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基坑地下水控制的方法与作用

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李聪

[导读] 摘要：近年来，城市建筑多以建筑群形式出现，基坑工程也多为建筑群综合体基坑，其特点为基坑深度大、平面形状复杂、竖向不同深度形成交叉，地下水作为基坑工程的重要影响因素，基坑地下水控制已然成为工程施工的重难点。

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        摘要：近年来，城市建筑多以建筑群形式出现，基坑工程也多为建筑群综合体基坑，其特点为基坑深度大、平面形状复杂、竖向不同深度形成交叉，地下水作为基坑工程的重要影响因素，基坑地下水控制已然成为工程施工的重难点。
        引言
        地下水是一种影响基坑建设施工的重要的环境因素，因此在基坑工程项目设计施工过程中对地下水的排降是一项重要任务。地下水主要可以分为：包气带水、潜水和承压水，其中潜水和承压水对基坑开挖和基坑边坡的稳定性有较大影响，基坑降水主要是对这两种地下水进行排降。基坑降水首先可以保证基坑施工作业在干燥环境下进行，其次可以有效减少孔隙水压力，提升基坑边坡强度，加速土体固结速度，从而增强基坑边坡和建筑结构的稳定性，保证工程质量与施工安全。
        一、地下水的不良影响
        地下水虽然可以作为施工建设工程中良好的供水水源，但是地下水的存在同样会给施工建设带来诸多不良影响。
        1.动水压力产生流砂和机械潜蚀
        流砂是地下水的作用下土层中的颗粒物随着水流穿过空隙流失，造成地层被掏空甚至塌陷或者崩解的现象。当地下水作用力较小，不能形成流砂现象，但由于水流的冲刷，仍然会有细小的颗粒物穿过空隙流走，在土层中形成大小不一的孔隙通道，对土体的结构造成破坏，一定程度上降低土体的强度，使土体容易被压缩，这种现象就是机械腐蚀。流砂和潜蚀都会破坏土体结构，对基坑稳定性造成不良影响。
        2.地下水的浮托作用
        如果建筑物的地基最底部位于地下水水位以下时，地下水就会对建筑物的地基底部产生浮力，这种浮力会降低基础的抗滑力，导致地基基础的抗滑稳定性降低。
        3.地下水的腐蚀作用
        在地下水的作用下，土中的易容盐分会被溶解，从而破坏土体的结合力和土的结构，导致土粒脱离土体被水冲走形成空穴，这种现象被称作化学潜蚀，如果建筑物遭到地下水化学腐蚀的长期影响，其结构和稳定性就会遭到破坏。同时混凝土和钢筋都会受到地下水的腐蚀，使其强度降低。
        4.承压水对基坑的作用
        如果基坑底部存在承压含水层的话，承压水有可能冲破其顶部的隔水层，从而破坏地基。一旦地基遭受承压含水层的破话，往往造成比较严重的后果，承压水冲破基坑基底就会形成地下水突涌等现象，这些现象会对地基造成严重的破坏，因此在基坑工程施工中，应对基坑范围内的承压含水层进行合理释压。
        5.地下水位下降引起软土地基沉降
        一般在软土层或者地下水位较高并且地下水含量较高的土层中进行施工时，就要采取一定的措施来降低地下水位。如果地下水控制措施采取不合理，造成地下水位降深太大或者地下水位产生不均匀沉降，不仅会造成临近地面、建筑和周围地下管道线路的不均匀沉降，严重的话会造成临近建筑物的基底土颗粒被冲走，基底被掏空，地上建筑开裂，严重影响临近建筑物的正常使用甚至造成安全事故。
        二、地下水控制方法
        地下水控制一般采用截水、降水、排水或者其组合形式。合理有效的地下水控制方案不仅为基坑施工创造良好的作业环境，保证建筑物稳定安全，同时能够减少对基坑周围地质环境和水资源的不良影响。
        1.截水法
        截水是地下水控制的重要方法之一，是为了防止地下水渗透到基坑（槽）中，影响工程施工。截水最常用的方法是布设截水帷幕，截水帷幕是设置低渗透性的围挡结构从而阻止地下水流进基坑，因此截水帷幕的设计厚度需满足一定的防渗要求，一般情况截水帷幕的渗透系数需要不大于1.0×10-6cm/s。截水帷幕分为落底式截水帷幕、悬挂式截水帷幕和封底式截水帷幕。

