管拐弯处或靠近河流处,井点管应适当加密,以保证降水效果。
图1-29 轻型井点的平面布置
②高程布置
轻型井点的降水深度从理论上讲可达10.3m,但由于管路系统的水头损失,其实际降水深度一般不大于6m。井点管埋置深度H(不包括滤管)的计算公式为
式中:H ——井点管埋置深度(m);
h1——井点管埋设面至基坑底的距离(m);
Δh ——基坑中心处基坑底(单排井点时,取远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位线的距离,一般取0.5~1.0m;
i ——地下水力坡度,单排井点取1/5~1/4,双排井点取1/7,环形井点取1/10;
L ——井点管至基坑中心的水平距离(m)(在单排井点中,为井点管至基坑另一侧的水平距离)。
4)轻型井点的计算
轻型井点系统的设计计算,必须建立在可靠资料的基础上,如施工现场地形图、水文地质资料、基坑工程资料等。轻型井点的计算主要包括基坑涌水量计算、井点管数量及水井间距的确定。
井点系统的涌水量是以水井理论来计算的,根据地下水在土层中的分布情况,水井有几种不同的类型。根据地下水有无压力,水井分为无压井和承压井。当水井布置在含水层中,地下水表面为自由水压时,称为无压井[如图1-30(a)和图1-30(b)所示];当水井布置在承压含水层中时(水层处于两不透水层之间,地下水表面具有一定水压),称为承压井[如图1-30(c)和图1-30(d)所示]。根据水井底部是否达到不透水层,水井分为完整井和非完整井。当水井底部达到不透水层时,称为完整井[如图1-30(a)和图1-30(c)所示];否则称为非完整井[如图1-30(b)和图1-30(d)所示]。因此,水井大致有下列四种:无压完整井、无压非完整井、承压完整井和承压非完整井。水井类型不同,其涌水量的计算公式亦不相同。
图1-30 水井分类
①涌水量的计算
a.无压完整井的涌水量计算
根据达西线性渗透定律,无压完整井的涌水量(流量)为
式中:K ——土的渗透系数(m/d);
A ——地下水流的过水断面面积,近似取铅直的圆柱面表面积作为A,距井轴线x处的圆柱面表面积为A=2πxy(m2);
I ——水力梯度,距井轴线x处为I=。
将A,I代入式(1-29),得
分离变数,两边积分,得
移项,并以常用对数代替自然对数,得
式中:H ——含水层厚度(m);
h ——井内水深(m);
R ——抽水影响半径(m);
r ——水井半径(m)。
设水井内的水位降低值为S,则S=H-h,即h=H-S,代入式(1-30),得
式(1-31)即为无压完整井单井的涌水量计算公式。但在轻型井点系统中,各井点布置在基坑四周,许多井点同时抽水,因而各单井的水位降落漏斗相互干扰,每个单井的涌水量比单独抽水时小,因此考虑到群井的相互作用,其总涌水量不能用各单井涌水量简单相加求得。计算群井涌水量时,可把各井点管视为一个半径为x0的圆形单井进行分析。
对于无压完整井的环状井点系统,涌水量的计算公式为
式中:S ——水位降低值(m)。
R ——环状井点系统的抽水影响半径(m),与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值和抽水时间等因素有关。在抽水2~5d后,水位下降漏斗基本稳定,此时抽水影响半径的近似经验公式为
式中:x0——环状轻型井点的假想半径(m),当矩形基坑的长宽比不大于5时,环形布置的井点可近似作为圆形井来处理,计算公式为
式中:A ——环状轻型井点系统所包围的面积(m2)。
b.无压非完整井的涌水量计算
对于实际工程中常遇到的无压非完整井的井点系统,地下水不仅从井的侧面进入,还从井底流入,因此其涌水量较无压完整井大,精确计算比较复杂。为了简化计算,可简单地用有效影响深度H0代替含水层厚度H来计算涌水量,即
式中:H0——有效影响厚度(m)。
H0值可查表1-8确定。当计算得到的H0大于实际含水层厚度H时,取H0=H。
表1-8 含水层有效厚度H0的计算方法
注:S为井点系统中心处水位降低值(m);S′为井点管处水位降低值(m);l为滤管长度(m)。
②井点数量的确定
涌水量计算后,可以根据涌水量来布置井点数量,井点管数量至少要满足式(1-36)的要求:
式中:q ——单根井点管最大出水量(m3/d),计算公式为
式中:d ——滤管直径(m);
l ——滤管长度(m)。
井点管间距D(m)的计算公式为
