深基坑工程降水施工技术研究文档格式.docx
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2.2深基坑工程存在的问题7
3基坑工程降水常见问题及处理措施8
3.1降水方案设计不足8
3.2井点数量和间距不合理8
3.3止水帷幕常见问题及处理措施8
3.4地表沉降不均匀9
3.5降水困难，降水速度过慢或无效9
3.6死井形成原因及预防措施10
4实例分析11
4.1工程概况11
4.2基坑降水设计11
4.2.1疏干井降水设计11
4.2.2降压井降水设计12
4.3降水引起底面沉降及控制措施12
4.3.1地面沉降的原因13
4.3.2控制地面沉降的措施13
结论14
致谢15
参考文献16
引言
本文根据前人的研究成果，对深基坑工程的发展简介和特点进行一些相关的论述，并针对当前深基坑工程事故的现状和存在问题，参考国内外深基坑工程研究文献，对当前基坑工程事故发生的原因进行详细和综合的分析，并提出相关的预防和处理方法。
本文根据深基坑工程事故的过程控制和预警系统的建立、预警指标的确定进行了理论和实践研究。
1深基坑工程概述
1.1深基坑工程发展简介
随着我国城市建设的飞速发展，各地区高层，超高层建设和大中型地下市政设施逐渐增多。
据统计1980年到1989年的10年间，我国新建高层建筑1000余栋；
在1990年至1991年的两年间，新建高层建筑1000余栋，而1992年一年新建的高层建筑就达到1000栋，1993年新开工的高层建筑达到2000栋。
从发展的趋势看，我国的高层建筑越来越高，体量越来越大。
与此同时，地下空间的开发利用也有了长足的发展，城市地下空间的开发利用是实现城市可持续发展的重要组成部分。
国内近年来新建成了一大批地下铁路、地下车站、地下商场、地下停车场、地下道路等地下结构建筑。
上海徐家汇地铁车站为亚洲最大的地铁车站，开挖宽度23m，长度660m；
北京王府井大型地下商业街宽度40m，长度780m等等，地下空间的开发利用已成为当前大中型城市建设的一项重要课题。
这些大规模的高层建筑和地下结构建筑的工程实践的增多，必然带来深基坑工程的开挖与支护问题[1]。
由于高层建筑和地下结构建筑多建在建筑物密集，地下管线纵横交错的闹市区，建筑场地狭窄且周边环境复杂，对环境的保护要求高，对这些深基坑工程的设计和施工带来极大的困难。
深基坑工程的设计和施工中由于目前设计理论缺陷和施工中遇到土的性质不同，例如流变性软土中土体强度随时间变化；
硬粘土、页岩天然强度高而浸水软化后强度急骤降低等；
同时存在设计理论和试验方法尚不完善，参数选取不准确等等原因，造成当前深基坑工程的设计施工存在“半理论半经验”的状况。
深基坑工程的发展经历了不少事故的教训，但总体来说，国内的深基坑工程的设计和施工水平有很大的提高，基本上达到了国际水平，完成了许多大型或超大型的深基坑工程[2],如杭州新西湖国际饭店深基坑工程，开挖面积18000m，开挖深度达16.5m，是国内最大的“全逆作法”施工基坑；
上海金茂大厦深基坑支护深36m的地下连续墙超深作业的成功施工；
各种新的支护方法不断应用于工程实践，如日本SMW工法（SoilMixingWall）首次在上海环球世界商业大厦6.5m深基坑中成功运用。
国内深基坑工程呈现出“数量多、深度深、难度大”的趋势，深基坑工程呈现蓬勃发展的局面。
南京火车站站前广场深基坑工程是体现当前基坑工程发展典型特点的工程之一。
1.2深基坑工程的特点
（1）深基坑工程的临时性和长周期性
深基坑工程是临时工程，但施工周期较长。
由于基坑工程是临时性工程，则其安全储备可相对小一些，但是又同地区性有关，不同地区的地质条件不同对应的安全度不同。
同时由于深基坑为临时性工程，使施工和设计人员产生一种临时思想，能省则省的麻痹思想[3]。
这是造成安全度降低，基坑事故频频发生的原因之一。
深基坑工程的施工周期长，则会经历季节变化。
从开挖到完成地面以下全部隐蔽工程，常需经历多次降雨雪、车辆振动、周边堆载等许多不利条件，在设计时要充分考虑到这些因素带来的深基坑设计荷载的变化，这些不利条件使得安全度的随机性较大，产生的由于安全储备不足的事故多是突发性的，造成损失巨大。
（2）深基坑工程的大规模和高造价
当前的深基坑工程逐渐向大深度，大面积方向发展，有的长度和宽度均超过百米，面积超过上万平方米。
工程规模日益增大，由此造成基坑工程造价很高，投资大。
这一特点同基坑工程临时性的特点是一对矛盾，业主对于临时性工程一般不愿投入较多的资金[4]。
可是由于深基坑工程的重要性及破坏性大，一旦出现事故，其产生的社会影响和经济损失巨大。
如何在深基坑工程的设计施工中实现经济性和安全性的良好结合是当前研究的热点和难点问题。
