減小與控制降水引起地面沉降的措施

第第頁減小與控制降水引起地面沉降的措施基坑開挖過程中，因降水不當(dāng)造成周邊環(huán)境破壞的案例屢見不鮮：小則延誤工期，增加造價；嚴(yán)重時可能引起重大傷亡事故。例如，上海地鐵M8號線某基坑工程，其圍護(hù)地下連續(xù)墻厚800mm、深27.3m，基坑開挖深度16.0m，承壓含水層頂板埋深29.7m~32.0m，初始承壓水位埋深3.4m。因受降水等施工作業(yè)影響，部分地下管線監(jiān)測點(diǎn)、水位監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測值相繼超過報警值，基坑開挖后水位持續(xù)下降，最大水位降深達(dá)4.37m，地表監(jiān)測點(diǎn)處的最大累積地面沉降達(dá)93mm，并引起基坑周圍較大范圍的地面沉降。又如上海市東湖商務(wù)樓工程，地處老城區(qū)，基坑緊鄰某電影院，開挖施工時雖只在一邊設(shè)井點(diǎn)管，并在影院旁增設(shè)回灌井，但由于井點(diǎn)降水效果差，回灌水量小且不理想，井點(diǎn)出水渾濁帶走大量粘粒，致使影院發(fā)生嚴(yán)重沉降，累計沉降量達(dá)66mm，磚砌墻體破損斷裂，影院被迫停映進(jìn)行加固修復(fù)，直接工程費(fèi)10余萬元，商務(wù)樓施工亦被迫停工，損失巨大。因此有必要減小與控制降水引起的地面沉降。22.7.1減小與控制降水引起地面沉降的措施基坑降水導(dǎo)致基坑四周水位降低、土中孔隙水壓力轉(zhuǎn)移、消散，不僅打破了土體原有的力學(xué)平衡，有效應(yīng)力增加；而且水位降落漏斗范圍內(nèi)，水力梯度增加，以體積力形式作用在土體上的滲透力增大。二者共同作用的結(jié)果是，坑周土體發(fā)生沉降變形。但在高水位地區(qū)開挖深基坑又離不開降水措施，因此一方面要保證開挖施工的順利進(jìn)行，另一方面又要防范對周圍環(huán)境的不利影響，即采取相應(yīng)的措施，減少降水對周圍建筑物及地下管線造成的影響。1.在降水前認(rèn)真做好對周圍環(huán)境的調(diào)研工作(1)查明場地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，即擬建場地應(yīng)有完整的地質(zhì)勘探資料，包括地層分布，含水層、隔水層和透鏡體情況，以及其與水體的聯(lián)系和水體水位變化情況，各層土體的滲透系數(shù)，土體的孔隙比和壓縮系數(shù)等。(2)查明地下貯水體，如周圍的地下古河道、古水池之類的分布情況，防止出現(xiàn)井點(diǎn)和地下貯水體穿通的現(xiàn)象。(3)查明上、下水管線，煤氣管道、電話、電汛電纜，輸電線等各種管線的分布和類型，埋設(shè)的年代和對差異沉降的承受能力，考慮是否需要預(yù)先采取加固措施等等。(4)查清周圍地面和地下建筑物的情況，包話這些建筑物的基礎(chǔ)型式，上部結(jié)構(gòu)型式，在降水區(qū)中的位置和對差異沉降的承受能力。降水前要查情這些建筑物的歷年沉降情況和目前損傷的程度，是否需要預(yù)先采取加固措施等等。2.合理使用井點(diǎn)降水，盡可能減少對周圍環(huán)境的影響降水必然會形成降水漏斗，從而造成周圍地面的沉降，但只要合理使用井點(diǎn)，可以把這類影響控制在周圍環(huán)境可以承受的范圍之內(nèi)。(1)首先在場地典型地區(qū)進(jìn)行的相應(yīng)的群井抽水試驗，進(jìn)行降水及沉降預(yù)測。做到按需降水，嚴(yán)格控制水位降深。(2)防范抽水帶走土層中的細(xì)顆粒。在降水時要隨時注意抽出的地下水是否有混濁現(xiàn)象。抽出的水中帶走細(xì)顆粒不但會增加周圍地面的沉降，而且還會使井管堵塞、井點(diǎn)失效。