式中:L ——总管长度(m);
n ——井点管根数。
实际采用的井点管间距D值应与总管上的接头尺寸相适应,常取0.8m,1.2m,1.6m,2.0m等。实际采用的井点数量一般增加10%左右,以防井点管发生堵塞影响抽水效果。
【例1-4】某基础工程需开挖如图1-31所示的基坑,基坑底宽为10m,长为15m,深为4.1m,边坡为1∶0.5。地质资料为:天然地面下有0.5m厚的黏土层、7.4m厚的极细砂层,再下面为不透水的黏土层。试按轻型井点降水系统设计。
图1-31 工程基坑
解(1)井点系统布置:该基坑底面积为10×15(m2),放坡后,上口(+5.2m处)面积为13.7×18.7(m2),考虑井点管距基坑边缘1m,则井点管所围成的平面积为15.7×20.7(m2),由于其长宽比小于5,故按一个环状井点布置。基坑中心降水深度S=5.00-1.50+0.50=4.00(m),故用一级井点即可。
表层为黏土,为使总管接近地下水位,可挖去0.4m,在+5.2m标高处布置井点系统。取井点管外露0.2m,则6m长的标准井点管埋入土中为5.8m;而要求埋深H ≥h1+Δh+iL=(5.2-1.5)+0.5+-×=4.99(m),小于实际埋深5.8m,故高层布置符合要求。
(2)有效抽水影响深度H0:取滤管长l=1.2m,井点管中水位降S′=5.6m,则求得H0=1.85(5.6+1.2)=12.6(m),但实际含水层厚度H=7.4-0.1=7.3(m),故取H0=7.3m,按无压完整井计算涌水量。
(3)总涌水量计算:通过扬水试验求K=30m/d,已知井点管所围成的面积F=15.7×20.7(m2),则基坑的假想半径为
x0==10.17(m)
抽水影响半径为
R=1.95×4×=115(m)
总涌水量为
Q=1.366×30×=1649.5(m3/d)
(4)井点管数量计算:
一根φ38管井出水量为
q=65×3.14×0.0038×1.2×=28.9(m3/d)
井点管数量为
n=1.1×=62.8(根),取63根
井点管的平均间距为
D==1.15(m),取1.2m
实际井点管数量为
n=+1=62(根)
5)轻型井点施工
轻型井点施工的工艺流程为:施工准备→井点管排放→井点系统埋设→弯联管将井点管与总管连接→安装抽水设备→试运行→正式抽水→井点系统拆除。
准备工作包括井点设备、施工机具、动力、水源及必要材料(如砂滤料)的准备,开挖排水沟,附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。另外,为了检查降水效果,必须选择有代表性的地点设置水位观测孔。
井点管的埋设(如图1-32所示)是关键性工作,可以利用冲水管冲孔,或钻孔后将井点管沉入,也可以用带套管的水冲法及振动水冲法下沉埋设。
图1-32 井点管的埋设
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—砂滤层;10—黏土封口
冲孔时,孔洞必须保持垂直,冲孔直径一般为300mm,孔径上下要一致,井点管四周要有一定厚度的砂滤层,砂滤层宜选用粗砂,以免堵塞管的网眼,冲孔深度要比滤管深0.5m左右。
井孔冲成后,随即拔出冲管,插入井点管,并在井点管与孔壁之间迅速填灌粗砂滤层,以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利工作的关键,一般应选用洁净粗砂,厚度一般为60~100mm,填至滤管顶上1.0~1.5m,以保证水流畅通。井点填砂后,井点管上口距地面1.0m范围内须用黏土封口,以防漏气。
井点管埋设完毕应接通总管。总管设在井点管外侧50cm处,铺前先挖沟槽,并将槽底整平,将配好的管子逐根放入沟内,在端头法兰穿上螺栓,垫上橡胶密封圈,然后拧紧法兰螺栓,总管端部用法兰封牢。一组井点管部件连接完毕后,与抽水设备连通,进行试抽水,检查有无漏气、淤塞情况,出水是否正常,如压力表读数在0.15MPa~0.20MPa,真空度在93.3kPa以上,即可投入正常使用。
井点系统全部安装完毕后,即可接通总管和抽水设备进行试抽,检查有无漏水、漏气现象,出水是否正常。井点管使用时,应保证连续不断抽水,若时抽时停,则滤网易于堵塞,也容易抽出土粒,使水浑浊;中途停抽,地下水回升,也会引起边坡塌方等事故。正常的出水规律是“先大后小,先浑后清”。
