地下水控制與基坑工程的安全以及周邊環(huán)境的保護都密切相關。在地下水位較高的地區(qū),基坑降水、降壓需滿足基坑工程安全和方便現(xiàn)場施工的要求;但在環(huán)境保護要求較高的區(qū)域,基坑降水還需要設置合理的隔水體系并且有通暢的排水系統(tǒng)。因此進行地下水控制也是基坑工程的設計與施工必須要考慮的重要問題。
地下水控制主要有以下三種處理方式:隔水、排水和降水。其中降水是基坑開挖過程中最為常見的地下水處理方式,目的就在于降低地下水位、增加邊坡穩(wěn)定性、給基坑開挖創(chuàng)造便利條件;進行承壓水降壓是為了防止坑底突涌。降水系統(tǒng)的有效工作需要通暢的排水系統(tǒng),但除了將坑內抽降的地下水及時排出外,排水系統(tǒng)還包括地表明水、開挖期間的大氣降水等的及時排除。為了避免降、排水造成地面沉降,影響周邊建筑物、市政管線等的正常使用,需要設置隔水體系,切斷基坑內外必要的水力聯(lián)系和補給,既避免坑外的水位下降,也能夠有效減少坑內降水的水量。這三種地下水處理方式,作用不同,在基坑工程中常常需要組合使用,才能保證地下水處理的合理、可行、有效的實施。
確定基坑工程的地下水控制措施前,首先要掌握場地工程地質和水文地質條件以及基坑周邊的環(huán)境條件,了解地下水位埋深、土層滲透系數(shù)、含水層和相對隔水層的分布、土體含水量等參數(shù)指標。根據(jù)基坑開挖深度以及周邊環(huán)境保護要求確定地下水處理方案。
1.潛水
當基坑開挖面低于淺層潛水水位標高時,需要進行潛水降水。降深要求通常為基坑開挖面以下 0.5~1.0m。由于潛水水位的變化對于淺層土體固結的影響比較明顯,容易帶來較大的地表沉降。因此在非??諘绲膱龅鼗蚪邓绊懛秶鷥葲]有需要保護的建(構)筑物存在時,可以進行敞開式降水,否則,應設置一定深度的隔水體系。
潛水降水的方法很多,集水明排、輕型井點、噴射井點、砂(礫)滲井、電滲井點、管井(深井)等都是可以采用的,但各種方式的工作特點和適用范圍各不相同。井點的布置應根據(jù)土體含水量以及地區(qū)經驗確定,原則上應在基坑內部均勻布置,并盡量設置在支撐邊緣等便于開挖過程中保護的位置。
隔水體系可以與基坑周邊圍護墻體結合設置,也可以單獨設置。板式支護體系圍護墻中地下連續(xù)墻、型鋼水泥土攪拌墻、小企口連接的鋼板樁等都具有隔水性能;需要單獨設置時,三軸水泥土攪拌樁、雙軸水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿等方式都可以形成連續(xù)搭接的隔水帷幕。隔水體系也需要根據(jù)基坑支護設計時同支護形式以及環(huán)境條件特點進行選擇。隔水帷幕底部通常需要進入到相對不透水層或基坑底部一定深度,隔斷地下水的水平補給、加長避免帷幕底部繞流補給的路徑,滿足抗?jié)B流穩(wěn)定性的需要。
基坑坑內降水示意圖
2.承壓水
承壓水具有一定的壓力,水頭埋深高出其含水層的層頂埋深,通常情況下,承壓水水量豐富、補給充足。當場地內分布有承壓含水層時,必須根據(jù)基坑開挖深度確定承壓含水層的突涌穩(wěn)定性是否滿足要求。對于存在承壓水突涌風險的基坑工程必須采取針對性的處理措施,保證基坑開挖過程中的安全。
確定承壓水處理措施前,應充分了解承壓水的埋藏深度、水頭埋深、與基坑開挖深度的關系,以及承壓水降水對周邊環(huán)境的影響。對于位于基坑開挖深度范圍內的承壓水,必須設置可靠的隔水體系完全隔離,然后在開挖過程中進行坑內的疏干降水。對于承壓含水層埋藏深度低于基坑開挖面的情況,應通過降壓來滿足基坑開挖到基底時抗承壓水突涌穩(wěn)定性的要求。在地層水文地質條件復雜或對無當?shù)爻袎核祲旱南嚓P經驗時,應通過場地內的抽水試驗來確定承壓水的抽水量與水頭降深的關系、越層補給的水量大小以及降壓對地表沉降的影響等參數(shù)指標。抽水試驗結果是基坑工程中承壓水處理方案確定的重要依據(jù),當深層降壓對地表沉降沒有明顯影響時,可以在開挖過程中進行坑內或坑外降壓;當?shù)乇沓两祵ι顚咏祲罕容^敏感時,為保護周邊環(huán)境,宜對深層承壓含水層進行隔斷后再進行坑內的疏干降水。進行降壓或疏干降水的井點布置和井管構造可以通過前期抽水試驗或地區(qū)經驗進行確定。
承壓水降壓示意圖
承壓水隔斷示意圖
特別指出的是,無論是在何種情況下,基坑工程中抽降承壓水都應該按需、動態(tài)降壓,根據(jù)水頭埋深以及基坑開挖的深度進行估算,確定在基坑開挖到什么深度時開始降壓、降深達到多少時可以滿足基底抗突涌穩(wěn)定性的要求,并通過水位觀測井及時反映降壓效果,并調控降壓出水量,以減小對場地周邊環(huán)境的影響。
綜上,基坑工程中的地下水控制應根據(jù)場地水文地質條件、基坑開挖深度以及周邊環(huán)境情況等綜合考慮確定。地下水處理方案與控制措施都應該保障基坑工程本身以及基坑周邊的環(huán)境的安全。