井点降水对周围建筑物的影响及预防措施概述.docx

井点降水对周围建筑物的影响及预防措施 概述 【摘 要】在建筑物基础施工时，由于地下水的存在， 往往需要在基坑开挖前降低地下水位，从而为施工创造便 利。但是实际的降水过程中却往往对场地周围的建筑物产 生不利的影响。本文则主要论述了井点降水对邻近建筑物 的影响及产生影响的原因，简要说明了井点降水的机理， 并提出了规避降水影响所可以采取的具体措施。 【关键词】井点降水 建筑物 机理 影响 预防措施 回 灌 1前言 井点降水，是人工降低地下水位的一种方法，就是在 基坑开挖前，预先在基坑周围或者基坑内设置一定数量的 滤水管，配置一定的抽水设备，不间断地将地下水抽走， 使基坑范围内的地下水降低至设计深度以提供便利的基础 施工条件。目前国内常用的井点降水法有轻型井点、集永 井点、喷射井点、电渗井点，真空井点等。 井点降水法具有下列优点： 1) 施工简便，操作技术易于掌握，适应性强，可用于 不同几何图形的基坑； 2) 有效降水可以给施工人员提供干燥工作面，便于机 械化施工和后续工作工序的操作； 3) 井点作用下土层固结，土层强度增加，消除及减少 了作用在边坡或坑壁围护结构上的静水压力与渗透压力， 提高边坡或围护结构的稳定性； 4) 地下水通过滤水管抽走，防止了因渗流而产生的流 砂、管涌等破坏作用； 5) 节省支撑材料，减少土方工程量等。 井点降水法已成为目前在含水透水位土层实施的一种 行之有效的方法。 2井点降水对周围建筑物的影响 井点降水在施工中，在基坑外侧的降低地下水位影响 范围内，地基土易产生不均匀沉降，导致受其影响的邻近 建筑物等发生不均匀沉降，引起不同程度的倾斜、裂缝， 甚至断裂、倒塌。 建筑物的沉降，主要取决于这几个因素：上部荷载对 地基土的附加应力、土的自重应力增加、土的压缩性。 在井点降水过程中，随着孔隙水从土中被吸出而使孔 隙水压力消散或降低，随之土体被压缩、固结。这一固结 过程阶段的快慢，取决于地基土的性质，如饱和粘性土的 压缩、固结需要较长时间才能完成，而砂土固结需要的时 间则较短。而水位下降后，土的天然重度由原有的水下有 效重度增加到饱和重度，增加了土的自重压力。 在动力水作用下，在滤管附近和土层深处产生较高的 真空度，即形成负压区。如果是井点群降水，那么在基坑 内外形成一个范围较大的负压地带，对土质均匀性较差且 松软的土层来讲，这会使土体内的细颗粒向负压区移动， 从而使士体的孔隙增大。当地基土的孔隙被压缩、变形后， 亦将会导致建筑物的不均匀沉降。 井管滤管和滤层是人工降水工作中一个十分重要的环 节，良好的滤管和滤层可以充分发挥井管的作用：渗透性 好，又可将泥砂阻挡于滤层之外，具体表现为出水量大， 出水的泥砂含量小。倘若在真空和动水压力作用下，移动 到滤层周围的细颗粒通过滤层和滤管不断地被抽汲，使抽 出的水浑浊，含泥砂量较大，由于地基土中的泥砂不断地 流失，同样会引起地面沉陷。 不仅如此，因人工降低地下水位而导致邻近建筑物沉 降的因素，还与降水的环境条件、降水的深度、降水的持 续时间、邻近建筑物抵抗变形的能力有关。降水的深度过 大，时间过长，也会扩大降水的影响范围，加剧土的压缩 与泥砂流失，使地面沉陷增大。 3井点降水沉降机理的简单介绍 井点降水的原理分析可以近似运用流体力学中有关伯 努利方程的相关知识来解释。 据伯努利方程可知，测压管水头为： (1) 其中，z 为某点相对于任意选定的基准面的高度，称为 位置水头，m； p 为某点的水压力，在土力学中称为孔隙水压力， Pa； 为水的容重，N/m3； 为某点孔隙水压力的水柱高度，称为压力水头， m。 总水头为测压水头和流速水头之和，即： (2) 其中，V 为某点处的渗流速度，m/s；h 为流 速水头，m。 由于土中渗流阻力较大，地下水的运动很缓慢，流速 水头很小，可以忽略不计。因此在渗流计算中，可以认为 总水头 h 等于测压管水头 hn，即： (3) 根据有效应力原理，某点处竖向有效应力 应为： (4) 渗流的连续性方程： (5) 渗流基本微分方程： (6) 井点降水时，井点处的水位与原地下水位存在一定的 水位差，根据上述原理不难推断出排水时在井点附近会形 成以井点为中心的呈漏斗状的降水曲线。曲线的形状受水 位降低的高度、排水速度、土层的渗透系数等因素影响。 另外，井点降水时，水位降落漏斗曲线所影响的范围， 主要与水位降低深度和土层渗透系数有关，有经验公式如 下： R=10S K 式中：K渗透系数，m/天 S水位降低深度，m R影响半径，m 显然，S 值越大，R 将越大；井管越靠近邻近建筑物， 对邻近建筑物的影响将越大。