采用井点系统降水,一般抽水3~5d后水位降落,漏斗基本趋于稳定。基础和地下构筑物完成并回填土后,方可拆除井点系统。拔出井点管可借助于倒链或杠杆式起重机,所留孔洞用砂或土堵塞。采用轻型井点降水时,还应对附近建筑物进行沉降观测,必要时应采取防护措施。
井点系统的拆除必须是在地下建(构)筑物完工并进行土方回填后进行,陆续关闭和逐根拔出井点管,井点管拆除一般多借助于倒链、起重机等。拔管后所形成孔洞用土或砂填塞,对地基有防渗要求时,地面以下2m应用黏土填实。
需要注意的是,井点使用后,中途不得停泵,且应保持降低地下水位在基底0.5m以下,防止因停止抽水使地下水位上升,造成淹泡基坑事故。
6)其他降水方式
①管井井点
当土壤的渗透系数大(如20~200m/d)、地下水丰富、轻型井点不易解决时,可采用管井井点的方法进行降水。管井井点是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地抽水,以降低地下水位。管井井点的设备主要是由管井、吸水管、水泵组成,如图1-33所示。管井可用钢管管井和混凝土管管井等。钢管管井的井身采用直径为150~250mm的钢管,其过滤部分采用钢筋焊接骨架外缠镀锌铁丝并包滤网(孔眼为1~2m),长度为2~3m。混凝土管管井的内径为400mm,分实管与过滤管两种,过滤管的空隙率为20%~25%,吸水管可采用直径为50~100m的钢管或胶管。
图1-33 管井井点
1—沉砂管;2—钢筋焊接骨架;3—滤网;4—管身;5—吸水管;6—离心泵;7—过滤层;8—黏土封口;9—混凝土实管;10—混凝土过滤管;11—潜水泵;12—出水管
管井的间距一般为20~50m,深度为8~15m。井内水位降低值可达6~10m,两井中间则为3~5m。井管的埋设可采用泥浆护壁钻孔法成孔,孔径应比井管直径大200mm以上。井管下沉前要清孔,以保持滤网的畅通。井管与土壁之间用粗砂或小砾石填灌作为滤层。地面以下0.5m内用黏土填充夯实。管井井点的设计计算可参照轻型井点进行。
管井埋设的最后一道工序是洗井。洗井的作用是清除井内泥砂和过滤层淤塞,使井的出水量达到正常要求。常用的洗井方法有水泵洗井法、空气压缩机洗井法等。
②喷射井点
当基坑(槽)开挖较深而地下水位较高、降水深度超过6m时,采用一级轻型井点已不能满足要求,必须采用二级或多级轻型井点才能收到预期效果,但这会增加设备数量和基坑(槽)的开挖土方量,延长工期,往往不够经济。此时宜采用喷射井点,该方法降水深度可达8~20m,在K=3~50m/d的砂土中最有效,在K=0.1~3m/d的粉砂、淤泥质土中效果也很显著。喷射井点的设备由喷射井管、高压水泵及进水、排水管路组成(如图1-34所示)。喷射井管由内管和外管组成,在内管下端装有喷射扬水器与滤管相连,当高压水经内外管之间的环形空间由喷嘴喷出时,地下水即被吸入而压出地面。
图1-34 喷射井点
1—喷射井管;2—滤管;3—进水总管;4—排水总管;5—高压水泵;6—集水池;7—低压水泵;8—内管;9—外管;10—喷嘴;11—混合室;12—扩散管;13—压力表
③电渗井点
当土壤渗透系数小于0.1m/d,采用轻型井点、喷射井点进行基坑(槽)降水效果很差时,宜改用电渗井点降水。电渗井点是以井点管作阴极,沿基坑(槽)外围布置,并采用套管冲枪成孔埋设;以插入的钢筋或钢管作阳极,埋在井点管内侧。当通以直流电后,土颗粒即自负极向正极移动,水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒的移动称电泳现象,水的移动称电渗现象,故称电渗井点。这种方法因耗电较多,只有在特殊情况下使用。
电渗井点适用于黏土、粉质黏土、淤泥等土质中的降水,它是轻型井点或喷射井点的辅助方法。
7)降水对环境的影响和防治措施
①降水对周边环境的影响
井点管埋设完成开始降水时,井内水位下降,同时随水流会带出部分细微土粒,再加上降水后土体的含水量降低,使土壤产生固结,因而会引起周围地面的沉降。这是由于:一方面,基坑降水后土中孔隙水压力会发生转移、消散,打破了原有的力学平衡,使得土体中有效应力增加,在建筑物自重不变的情况下就产生了沉降变形;另一方面,基坑降水后形成的降水漏斗使得水力梯度增加,由此产生的渗透力将作为体积力作用在土体上,引起变形。总之,两者的共同作用导致了基坑周围土体的沉降。因此,在建筑物密集地区进行降水施工,或因长时间降水引起过大的地面沉降,会带来较严重的后果,在软土地区曾发生过不少事故。