為此首先應(yīng)根據(jù)周圍土層的情況選用合適的濾網(wǎng)，同時應(yīng)重視埋設(shè)井管時的成孔和回填砂濾料的質(zhì)量。如上海地區(qū)，粉砂層大都呈水平向分布，成孔時應(yīng)盡量減少攪功，過濾管設(shè)在砂性土層中。必要時可采用套管法成孔，回填砂濾料應(yīng)認(rèn)真按級配配制。(3)適當(dāng)放緩降水漏斗線的坡度。在同樣的降水深度前提下，降水漏斗線的坡度越乎緩，影響范圍越大，而所產(chǎn)生的不均勻沉降就越小，因而降水影響區(qū)內(nèi)的地下管線和建筑物受損傷的程度也愈小。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，把濾管布置在水平向連續(xù)分布的砂性土中可獲得較乎緩的降水漏斗曲線，從而減少對周圍環(huán)境的影響。(4)井點(diǎn)應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量避免間歇和反復(fù)抽水。輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)在原則上應(yīng)埋在砂性土層內(nèi)。對砂性土層，除松砂以外，降水所引起的沉降量是很小的，然而倘若降水間歇和反復(fù)進(jìn)行，現(xiàn)場和室內(nèi)試驗均表明每次降水都會產(chǎn)生沉降。每次降水的沉降量隨著反復(fù)次數(shù)的增加而減少，逐漸趨向于零，但是總的沉降量可以累積到一個相當(dāng)可觀程度。因此，應(yīng)盡可能避免反復(fù)抽水。(5)基坑開挖時應(yīng)避免產(chǎn)生坑底流砂引起的坑周地面沉陷。如圖22-19所示，在基坑底面下有一薄粘性土不透水層，其下又有相當(dāng)厚度的粉砂層。若降水時井點(diǎn)僅設(shè)在基底以下，未穿入含水砂層，那么這層薄粘土層會承受上、下兩面的水壓力差ΔP，作用于粘土層下側(cè)，產(chǎn)生向上的壓力，若此壓力大于該土層重量，便會造成坑底涌砂現(xiàn)象。對于該種情況，需將降水井管穿入粘土層下面的含水砂層中，釋放下臥粉砂層中的承壓水頭，保證坑底穩(wěn)定。(6)如果降水現(xiàn)場周圍有湖、河、浜導(dǎo)貯水體時，應(yīng)考慮在井點(diǎn)與貯水體間設(shè)置擋土帷幕，以防范井點(diǎn)與貯水體穿通，抽出大量地下水而水位不下降，反而帶出許多土顆粒，甚至產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，妨礙深基坑工程的開挖施工。(7)在建筑物和地下管線密集等對地面沉降控制有嚴(yán)格要求的地區(qū)開挖深基坑，宜盡量采用坑內(nèi)降水方法，即在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置井點(diǎn)，疏干坑內(nèi)地下水，以利開挖施工。同時，需利用支護(hù)體本身或另設(shè)擋土帷幕切斷坑外地下水的涌入。要求擋水墻具有足夠的入土深度，一般需較井點(diǎn)濾管下端深1.0m以上。這樣即不妨礙開挖施工，又可大大減輕對周圍環(huán)境的影響。3.降水場地外側(cè)設(shè)置隔水帷幕，減小降水影響范圍在降水場地外側(cè)有條件的情況下設(shè)置一圈隔水帷幕，切斷降水漏斗曲線的外側(cè)延伸部分，減小降水影響范圍，將降水對周圍的影響減小到最低程度，如圖22-20所示。常用的隔水帷幕包括深層水泥攪拌樁、砂漿防滲板樁、樹根樁隔水帷幕、鉆孔咬合樁、鋼板樁、地下連續(xù)墻等。4.降水場地外緣設(shè)置回灌水系統(tǒng)降水對周圍環(huán)境的不利影響主要是由于漏斗形降水曲線引起周圍建筑物和地下管線基礎(chǔ)的不均勻沉降造成的，因此，在降水場地外緣設(shè)置回灌水系統(tǒng)，保持需保護(hù)部位的地下水位，可消除所產(chǎn)生的危害?