当建筑项目的基坑底部位于地下水位以下时,通常需要采取有效的降水措施,以确保施工过程的顺利进行。降水的方法多种多样,其中集水井降水法和井点降水法是较为常见的两种手段。本文将重点讲解集水井降水法。
集水井降水法的基本原理
集水井降水法,也被称为基坑排水,是一种通过设置集水井来排除基坑积水的施工方法。其原理是在基坑底部设立一个或多个集水井,并在基坑的周围或开挖排水沟,将渗透进来的水流导入集水井,再通过水泵将水抽基坑。这种方法设备简单,管理和维护较为方便,尤其适用于地下水较为平稳、土质条件较好的区域。
具体来说,集水井的主要作用是将基坑内的水收集并,以防止地下水对基坑施工造成影响。在一些地下水不旺盛的地方,集水井降水法通常是首选方案。
集水井与排水沟的设置要求
集水井的布置通常应位于基坑的外围,最好设置在地下水流动的上游位置,以便有效地引导地下水流向井口。为了确保降水效果,集水井的设置间距一般为20到40米,具体间距根据地下水的流量、基坑的形状及水泵的能力等因素来调整。每个集水井的直径和宽度通常为0.6到0.8米,井深需要低于土方开挖面约0.7至1米,且集水井底部应低于基坑底部1至2米。井底铺设碎石滤水层以保证水流顺畅,同时坑壁要加固,以防止泥砂流失。
排水沟的设计也十分重要。沟底宽度至少为0.3米,且应设有0.2%至0.5%的纵向坡度,确保水流不被阻塞。在开挖阶段,排水沟的深度应保持在比挖土面低0.4至0.5米。在基础施工阶段,排水沟应远离基础本体,并采取措施防止其堵塞或受损,确保排水通畅。
降水设备的选择
集水井降水法的核心设备是水泵,常用的水泵有潜水泵、离心式水泵和泥浆泵等。根据具体的工程需求和水流量,选择合适的水泵类型和规格非常关键。潜水泵通常用于较小流量的场合,离心式水泵适用于大流量的排水任务,而泥浆泵则多用于含沙或泥浆较多的水体排水。
动水压力与流砂现象
在地下水降水过程中,一个重要的技术难点就是动水压力的控制。地下水在渗流过程中,不仅受到土壤颗粒的阻力,还会对土壤颗粒产生反向的压力,这种压力被称为动水压力。动水压力的大小与水力坡度成正比,即水位差越大,动水压力越大,而渗透路径越长时,动水压力则相对较小。
如果动水压力过大,特别是在砂质土壤中,可能会引发流砂现象。流砂现象发生时,地下水的动水压力会使得土颗粒处于悬浮状态,甚至随着水流涌入基坑,严重影响基坑的稳定性。流砂通常发生在细砂、粉砂或亚砂土中,因为这些土壤的孔隙较小,水流通过时阻力较大,动水压力更容易引发流砂。
为了防止流砂现象,通常采取以下几种措施:
在枯水期施工,减少动水压力;
向基坑周围抛洒大石块,以平衡动水压力;
使用钢板桩等设施增加水流的路径,减少动水压力;
在水下作业时采取特殊方法,减少动水压力;
采用井点降水法,将地下水位降低,控制动水压力的方向;
采用搅拌桩、地下连续墙等技术,进行土水压力支撑。
管涌现象及其防治
除流砂外,基坑施工中还可能出现管涌现象。管涌通常发生在基坑底部位于不透水层以上,而下方为承压水层的情况下。如果不透水层的厚度不足以抵抗承压水的顶托力,就可能导致基坑底部发生管涌。水流通过不透水层的缝隙涌入基坑,带走土壤颗粒,严重影响基坑的稳定性。
管涌现象的防治同样需要通过降水、支护等多种手段。通过增加不透水层的厚度、提高承压水层的顶托力,或者采取其他工程措施,能够有效避免管涌的发生,确保基坑施工的安全。
通过合理设计和实施集水井降水法,结合对动水压力和流砂现象的有效控制,可以大大降低地下水对基坑施工带来的风险,确保施工的顺利进行。