由于基坑工程造价高，开工数量多，是施工企业争夺的重点[5]。
又由于技术复杂，涉及范围广，变化性影响因素多，是最具挑战性的技术上的难点，也是降低工程造价、确保工程质量的重点。
（3）深基坑工程的地质条件复杂性
深基坑工程所处的不同位置和深度的地质条件不同，如土层构造、性质、地下水埋藏条件等均不尽相同，有时甚至相差很大。
由于岩土性质的千变万化，地质埋藏条件的复杂性和水文地质条件的复杂性和不均匀性，往往造成勘察所得数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，如何合理选取土性参数和水文地质参数是设计深基坑工程的岩土工程师面临的难点问题，同时也给深基坑工程的施工带来了难度。
（4）深基坑工程的施工条件差，对周围环境的影响大
深基坑工程周围环境条件复杂多变，各城市的高层、超高层建筑多建于闹市区，建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中，地下铁道等地下空间开发的深基坑工程建设中这个特点更明显[6]。
基坑的施工条件很差，对于施工尤其是支护桩施工可能有诸多限制或不利因素，如场地狭窄、噪音限制、振动限制、施工时间限制等，在设计和选择施工方案时需要加以考虑。
对环境影响问题常表现为基坑周围常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施管道线网，不能放坡开挖，对基坑稳定和位移的控制要求严格。
同时要注意相邻场地的基坑施工，如打桩、支护、防水、降水、挖土等各个环节都会产生相互影响与制约，增加事故诱发因素。
（5）深基坑工程具有时空效应性
深基坑开挖的空间几何尺寸和围护结构开挖部分的无支撑暴露时间，对基坑围护结构和坑周地层位移有明显的相关性，这就是深基坑开挖中的时空效应规律性。
特别对于沿海地区深厚软土层，如上海地区的软粘土的流变性引起的基坑时空效应问题更为重要，要求将开挖引起的周围地层的移动变形和时间变化、开挖空间变化的重要因素考虑到设计和施工中。
深基坑工程必须控制周边地层的变形，控制变形是设计和施工的重点[7]。
深基坑工程设计必须要考虑支护结构在不同施工阶段亦即不同工况条件下的内力和变形，同时由于深基坑工程长周期的特点对于软土的流变性更应当注意，由此产生的时空效应是沿海地区深基坑工程设计施工中的重要问题。
（6）深基坑工程事故的严重性
由于现阶段深基坑工程的理论发展尚不完善，深基坑工程技术复杂、影响因素多、涉及范围广、对周围的环境影响大。
一旦发生事故，后果十分严重，造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
同时，深基坑事故处理也很困难，一旦出现事故，处理费用往往是难以估计的[8]。
深大基坑的事故，往往造成基坑破坏、人员伤亡、周围房屋受损甚至倒塌、地下管线断裂。
如在古建筑或重点保护文物周围施工，由深基坑工程事故引起的损失更是难以估计。
基坑事故既延误工期，引起较大的经济损失，又造成不良的社会影响，对于基坑工程事故的严重性特点，必须在设计和施工中引起高度重视！
“深基坑工程是当前岩土工程界十分关注的热点，也是技术复杂综合性很强的难点，又是提高工程质量减少事故的重点”，掌握深基坑工程的主要特点，了解深基坑工程事故产生的规律和特点，认识到深基坑工程是一项多因素相关的综合性技术，是由深基坑勘察，设计、施工开挖、监测与监理，现场管理和相邻工程的相互影响因素组成的，在设计和施工中要注意工程地质条件，岩土性质场地环境，工程要求、气候变化，施工顺序，施工方法等多种条件，同时考虑天气情况，施工期间的降水、降雪、周边振动，施工不当等多种不利条件，合理的组织施工[9]。
因此，正确分析场地的工程地质及水文地质条件、选取合理的降水方案进行深基坑降水工程的优化设计，不仅能够保证施工的顺利进行，而且可以节约工期,从而降低成本。
2深基坑工程的现状及存在的问题
2.1深基坑工程的现状
深基坑工程和地下空间的利用，随着高层建筑的增多已经日益成为软土地区建筑工程中引人注目的技术难点和热点问题。
深基坑工程的研究现状表明深基坑工程施工技术综合性强，是一个涉及到工程地质、水文地质、工程结构，施工技术、工程管理的系统工程，是融岩土工程，结构工程、施工技术于一体的综合性学科，它不仅涉及到土力学中的强度、稳定性和变形问题，还涉及到结构强度、刚度以及土与结构的共同作用问题；
深基坑工程技术的发展是随着土力学知识，分析方法、计算机应用技术，测试技术及仪器，施工技术装备的发展，以及工程经验的不断积累，对岩土工程中深基坑工程的认识而不断深化和提高，深基坑工程是一门风险性工程，也是一门系统工程。
