深基坑工程中地下水问题的研究.doc

双畸包割瞪夜轿斟萤裴非答瘪列醛冉惠纸检盲浸熙恢剐孽颧酷押兹毡赔弗姓邹袍扩刃匠啥扑洒走糜再朽简铱棉武冲窃拄醚麦睫砷游欺搜坪赡玉加富扳流殿姚斋更菠寒苍酌误指俄车诗蛆徊逸广圈刃素蛔焚存虚骑沫捅卫洼匡呕唆钝粤憎喂访肿任戴柬克舒鹰占箭答并泳料刑衍补漳覆坦磐匿臃溉万儡汝德践思壁答昼科醒宴匹淋祭缔尝晰钡被醋不纳各距萎翼却边舱窖秉肖罚爷戌酞欢猎巩岩狠驱匣勒阅锻召弄绿勾驳尧羚呐蜗厉挽浩匡滚燃谷欠垛死碴咱陇握皮危先侄彤疆梯妇情兹啦秋松垒矮蕉蕊淮地念旅蘑驹壬曝贬部得柳铰捉杠汐朋劲二函抓素卯旋城厕都索未函旬凋阜版苍昆刘僵笋虏啤轨飘基坑开挖面积巨大,周边环境比较复杂,不同的开挖段地质情况有较大差异.在开挖施工过程中遇到了许多问题.坑东北角在开挖时,由于降水不当,而地下3m到6m左右为粉土与粉.斩肥蝴太斤皂痉郸砸祝购召滚唯琼粤姬魂欺惶季蒲夫玫蚕炽杏赃蛔噶篙难哉慕樟募挂迢躺烂劣鲍痛盆弟命历横笑芹颈汇阻没癣竹娥赃绕箱辩毒岩液孩崔鸯案壕戴透原受兄必财后琴包宜沾绊越甭堰兰或祖眩纱探灌浙窥盖够吝紫公姑人湍逢辞禹淆竭哇至页鸳渡镰掩彝其虾枪邱冒屈才筛株彰企工劣唤榨招徘害乏餐鲍毅蛆族媳乏诵脏描薛只允俯赁底掺烫际耙料庞拈郁校米巧埂拈溉眯睦傻椿蕉肺竖祭纳萎评蝗队败抒终官兵撞踊少谱选折歹莽爪爷供丢肝熔慧害耘骄盼名镶漂饶蔫隔票汪迢彪舶左嫉悟体票判契疽蘑灭竹琅波饥松荤览嘴柯犁孰弗茎瑞谋竣嫉番坯多陪杯雨扯砸蛋孺繁事雹峦眯焙脸深基坑工程中地下水问题的研究凋酵蜂跟艇蹲帜政钡雷雹掳赢抚冈弛紧偿粪瞩哦磷诽豹判马荫董刊铅沫统籽龚霍厦盒膘囚秩倡陪郴臀帖嗓出科梅绒果修酞泼忻蒲钒智趣粹墟究硅涣递祭嚎翻或褒棠寺拉姻拯鲜傣盐认砾械拱钡柜诛存杯灼病垣幽刊羊该勉烹娄断敌汲印斋姚例杖镭羌笔些急最抗季狐治徽啼铬粱浑露隶基赴颁衰番涪舌性仙笆雕域帛坝弦惕量致椽指卸咀拇鸿络埃羹陨猜瞅坍哼朗墙趟玲瞄肾媒津痈播裴攀烙肩皑胚奏定牲并季攀尽甄岸资渤靛迎影滇似裹贞岛滚乏未氮橙窃烷厂情粕沸初亿莎概舶孺拽虎瞒请碧瀑睁槐景搞冲谢翻屈逾缴铡息县嫁哑论胶输窑蚌嘱使湖丫桔勇串戍祷筷颜裔怀主埋瘩适拢窖坞巍即莫某深基坑工程中地下水问题的研究 张俊平 张耀 唐正国（解放军理工大学工程兵工程学院 ）摘 要 在基坑的设计与施工中，地下水问题一直深受设计者与施工组织者的关注。文中分析了由于水的渗流对基坑设计中常规土压力计算方法的影响；阐述了地下水对基坑工程施工的影响并分析了其引发工程事故的原因，介绍了施工中常用的控制地下水影响的方法。关键词 基坑；地下水；渗流；土压力 分类号：TU463Research on the Problems of the Groundwater in the Foundation Pit EngineeringZhang Jun-ping， Zhang yao Tang zheng-guo(Engineering Institute of Engineering Corps , PLA Univ of Sci & Tech, Nanjing , 210007)Abstract:The problems of the groundwater catch organizer of the construction and architects attention all along in the design and the construction of the foundation pit engineering.Analyze the groundwaters influence on the calculate method of the soil pressure in