高层建筑深基坑地下水控制

高层建筑深基坑地下水控制

作者：杨艳

来源：《城市建设理论研究》2012年第29期

摘要：长白县地区工程地质中地下水含量丰富，这使得在地区深基坑工程施工中必须采取有效的地下水控制措施。本文简要论述了在本地区深基坑地质勘探和设计施工中一些地下水控制方法的选择和措施，如动水压力和流砂的防止措施以及基坑涌水量的计算等。

关键词：高层建筑；深基坑；地下水控制

Abstract: Changbai County regional engineering geology in underground water content, which makes effective groundwater control measures, must be taken in the deep foundation construction. This article briefly discusses the deep foundation pit in the region some of the geological exploration and the design and construction method of groundwater control options and measures, such as hydrodynamic pressure and flow of sand prevention measures as well as the calculation of the amount of water Pit.Key words: high-rise buildings; deep foundation; groundwater control

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

长白县城区位于长白向斜的东端鸭绿江大断裂上，向东与朝鲜的惠山—利源坳陷相接，断裂构造发育，褶皱复杂，向斜核部由石炭、二叠系地层组成。向南依次出现奥陶系、寒武系、震旦系地层。向北翼多被中生代、新生代地层覆盖。城区内主要河流为鸭绿江，地下水资源丰富。这使得高层建筑深基坑中经常会遇到地下水，由于地下水的存在，给深基坑施工带来很多问题，如基坑开挖，边坡稳定，基底隆起与突涌、浮力及防渗漏等。为了确保高层建筑深基坑工程施工正常进行，必须对地下水进行有效治理，若处理不当会发生严重的工程事故，造成极大的危害。因此，地下水的控制工作已越来越受到重视，成为本地区深基坑施工中的重要组成部分。要治理好地下水，就必须了解场地的地层结构，查明含水层厚度，渗透性和水量，研究地下水的性质、补给和排水条件，分析地下水的动态特征及其与区域地下水的关系，寻找人工降水的有利条件，从而制定出切实可行的最佳降水方案。一、动水压力和流砂粒径很小的非黏性土，在动水压力作用下，土颗粒极易失去稳定，而随地下水一起流动涌入坑内，这种现象成为流砂[1]。产生流砂的原因主要外因取决于外部水位条件，而内因取决于土的性质。1.产生流砂的外因地下水的渗流对单位土体的土颗粒产生的压力称为动水压力，用表示，它与单位土体内渗流水受到土颗粒的阻力T大小相等、方向相反。如图1-1所示，水在土体内从A向B流动，沿水流方向任取一土柱体AB，其长度为L，横断面积为S，两端点A、B之间的水头差为。计算动水压力时，考虑地下水的渗流加速度很小，因而忽略惯性力。

作用于AB土体上的力有：，其中g为重力加速度, 为水的密度,S为断面积；土柱体内水的重量；为土柱体中的土颗粒对渗流水的总阻力， T为土体的阻力。

根据静力平衡条件，得

将代入上式，可得式中，，称为水力坡度。设水在土中渗流时，对单位土体的压力为，由作用力等于反作用力、但方向相反的原理，可知：由此式可知：动水压力与水力坡度成正比；动水压力作用方向与水流方向相同。

由于动水压力与水流方向一致，所以当水在土中渗流的方向改变时，动水压力对土就会产生不同的影响[2]。如水流从上向下，则动水压力与重力方向相同，加大土粒间的压力。如水流从下向上，则动水压力与重力方向相反，减少土粒间压力，也就是土粒除了受水的浮力外，还要受到动水压力向上举的趋势。如果动水压力等于或大于土的有效重度，即此时，土粒即可能失去自重，在动力压力作用下处于悬浮状态，随着渗流的水一起流动，即出现所谓流砂。

2.产生流砂的内因

由土的三相比例指标换算公式可知，土在水中的有效重度与孔隙比的关系：

式中—土的饱和重度；—土的相对密度；—土的孔隙比。

所以，土粒愈细，有效重度愈小，孔隙比愈大，在孔隙水动力压力作用下就愈容易产生流砂。根据经验，流砂一般容易发生在细砂、粉砂等砂性土壤中。所以，为避免施工过程出现流砂，施工前即应了解工程场地的地质、水文情况、以便预先采取措施防治。3.流砂的防治措施细砂、粉砂等砂性土壤一般容易发生流砂现象，但是否出现流砂现象的重要条件是动水压力的大小和方向。在一定条件下土转化为流砂，而在另一些条件下，又可将流砂转变成为稳定土。因此，在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治砂必先治水”。防治流砂的途径有：一是减少或平衡动水压力；二是改变动水压力方向；三是截断地下水流。具体措施有：（1）枯水期施工：因地下水位低，坑内外水位差和动水压力小，因此不易产生流砂。（2）抛沙袋或大石块重压法：在施工过程中如发生局部的或轻微的流砂，可组织人力分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖至标高后，立即铺设芦席并抛沙袋或大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。（3）打钢板桩法：将板桩沿基坑周围打入坑底面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流路线长度，从而减小水力坡度，降低动水压力，防止流砂产生。（4）水下挖土法：就是不排水施工，使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。（5）人工降低地下水位法：如采用轻型井点，喷射井点及管井井点等，由于地下水位降低，在降水疏干区流砂失去了流动的条件，不会产生流砂。而在疏干区以下，地下水的渗流向下，使动水压力的方向也朝下，增大土粒间的压力，从而有效制止流砂的产生[3]。因此，此法应用广且较可靠。（6）地下连续墙法：沿基坑四周筑起一道连续的钢筋混凝土墙，以支撑土壁、截水并防止流砂。此外，在含有大量地下水土层或沼泽地区施工时，还可以采取土壤冻结法等。对位于流砂地区的基础工程，应尽可能用桩基或沉井施工，以节约防治流砂所增加的费用。

二、基坑涌水量的计算地下水渗入基坑的涌入量的涌水量与土的种类、渗透系数、水头大小、坑底面积等有关，可通过抽水试验确定或实验经验估算，或按大井法计算。流入基坑的涌水量Q为从四周坑壁和坑底流入的水量之和，一般按下式计算：