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落底式截水帷幕是指帷幕的底端穿了透含水层，同时其底部进入含水层下部隔水层的截水帷幕；悬挂式截水帷幕是指帷幕的底端并没用穿过含水层的一种截水帷幕。在施工过程中用的比较多的截水帷幕施工技术有水泥土搅拌桩帷幕、高压喷射注浆帷幕和地下连续墙等。
        1.水泥土搅拌桩截水帷幕
        水泥土搅拌桩隔水帷幕是使用一定比例的水泥和基坑土用专业设备在建筑基坑以下原位进行混合搅拌，从而固结形成的基坑止水措施，它拥有改善基坑边坡的稳定性、止水防漏、挡土固坡等作用。他是使用水泥作为固化原料，然后和基坑里的软弱土层进行混合搅拌，利用水泥和软弱土层之间的一些物化反应，从而使软弱的地基土形成整体的具有一定稳定性和强度的土体。
        2.高压喷射注浆帷幕
        高压喷射注浆技术是一种使用在地基加固、提升地基土的土体强度、改变土体结构，从而削弱土体形变，阻截地下水和地下流砂流入基坑的地基处理技术。它的作用原理是利用钻井设备，将带有喷射装置的注浆管钻入基坑深部，然后使用高压喷射装置喷出泥浆或者水，使用高压流体冲击土体，从而破坏土体结构，由于冲击的能量很大，将一部分细小颗粒随泥浆或者水冲出水面，剩下的颗粒较大的颗粒在自身重力和泥浆喷射的冲击力和离心力的作用下与泥浆混合，并重新排列形新的结构，等到泥浆凝固，便形成了具有一定强度和隔水能力的土体结构。目前常用的高压喷射注浆技术有：单管高压喷射注浆技术、二重管高压喷射注浆技术、三重管高压喷射注浆技术和多重管法高压喷射注浆技术等。
        3.地下连续墙
        地下连续墙是一种广泛应用于基坑止水防渗、地基基础承载、隔水帷幕止水等地基处理工程的基坑处理技术。它在基坑范围内，沿着基坑轮廓线分段开挖一定深度和宽度的沟渠，然后对开挖的沟渠进行清理，并用钢筋在沟渠范围内形成钢筋笼，然后浇筑混凝土，从而形成一段钢筋混凝土结构体，然后运用这种技术依次形成包围整个基坑的截水构筑体。地下连续墙技术现在已经十分成熟，在地基基础强化、基坑地下水控制处理等方面有着十分广泛的使用。
        2.降水法
        基坑降水是指在基坑工程施工过程中地下水位高于开挖地面时，地下水会源源不断的渗流进坑内，为了保证施工能够在干燥环境下进行，同时为了防止基坑边坡失稳、地基基础流砂现象、基坑底部受地下水浮拖力隆起、基坑坑底管涌现象和地基基础承载力下降而做的降水工作。根据建筑地基基础设计规范要求，在地下工程施工期间，需要将地下水位控制在基坑面一下0.5~1.5m。基坑降水作为地下水控制中比较重要的一步，降水方法的选取则需要考虑很多因素，选择合理有效的降水方法不仅能够保证地下工程施工的顺利进行，同时也可以有效规避一些不良地质作用和工程事故。在选择基坑降水方法是需要综合考虑场地条件及建筑设计施工资料、施工区地质情况和施工区地下水情况。基坑降水方法综合概括可以分为重力式降水和强制式降水，重力式降水主要采用明沟加集水井降水，强制式降水方法主要有轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水、管井井点降水和深井井点降水等。
        三、地下水控制的作用
        地下水控制可以有效减少基坑内积水，无论是对基坑工程质量还是施工安全都有着极其重要的作用。基坑地下水控制的作用主要有以下内容：
        1.拦截基坑涌水和渗水，保证基坑施工环境的干燥，并且可以减少地下水对基坑的不良影响。
        2.增加基坑边坡的稳定性，防止边坡失稳和涌砂等现象的发生。
        3.有效减少土体含水量，方便基坑施工的进行和多余土方的转运。
        4.有效提高基坑边坡土体的抗剪强度及其稳定性。基坑地下水的控制可以降低地下水的孔隙水压力，从而减小地下水对基坑边坡和支护工程的作用力，提升土体的自身强度，保证施工安全。
        5.降低承压水对基坑底部的浮拖力，有效控制承压水对基坑底部的破坏。
        参考文献：
        【1】中华人民共和国国家标准．JCJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程．
        【2】中华人民共和国国家标准．GB 50007-2011建筑地基基础设计规范．