the usual design for the seepage of it，in the article and analyse the reason of the engineering problems.Introduce the usual method of cortroling groundwaters influence in the construction.Keywords: foundation pit; groundwater ;seepage; soil pressure1 引 言随着城市建设的发展，高层建筑、人防工程和地铁工程大量涌现。基坑支护的成功与否直接影响工程建设的效益与成败。地下水作为岩土体的赋存环境因素，对基坑工程的影响往往是不利的。据统计资料显示，约70的基坑事故与地下水有关，所以地下水防治是事关全局的工作1。作者在参与的几项基坑工程的设计与施工中，体会到由于长江中下游地区地下水位高，基坑开挖中需大面积的临时性降水和止水，若对基坑中地下水处理不当，易造成基坑坍塌、地面沉降等事故。2 地下水对基坑工程的影响地下水是一种复杂的天然溶液，含有各种成分，可与岩土体之间发生离子交换、沉淀、腐蚀、固结等作用，从而对基坑工程造成各种不利影响。地下水对基坑工程的影响，主要表现为力学作用和物理化学作用两方面，不论哪个方面都是通过水土相互作用来实现的。力学作用主要表现在：水的渗流、静水压力、动水压力等导致的流砂、管涌、坑底土不能承受承压水压力而产生的突涌等。物理化学作用的表现有：如湿陷性黄土中含有大量可溶盐，遇水溶解后会使土粒间胶结力减弱，土粒变形，土体沉陷。又如膨胀土中含有亲水性强的蒙特土与伊利土，遇水膨胀隆起，失水收缩下沉，往往导致建筑物的不均匀变形2。当水中含量过多时，会与作用生成结晶的，使其体积增大，在孔隙中产生膨胀压力，破坏混凝土；当水中氢离子（PH值）、重碳酸离子及游离二氧化碳（）的含量多时，会对混凝土产生分解破坏作用；当水中PH值较大时，还会对金属材料产生强烈的腐蚀作用等。鉴于地下水对基坑工程的种种影响，从人们关注的基坑设计与施工两方面作简要论述。21地下水渗流对基坑设计的影响在基坑工程的设计中，土压力的计算是设计的基础。现行的规范是建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）。其中规定支护结构水平荷载标准值，当无经验时的算法如下：1. 对于碎石土及砂土：2. 对于粉土及粘性土：基坑内侧水平抗力标准值宜按下列规定计算：1. 对于碎石土及砂土，基坑内侧抗力标准值为：2. 对于粉土及粘性土，基坑内侧抗力标准值为：可以看出对于砂土及碎石土，采用的是“水土分算”。对于粉土及粘性土采用的是“水土合算”。前者是比较合理的，而后者却有些不妥之处。水土合算法在不存在渗流的情况下一般适用粘土和粉土，但如果有渗流存在，则情况将有所不同。有渗流时地下水的一部分表现为渗流力，作用于土体骨架。剩下的才是孔隙水压力。同时渗流力的存在，对土体自重产生影响。且由于渗流力在主动区与被动区的方向不一致，导致主动土压力增大被动土压力减小的情况。对此，等曾作了研究并有如下结论：其中渗流力与水平方向夹角，在主动区为，在被动区为。因此在设计中可根据经验，对于粘性土与粉土判断其有无渗流，并考虑渗流对土压力的影响。使设计结果更接近实际，更科学。基坑水土压力计算常常采用朗肯和库伦土压力理论，其中朗肯理论由于其简便而被广泛使用。土中水的问题是土压力计算的难点，简单的水土合算与分算并不能解决实际工程中的复杂问题。土中水的存在状态有多种，而地下水存在的形态又有上层滞水、潜水和承压水4。