②防治措施
为防治或减少降水对周围环境的影响,避免产生过大的地面沉降,可采取下列一些技术措施:
a.采用回灌技术
回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济、简便、有效的方法,它能将井点降水对周围建筑物的影响减少到最低程度。降水对周围环境的影响是土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建(构)筑物之间布置一排井点,在降水井内抽水的同时,通过回灌井点向土层内灌入一定量的水(即降水井点抽出的水),形成一道止水帷幕,从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建(构)筑物的地下水流失,使地下水位基本保持不变,这样就会减少或避免因降水引起地面沉降。回灌井点可采用一般真空井点降水的设备和技术,仅增加回灌水箱、闸阀和水表等少量设备,一般施工单位皆易掌握。为确保基坑施工的安全和回灌的效果,回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离,一般不宜小于6m,降水与回灌应同步进行。
回灌井点的间距应根据降水井点的间距和被保护建(构)筑物的平面位置确定。回灌井点宜进入稳定降水曲面下1m,且位于渗透性较好的土层中。回灌井点滤管的长度应大于降水井点滤管的长度。回灌水量可通过水位观测孔中的水位变化进行控制和调节,回灌水位不宜超过原水位标高。回灌水箱的高度可根据灌入水量决定,回灌水宜用清水。实际施工时应协调控制降水井点与回灌井点。
许多工程实例证明,用回灌井点回灌水能产生与降水井点相反的地下水降落漏斗,能有效地阻止被保护建(构)筑物的地下水流失,防止产生有害的地面沉降。回灌水量要适当,过小无效,过大会从边坡或钢板桩缝隙流入基坑。回灌系统的布置如图1-35所示。
图1-35 回灌系统的布置
1—降水井点;2—回灌井点;3—原水位线;4—基坑内降低后的水位线;5—回灌后水位线
b.使降水速度减缓
在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上,降水曲线较平缓,为此可将井点管加长,减缓降水速度,防止产生过大的沉降。也可在井点系统降水过程中,调小离心泵阀,减缓抽水速度。还可在邻近被保护建(构)筑物一侧,将井点管间距加大,需要时甚至暂停抽水。为防止抽水过程中将细微土粒带出,可根据土的粒径选择滤网。另外,确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量,也能有效防止降水引起的地面沉降。在基坑内部降水,掌握好滤管的埋设深度,如支护结构有可靠的隔水性能,一方面能疏干土壤、降低地下水位,便于挖土施工,另一方面又不使降水影响到基坑外面,造成基坑周围产生沉降。上海等地在深基坑工程降水中,采用该方案取得了较好效果。
c.设置止水帷幕
在建筑物和地下管线密集的区域进行降水时,对在地面沉降方面有严格要求的场地进行基坑开挖,应尽可能采取止水帷幕;或在施工场地周边有湖、河流等贮水体时,应在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕(止水帷幕),并进行坑内降水。一方面可以疏干坑内地下水,便于顺利开挖施工;另一方面可以防止由于抽水造成坑内地下水与贮水体穿通,引起大量的涌水,甚至抽水带出土粒,产生流砂现象。止水帷幕可结合挡土支护结构设置或单独设置,常用的有深层搅拌法、压密注浆法、密排灌注桩法、冻结法等。
d.采用变形观测技术
基坑降水时,为了保证在建筑物安全和正常的情况下,运用变形观测的数据,来控制和调节基坑土开挖及降水的部位、数量与速度,可采用回弹与沉降相抵消的办法来控制建筑物的变形,使周边环境不受损害。变形观测在施工中起着领头和指挥的特殊作用,我们称其为“主动型”的观测。它不仅配合工程地质和施工人员完成了降水任务,而且确保了基坑周围建筑物的安全,同时还进一步提高了精密工程测量在工程建设中的地位与作用。
7)排水与施工质量检验标准
按照国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202—2002)的规定,降水与排水施工质量检验标准如表1-9所示。
表1-9 降水与排水施工质量检验标准