应当指出，在预估因降水对 邻近建筑物产生不均匀沉降时，S 值应以施工场地最低水位 起算的水位降低深度为宜。 4预防措施 通过上述分析，我们基本了解了井点降水对邻近建筑 物的影响诸因素及其基本机理，那么就有必要提出保护邻 近建筑物不受影响可以采取的具体措施，主要有施工前、 施工过程中以及施工后几个方面。 在施工准备之前，有必要做到以下几点： 1) 了解该场地的水文资料，即地下水的升降幅度及最 高地下水位和最低地下水位；了解邻近建筑物或构筑物的 原有结构，地基与基础的详细情况；了解其下卧层及主要 压缩层内土的性质、土的密实度、土层构造状态等物理性 质。 2) 仔细研究评估邻近建筑结构抵抗变形能力。降水前， 应考虑到水位降低区域内的建筑物(包括市政地下管线等) 可能产生的沉降和水平位移。 3) 井点的设计应当根据由水位降低深度、井点与邻近 建筑物的距离、土层的渗透系数等确定的降水漏斗曲线来 布置安排。 4) 根据相应的降水漏斗曲线分析，估算出在降低水位 后邻近建筑物可能引起的附加沉降值，依据该值结合邻近 建筑物的抗变形能力提前做好必要的处理方案。 在施工过程当中，应当具体做到： 1) 优先采用挡水作用的支护结构，如深层搅拌桩、钢 板桩、混凝土灌注桩或地下连续墙等，并尽可能把降水井 点立管埋设在支护墙的内侧(基坑一侧)，井点立管的深度 应浅于支护墙的深度。 2) 合理确定井点立管的深度，控制降水曲线。当基坑 附近没有建筑，管线、道路时，坑中井点水位应降至基坑 底面以下 lm 为宜；当邻近有建筑、管线时，井点主管埋深 可适当提高，其深度以保证基坑不出现流砂为宜。 3) 适当控制抽水泵或离心泵的真空度。在开挖基坑时， 井点降水用最大的抽水量或真空度运行；在垫层，桩承台、 地下室底板完成后，可适当调减抽水量或调小真空度，使 基坑外的降水曲面尽可能控制在较小的范围内，但要在坑 内、外设置水位观测井，及时控制水位。 4) 在降水井管与建筑物、管线、路面间设置回灌井点， 持续用水回灌，补充该处的地下水，使降水井点的影响半 径不超过回灌井点的范围，防止回灌井点外侧建筑物地下 水的流失，使地下水保持基本不变。回灌水宜采用清水， 以免阻塞井点。回灌水量和压力大小，均须通过计算，并 通过对观测井的观测加以调整，既要保持起隔水屏幕的作 用，又要防止回灌水外溢而影响基坑内正常作业。回灌与 降水井点之间应保持一定距离，一般应不少于 6 米，防止 降水、回灌两井“相通”；也不宜超过 40 米太多，以免超 过降水井点的影响范围，回灌水不起作用。回灌水井点和 降水井点的起动和停止应同步。回灌井点的埋设深度应根 据透水层深度来决定，保证基坑的施工安全和回灌效果。 5) 在降水期间，应定期对基坑外地面、邻近建筑物、 构筑物、地下管线进行沉降观测，并即时绘制相应的变形 沉降曲线。具体要求如下：在受降水影响范围的不同部位 设置固定变形观测点，观测点不可少于 4 个。降水前对设 置的变形观测点宜进行二等水准测量，测量不少于 2 次， 测量允许误差为士 lmm。降水开始后，水位未达到设计降水 深度以前，对观测点可每天观测一次；达到降水深度以后， 可每 25 天观测一次，直至变形影响趋于稳定或降水结束 为止。 6) 降水期间，在基坑内外设观察井定期进行水位观察， 并作好记录。一般而言，抽水开始后，水位未达到设计降 水深度之前，可每天观察 3 次水位、水量；当水位已达到 降水深度，且趋于稳定时，可每天观察 1 次。如果在地表 水补给影响的区域或正值雨季时，观察次数每日 23 次。 如观察过程中发现建筑物等变形增大、沉降趋势加快或者 地下水位情况异常，应及时采取措施。 7) 尽可能地缩短基坑开挖、地基与基础工程施工的时 间，加快施工进度，并尽快地进行回填土作业，以缩短降 水的时间。在可能的条件下，基础施工尽可能地安排在地 下水位较低或枯永的季节更佳，可以减少降水的深度和抽 水量，也可减少对场地上层建筑物的影响。 施工完成后，虽然能够保证周围建筑物短时间不会有 明显沉降，但是仍然应 当注重重点区域的沉降观测，特别是软土地区和地下 水比较丰富、变动较频繁的地区。观测周期在施工结束初 期宜每周 12 次，一个月后可逐步加长观测周期，直至沉 降变化在合理范围内为止。对于高层建筑物则应持续进行 沉降观测。 5结论 诸多工程实践表明，为了保证建筑物深基础的正常施 工，减少对周围邻近建筑、管线，路面的不利影响，通过 采取止水帷幕及回灌水等有效的预防措施，往往为工程