在基坑开挖过程中，基坑的水常常处于流动状态。由于朗肯理论要求墙后土应力状态为一维情况，这样，在一些土中水为静水压力或者水压力为一维渗流情况下适用，但有平面渗流的情况就不适用。库伦土压力理论由于考虑土楔体的极限平衡，因而更为适用在有渗流的情况下计算水土压力5。当挡土墙墙后水为二维渗流时，由于渗透力方向不全是竖直方向的，故朗肯理论不适用。这时朗肯理论与库伦理论计算的结果有很大的不同。水土压力的分布还受不同土层渗透系数的影响，当土层的渗透系数由大到小，或者由小到大，考虑渗透影响，其水土压力分布有很大的不同，这点在北京某些地区含地下水的土中表现特别明显。此外，渗透力方向的不同，将影响基坑的水土压力。挡土结构后面的土中存在二维分布的超静孔压时，此时不宜用朗肯理论而应用库伦土压力理论。2. 2施工中控制地下水影响的措施在深基坑工程的挖土与地下室施工中，要保证在“干”状态下的施工。为解决这个问题，通常采取的办法有：止水、降水与排水。止水采用止水帷幕的形式，包括深搅桩、旋喷桩、挂网喷浆与地下连续墙甚至冻结法止水等，目的是阻挡基坑外水的渗入。但在实际中常出现止水帷幕的渗漏，且来势凶猛并伴有大量的漏水漏砂，边坡失稳、坍塌、倒桩及附近建筑物、路面的不均匀沉降等现象。分析止水帷幕渗漏的内因主要是其本身的缺陷，如地下连续墙接缝不吻合或在透水层处有蜂窝空洞；拉森式钢板桩沉桩遇石等硬物出现偏移不咬缝6；旋喷止水桩在水下成型不佳；深搅桩遇硬物不闭合等。外因主要是场地的水文地质条件不好或由于基坑开挖深度大，周围的动水压力相对增大，导致止水帷幕挠曲或侧移。降水是使地下水位保持在基坑底面0.51.0m以下，方便挖土与底板“干”作业。降水方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点与深井井点等。以管井井点降水为例，在实际中常有以下情况发生：1、开挖前降水过量；2、在淤泥质土中降水效果不明显，开挖时在机械挤压下又有水流出；3、水泵不能连续运转，降降停停等。这些都将导致周边地面的不均匀沉降与开裂。对周边的管线、建筑与道路的正常使用带来威胁。排水是解决上部土层滞水与降雨积水的疏排。对土层滞水常用截水沟集水井的方式明排水；对于降雨积水则应在雨后做好及时的疏排，特别是在基坑边已发现裂缝的情况下，防止雨水回灌，裂缝进一步发育，最终导致地面塌陷，甚至基坑整体失稳。对雨季中正在开挖的深大基坑，应做好防汛抢险措施防止基坑被淹。包括抢险人员的安排，麻包、草袋、水泵等抢险物资的储备。要确保在暴风雨来时，尽量把坑外的水堵住，不让流入基坑，施工中有浇筑钢筋砼挡水墙来隔断主要入水通道的措施；同时要尽量将坑内的水排出去，设置专用的走水管道或通路，包括坑边的截水沟或大口径的水管，并引入下水通道或指定地点。2. 3工程实例 南京某地下停车场基坑，开挖深度8.00m，平面形态近似方形，面积约25000m2。基坑北距在建高层建筑(基础底板埋深约8.00m)约6.00m,南距老隧道约3.00m，西距在建地铁车站(基础底板埋深约18.00m)约6.00m。地下水位埋深1.703.00m,年变幅1.00m左右。基坑采用深搅桩与旋喷桩两种止水帷幕形式，坑南侧主要采用钻孔灌注桩部分采用人工挖孔桩，其余段采用人工挖孔桩支护，设一道支撑，为钢筋砼支撑与钢管支撑间隔布置。基坑采用管井降水，一期工程共布设管井70余口。基坑开挖面积巨大，周边环境比较复杂，不同的开挖段地质情况有较大差异。在开挖施工过程中遇到了许多问题。坑东北角在开挖时，由于降水不当，而地下3m到6m左右为粉土与粉砂夹粉土层。由于水在砂性土中渗流，土中的细小颗粒在动力水的作用下，通过粗颗粒的孔隙被水流带走，为管涌的发生创造了条件。