；毓嗨到y(tǒng)包括回灌井以及回灌砂溝、砂井等。22.7.2地下水回灌技術(shù)1.回灌井點(diǎn)在降水井點(diǎn)和要保護(hù)的地區(qū)之間設(shè)置一排回灌井點(diǎn)，在利用降水井點(diǎn)降水的同時利用回灌井點(diǎn)向土層內(nèi)灌入一定數(shù)量的水，形成一道水幕，從而減少降水以外區(qū)域的地下水流失，使其地下水位基本不變，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的?；毓嗑c(diǎn)的布置和管路設(shè)備等與抽水井點(diǎn)相似，僅增加回灌水箱、閘閥和水表等少量設(shè)備。抽水井點(diǎn)抽出的水通到貯水箱，用低壓送到注水總管，多余的水用溝管排出。另外回灌井點(diǎn)的濾管長度應(yīng)大于抽水井點(diǎn)的濾管，通常為2～2.5m，井管與井壁間回填中粗砂作為過濾層。由于回灌水時會有Fe(OH)2沉淀物、活動性的銹蝕及不溶解的物質(zhì)積聚在注水管內(nèi)，在注水期內(nèi)需不斷增加注水壓力才能保持穩(wěn)定的注水量。對注水期較長的大型工程可以采用涂料加陰極防護(hù)的方法，在貯水箱進(jìn)出口處設(shè)置濾網(wǎng)，以減輕注水管被堵塞的對象?；毓噙^程中應(yīng)保持回灌水的清潔。2.回灌砂溝、砂井在降水井點(diǎn)與被保護(hù)區(qū)域之間設(shè)置砂井、砂溝作為回灌通道。將井點(diǎn)抽出來的水適時適量地排入砂溝，再經(jīng)砂井回灌到地下，從而保證被保護(hù)區(qū)域地下水位的基本穩(wěn)定，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。實踐證明其效果是良好的。需要說明的是，回灌井點(diǎn)、回灌砂井或回灌砂溝與降水井點(diǎn)的距離一般不宜小于6m，以防降水井點(diǎn)僅抽吸回灌井點(diǎn)的水，而使基坑內(nèi)水位無法下降，失去降水的作用。砂井或回灌井點(diǎn)的深度應(yīng)按降水水位曲線和土層滲透性來確定，一般應(yīng)控制在降水曲線以下lm?；毓嗌皽蠎?yīng)設(shè)在透水性較好的土層內(nèi)。3.回灌管井回灌管井的回灌方法主要有真空回灌和壓力回灌兩大類。后者又可分為常壓回灌和高壓回灌兩種。不同的回灌方法其作用原理、適用條件、地表設(shè)施及操作方法均有所區(qū)別。(1)真空回灌法真空回灌適用條件為：1)適用于地下水位較深(靜水位埋深>10m)、滲透性良好的含水層；2)真空回灌對濾網(wǎng)的沖擊力較小，適用于濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)耐壓、耐沖擊強(qiáng)度較差以及使用年限較長的老井；3)對回灌量要求不大的井。(2)壓力回灌法常壓回灌利用自來水的管網(wǎng)壓力(0.1~0.2MPa)產(chǎn)生水頭差進(jìn)行回灌。高壓回灌在常壓回灌裝置的基礎(chǔ)上，使用機(jī)械動力設(shè)備(如離心泵)加壓，產(chǎn)生更大的水頭差。常用回灌利用自來水管網(wǎng)壓力進(jìn)行回灌，壓力較小。高壓回灌利用機(jī)械動力對回灌水源加壓，壓力可以自由控制，其大小可根據(jù)井的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和回灌量而定。因此，壓力回灌的適用范圍很大，特別是對地下水位較高和透水較差的含水層來說，采用壓力回灌的效果較好。由于壓力回灌對濾水管網(wǎng)眼和含水層的沖擊力較大,宜適用于濾網(wǎng)強(qiáng)度較大的深井。(3)回灌水質(zhì)要求如果回灌水量充足，但水質(zhì)很差，回灌后使地下水遭受污染或使含水層發(fā)生堵塞。地下水回灌