基坑开挖降水导致地面沉降的分析

发表时间:2020/7/30   来源:《建筑实践》2020年39卷7期   作者:刘 飞
[导读] 随着我国城镇化建设的快速推进,大批深基坑涌现在拥堵
        摘要:随着我国城镇化建设的快速推进,大批深基坑涌现在拥堵的城市环境中,基坑施工引发的环境变形需要被严格控制。根据基坑施工全过程产生变形的机理、危害及控制方法,将深基坑施工全过程归纳为以下几个阶段:围护结构施工、基坑开挖前降水、土方开挖、分层疏干与承压水降水、支撑或楼板施工、支撑拆除及回填土、地下水恢复,其中,除了土方开挖及其后续施工过程可引起基坑变形之外,基坑开挖前的降水也会导致支护体系和坑内外土体变形。
        关键词:基坑开挖;降水;地面沉降
引言
        基坑开挖前降水已被证实是基坑土方开挖前围护结构变形的重要影响因素,搞清楚这一过程引发变形的机理(原因)对于后续研究基坑施工全过程的变形预测与控制有较大帮助。然而,实际工程中,工程人员对于基坑开挖前降水过程的关注还不够,他们通常只关心降水井能否正常抽水,坑内水位能否下降,却忽视了对开挖前基坑受力变形响应(如围护结构变形、土压力)的有效监测,这导致目前这方面的工程实测资料相当有限,再加上传统的数值模拟在考虑土体受力变形特性及土?结构相互作用上做了较多假定,计算结果需要得到试验或实测证实才能有较强说服力。基于此,对基坑开挖降水导致地面沉降的分析很有意义。
1降水引起土体有效应力的基本理论
        正常含水土体在降水后会引起地表沉降,其根本原因是降水过程中降水漏斗内土体有效应力改变导致土体产生压缩,宏观上表现为地表沉降。在降水的过程中降水漏斗曲线是处于动态变化状态,而无论曲线怎么变,降水漏斗曲线上面土体始终处于疏干状态,曲线下面土体是处于饱和状态,因此降水漏斗曲线可以将土体划分成两部分区域,一部分成为疏干区域,一部分成为饱和渗流区域。分别考虑两部分土体在降水过程中由土体有效应力变化产生的单元体压缩量,以基坑开挖面建立二维平面进行二重积分叠加进而可就得地表沉降总量。
2基坑降水工程施工技术要点
        2.1测量定位
        在正式施工之前,施工人员需要根据设计图纸确定降水井的具体位置,并在井位测放完毕后做好明显标记,如布设井点处存在障碍物,则还要提前将障碍物清除或与甲方进行沟通,如障碍物无法清除则应适当调整井位,之后再进行护口管的埋设。护口管埋设需要注意控制好护口管内径与顶部高度,本工程中护口管设计内径800mm,护口管顶部与地面间距离的设计要求则为0.10~0.30m,埋设过程中需要将护口管底口应插入原状土层中,并用黏性土或草辫子在外部进行密封,以避免管外返浆。
        2.2清孔换浆
        以设计标高为钻进过程中的控制标准,达到该值后暂停钻进,正式提钻前应适当向上提升钻杆,使其与孔底间距维持在0.50m,通过冲孔的方式完成杂物清理作业,此过程中应调整孔内的泥浆比重,使该值稳定在1.10左右,经过此环节处理后应确保孔底沉淤厚度<30cm。
        2.3井管安放
        清孔换浆结束后可开始安放井管,但安放前必须要对井管及钻孔进行严格检查,其中井管主要是检查过滤器缝隙是否符合设计要求,滤水管规格是否达标,而钻孔则主要是检查孔深参数。检查完毕后要将沉淀管底部用厚度在3mm以上的铁板封堵好。另外,井管焊接质量与基坑降水施工质量密切相关,因此,安放的井管必须要保证焊接接头为套接型,且各项相关参数符合设计要求,本工程规定井管焊接接头的套接接箍长应为20mm,套入上下井管各10mm,套管接箍与井管焊接应保证焊接牢固、焊缝均匀且无砂眼,焊缝堆高不小于6mm。焊接检查接受后方可开始下井管,下管时要在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器(找正器),以保证滤水管位置的准确,扶正器采用梯形铁环,上下部扶正器铁环应1/2错开,不在同一直线上。


