在基坑支护设计中有两个因素很重要:第一是合理的围护设计要保证围护结构的水平位移在规范规定的安全范围内;第二是围护设计要保证在地下降水过程中,既能方便施工又避免因流砂、管涌等导致地面沉降的出现。所以人工降低地下水位的技术措施很重要,应根据基坑场地的土性、渗透系数、水动力条件和周边环境条件来选择合理的降水措施。降水的技术方法及适用范围见表6.13。
表6.13 降水技术方法及适用范围
1)明沟排水
明沟排水是在基坑(槽)内设置排(截)水沟和集水井,用抽水设备将地下水从集水井内排走,以达到疏干基坑内地下水的目的。明沟排水一般适用于渗透性差的黏性土地基排水。
随着基坑的开挖,当基坑深度接近地下水位时,沿基坑四周围挖一个环形排水沟,排水沟内设置集水井,二者互相连通。然后,用抽水设备自集水井向坑外抽排地下水。随着坑底的不断加深,集水井与排水沟亦不断向下布置,直到坑底达到设计标高为止。见图6.10及图6.11。
图6.10 基坑内明沟排水
1—基坑内线;2—排水沟;3—集水井
图6.11 分层开挖排水沟
1—挖土面;2—排水沟
2)井点降水
井点降水是利用井(孔)在基坑周围同时抽水,把地下水位降低到基坑底面以下的降水方法。井点降水常适用于粉砂、砂土地基降水。一般要24h不间断地抽水。要注意降水漏斗对周边环境沉降的影响。
当地下水位高出基坑底面的标高较大,尤其是坑壁地层为松散的粉细砂、粉土,或透水性较强的砂砾、卵石等地层,且地下水的补给源又比较充足,采用明沟排水坑壁易发生流砂、坍塌等影响施工时,可采用井点法降水。当地下水降水面要求较深时,可采用多级井点降水。井点降水分为轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点和电渗井点等。这里只着重介绍轻型井点降水方法。
(1)轻型井点适用范围
适用于渗透系数为0.1~50m/d的土层,对于渗透系数为2~50m/d的土层更为有效。
(2)主要设备
井点管:直径为38~50mm的钢管,长5~8m,整根或分节组成。
集水总管:内径为100~127mm的钢管,长为50~80m,分节组成,每节长4m,每一集水总管与40~60个井点管用软管连结。
抽水设备:主要有真空泵(或射流泵)、离心泵和集水箱等。
(3)平面布置
轻型井点法降低地下水位的全貌见图6.12。
图6.12 轻型井点法降低地下水(www.daowen.com)
井点系统的平面布置由基坑的平面形状、大小、要求降深、地下水流向和地层岩性等因素决定,可布成环形、U形或线形等。
当基坑宽度大于2倍抽水影响半径时,可在基坑中间加一排线形井点。
当基坑宽度小于2倍抽水影响半径时,可沿基坑外缘0.5~1.0m布置井点,过小易发生漏气现象。
当基坑宽度较窄(≤2.5m),要求降深较小(≤4.5m),可只在地下水的上游一侧布置一排井点,二端延伸长度一般以不小于坑宽为宜。若要求降深较大或土质不好(如粉细砂等),则沿基坑两侧布置井点。
井点间距可根据土质情况和要求的降水深度而定,或通过现场试验及地区经验确定。一般为0.8~1.6m,以1.2m者最多。
(4)井点级数确定
当要求降深不超过5m时用单排井点,如图6.13所示;当降深要求大于5m时用二级或多级井点,如图6.14所示。
图6.13 单排井点布置
图6.14 二级轻型井点系统的布置
1—地下水静止水位线;2—从第二级井点抽水时地下水位的降落曲线;3—从第一级井点抽水时地下水位的降落曲线
(5)井点管埋设方法
水冲法:利用高压水冲开泥土,井管靠自重下沉。在砂土中压力为4~5kgf/cm2(1kgf=98.067kPa);在黏性土中压力为6~7kgf/cm2。冲孔直径一般为30cm,冲孔深度宜比滤水管底深0.5m左右。
钻孔法:适用于坚硬土层或井点紧靠建筑物的情况。当土层较软时,可用长螺旋钻成孔。井点管下沉达设计标高后,在管与孔壁之间用粗砂、砾砂填实,作为过滤层。距地表1m左右的深度内,改用黏土封口捣实,然后用软管分别连在集水总管上。
(6)井点管埋置深度(不包括滤水管长)
井点管埋深H可按下式计算:
式中 H1——基坑深度,m;
h——基坑底面至降低后的地下水位距离,一般取0.5~1.0m;
i——降落漏斗水力梯度,环形井点可取1/10,单排井点可取1/4;
L——井点管至基坑中心或基坑远边的距离,m。
3)深井降水
深井降水适用于涌水量很大、水速很快的砂土、砂砾层基坑降水。设置方法是先用钻机打一个孔,孔深一般大于设计降水面以下1.0m左右,然后预埋深井管。深井管一般采用硬塑料波纹管,直径ϕ200~ϕ500mm,管子在含水层地段打孔并包扎滤网,管子埋好后将管四周土填好。基坑开挖时用深井泵在管内抽水,如图6.15所示。一般也要24h不间断抽水。要注意降水漏斗对周边环境沉降的影响。
图6.15 深井降水
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