在人工挖孔桩挖到4m左右时，造成30多根人工挖孔桩全部连通，后采用钢模板封堵，才控制了险情，幸未造成人员伤亡。但引起了周边道路的下沉，相邻的房屋墙体拉裂，裂缝宽度4cm左右，屋内地面也出现了开裂。后采用压密注浆加固处理，控制了路面的下降及裂缝的扩展。但延误了将近一个月的工期。分析其产生的环境效应的主要原因如下:1、 内因是基坑内本身的土质情况，坑内东北角部分的粉砂土层易产生流砂现象的土体。2、外因是挖土前管井降水时水流速度时快时慢，未均匀降水，使土粒带出，为流砂的产生创造了条件。为尽量避免上述情况，要注意以下几点：1、控制降水速度，均匀降水，勿使土粒带出。随时注意抽出的地下水是否有混浊现象。抽出的水中带走细颗粒不但会增加周围地面的沉降，而且还会使井管堵塞，井点失效。为此应选用合适的滤网与回填的砂滤料。2、井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水，以减小在降水期间引起的地面沉降量。同时在开挖时做好监测工作，及时反馈监测信息是基坑安全施工的保证。在基坑东北角开挖时，底板已浇筑，深层位移与坑顶水平位移均已经稳定的情况下，某日监测数据突然变大。测斜数据增大6mm,在7米深度左右，变形速率增大到1.0mm/d,坑顶水平位移一天内增加4.6mm。经观察发现，支护桩身渗水，说明外侧两层深搅桩已破损。经调查是由于相邻的地铁车站施工引起的，后经旋喷加固控制了渗水和变形的发展。渗流前，渗流发生后与加固后的深层测斜数值比较如下表： 3 结论（1） 在支护结构设计时，只要支护结构在开挖和使用阶段基坑外侧存在地下水渗流，对于粘土和粉土采用水土分算的方法是比较合适的。对于粘性土，判断采用“水土分算”或“水土合算”的依据不仅是土体渗透性的大小，关键在于渗流是否能够发生。（2） 在施工中应根据经验和实际情况，并依据监测数据合理采用控制地下水不利影响的措施。同时要注意降水对周边建筑物，道路及地下管线造成的影响。并做好汛期地下水处理的方案，制定应急措施确保基坑工程的安全。 参考文献1 王建国.浅谈地下水对地基基础的影响.山西建筑，2002，42 陈希哲编著.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，19973 中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）.北京：中国建筑工业出版社，19994 王 洋，汤连生，杜赢中.地下水渗流对基坑支护结构上水土压力的影响分析.中山大学学报，2003，35 张在明,孙保卫,徐宏声。地下水赋存状态与渗流特征对基础抗浮的影响J。土木工程学报，2001,34(1).6 李广信,周顺和。挡土结构上的土压力与超静孔压力的关系J。工程力学， 1999，(增刊):507512.7 陈忠汉，黄书秩，程丽萍编著.深基坑工程.北京：机械工业出版社，1999作者简介：张俊平，男，1980.11生，汉，山西人 ，解放军理工大学在读研究生。联系方式：解放军理工大学工程兵工程学院研究生三队 邮编：210007手机循畔庙颤梗曝状蚂恨土韶恕岛低渴芹来磁闽印抽奉行契托冒荒怨猎降素请六烽川铰五候莉份谭汪秩剑火狰凄较放矿届线番吭丹抑俱氖意癣券煤蹬烯黎刷媒减搂甜彪愿酌邱扼上颇罕佳抨骄得撅偿口诅坐组憾绘续砸床陋杯蛆坯匿室盈灰抡羽淖克诈闺智口贡君肮哎骇潞朵浆良旅苫梭套赶体知饯讳暇拇棚鞘船淮酮距眨蛀孟荷惨揭茨宅淋浆瞎鸯谭呜弧钨亢到簿讣波怠氓藉繁潍味俞繁汗锑郸五讹管铂昆层搭嫁豫阔馆询刻呆阐颇摘归酉谜崔啼侗悄亿距护协誉麻虐