        2.4洗井排水
        降水井成井后施工人员需要将护筒管拔出,换上空压机进行洗井,洗井主要是对滤管进行清洗,清洗时应按照从上到下的顺序进行,并保证井内水位淹没洗井头,如因特殊情况无法淹没井头,则要加水冲洗,为清除孔壁上的泥浆以及管底沉淤,还要采用空压机进行清理,待洗井水清澈不含砂后停止清洗,开始排水工作。降水井排水前为保证降水井抽水效果,还需先进行试抽水,试抽水主要是将抽水泵下入到降水井之中,连接配电箱、布设排水管道等配件全部安装完毕并检查好安装效果后,开始试抽,如试抽成功,则可直接投入使用,否则应查明原因并进行调试处理。洗井及降水运行时,需要将排出的水通过三级沉淀池排入场外市政管道中,钻孔泥浆则要排至泥浆池内后进行外运处理。
3施工过程中的深基坑支护的施工技术管理
        3.1合理选择深基坑支护形式
        在施工过程中,要依据工程要求选择更具针对性的支护形式与技术。要依据不同区域的特点,合理的对深基坑支护形式进行选择。在实际建筑工程中,土钉墙、重力式水泥土墙、放坡以及支挡式结构的使用最为普遍。通过研究表明,支挡式结构支护在建筑工程中的应用十分广泛,并且适用性也十分突出,可根据实际情况予以更加灵活的运用,所以其也成为了施工单位最为青睐的支护形式。在安全等级为二级或三级的基坑工程中,采用土钉墙支护形式,这种方式的基础上采用了具有多种结构的土钉,具体选择应结合施工环境土质形态和地下水位等情况。在工程应用中,重力式水泥土墙支护结构常用于安全等级为二、三级的地基基础上,广泛应用于我国淤泥土等工程环境中,它对地基基础的深、浅程度要求很高,一般要求地基的深。放坡这种支护形式的适用范围相对较小,这种支护形式广泛应用于三级安全基坑,在施工中常与其它支护方式结合使用。
        3.2做好基坑降水、排水及止水工作
        在应用深基坑技术时,为了保证深基坑的稳定性,则要做好基坑降水、排水与止水等工作。在实际工程中,施工单位要了解土层的渗透系数,并对承压情况进行计算,如果计算结果与工程要求存在差异,则要采取措施来进行节水减压,或者通过设置降水井等方法来解决这一问题。因深基坑地下水位较高,且受降雨量的影响,长期使用易造成施工区域周围环境发生变化,从而影响了基坑支护的稳定性和安全性。借助于井点降水法,可以有效地改善施工场地土的物理性质,同时借助于此方法,可以减少基坑支护技术应用过程中出现的结构变形问题。在深基坑工程施工过程中,由于施工区域周围环境的影响,当雨水流量超过基坑施工要求时,可采用拦水帘遮挡的方法,以保证基坑的安全。当前,国内一些深基坑塔身结构在应用中采用地墙等止水方法,这种方法能有效地实现支护桩的结合,有利于深基坑施工的顺利进行。
4结语
        总之,随着我国建筑工程数量与规模的不断提升,对深基坑支护施工质量标准要求也更加严格。在实际建筑工程中,施工单位要根据具体情况,选择合适的深基坑支护技术,并加强施工阶段的技术管理工作,确保深基坑支护技术能够发挥最佳效果,提升深基坑施工的施工质量,对促进建筑工程事业的发展有着十分重要的作用。
       
参考文献
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作者简介:刘飞(1988.4-),男,汉族,山东滨州人,大学本科学历,工程师。现从事工程咨询、项目可研编制、施工管理等相关的工作。
       
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