通过我国深基坑工程设计和实践中广大专业人员大量的工程实践、监测实验，我国深基坑技术取得了长足的进步和发展，下面简要列出：
（1）难度大的地下连续墙超深作业：
在上海金茂大厦施工中，成功的采用楔形接头箱技术实现568.4米长，36米深的地下连续墙施工，保证垂直度和平整度，实现超长钢筋笼的吊装安放，改革接头防渗，解决接头渗水问题。
（2）SMW工法在基坑工程中应用：
引进日本工法SoilMixingWall，在上海环球世界商业大厦深8.65米的深基坑工程中首次使用，插入H型钢与水泥搅拌桩结合，解决周边密集建筑群的施工开挖环境影响问题，同时降低造价，实现合理经济的设计目标[11]。
（3）土钉支护技术的应用：
在北京新亚综合楼工程15.1米深基坑工程施工中，采用土钉支护技术，并将基坑支护面抹灰找平作防水层和防护层后作为地下室外墙的模板，浇筑地下室外墙，减少了挖填土工程量，避免了地下室外墙模板砖的砌筑，节约了资金，缩短了工期。
（4）人工地层冻结技术：
利用冷冻机把现场地层中的孔隙水变成冰，而冰化为胶结体把相邻土粒或岩块胶结起来，提高土体的强度和抗渗性。
这种高强隔水的施工方法，无烟、无震动、无噪音，在上海地铁车站建设中得到应用。
（5）基坑工程的概念设计：
概念设计的核心是掌握本专业的基本概念，在深基坑设计中应从定性的概念分析入手，抓住关键问题，在定性分析的基础上进行定量分析。
同时，对于定量分析计算结果不准确的问题[12]。
通过工程原位监测得到的信息，同原计算结果相比较，进行反演计算参数。
根据反演参数重新分析计算，必要时适当的修改设计和施工步骤。
基坑工程概念设计的重要思想是在定性概念的基础上进行总量分析，反分析法或信息化施工是概念设计的设计理念在工程中的体现，在施工中不要犯概念性的错误，借鉴已有经验进行分析和判断，确保工程安全可靠。
（6）基坑工程设计计算理论改进：
针对传统的条分法土坡稳定分析的问题和缺陷，采用有限元追踪分析方法逐步寻找破裂带和破坏面，来解决土坡稳定分析问题：
针对传统挡土墙压力计算的问题和缺陷，广东水利水电科学研究院的杨光华教授提出了增量法，考虑初始位移情况下基坑工程模拟施工计算方法，同实测土压力相一致。
基坑围护结构的空间非线性共同作用理论：
非线性地基梁与土体共同作用理论、弹簧补偿迭代法[13]。
表2.1列出了国内部分深基坑支护工程现状表：
序号
工程名称
高度
基坑深度
地质情况
深基坑支护做法
1
首都国际机场新航站楼
27m
-8.7m至-15m
粉质黏土
-8.55m采用土钉墙支护，局部
-15.23m加深，采用直径68mm，间距1200mm的护坡桩加二
2
西客站南广场地铁
-16m
土钉墙支护，土钉孔径110mm左右，排距1.5m，间距1.2m，长9m至12m
3
上海电信大楼
131m
-12.6m
地下连续墙，厚60mm，深17.5m，地下逆作法
表2.1
2.2深基坑工程存在的问题
虽然我国深基坑工程技术取得了长足的进步和发展，但是还是面临着一系列的工程问题，这些工程问题会造成人员伤亡，工期延迟，费用增加，究其原因，做以下归纳：
（1）深基坑工程技术标准不一，无统一国家标准
各地深基坑事故的发生，使得国内各地都认识到基坑工程技术标准与规范的编制的重要性，组织技术力量进行基坑工程技术标准的编制工作，但国家还没有专门指导这方面工作的标准。
（2）基坑工程设计存在的问题
计算理论方面仍然有一些未能统一的；
如对水土压力分算与合算的问题未达成共识；
同时对于深基坑工程设计时土的强度参数取值选用存在疑问；
对于重要的工程应当采用同实际使用情况相符的试验条件进行室内试验确定，计算参数选取不确定对设计理论的影响很大，参数不确定，离散性大，计算结果同实测偏差大。
同时土力学理论发展不完善，对于软土流变性质、非饱和土强度及变形、地下水渗透破坏等问题尚未认识清楚。
（3）基坑工程施工中存在的问题
当前的深基坑施工中仍然存在一些常见的施工问题：
现场管理不善、对深基坑支护的施工设计粗制滥造，同时对土方开挖和支撑施工的施工工序管理不善，造成结构倒塌。
基坑周边不合理的堆载超载造成塌方事故，同时对于邻近建筑物的影响施工管理不当，受邻近打桩挤土影响造成基坑破坏。
对基坑施工中监测不重视是造成基坑事故，另一主要原因，对监测不重视，不认真分析监测资料是常见的施工监测问题。
据唐业清调查的130项基坑事故，由于地下水处理不当造成的事故占了22%，正确的认识各种土体的渗透规律，科学设计止水结构以及确保隔渗效果是保证基坑工程防水的主要问题。
同时，由于基坑周围的地下管道受到基坑变形破裂产生地下管道水的泄露，会造成土体强度降低产生基坑事故，地下水的渗透破坏往往会造灾难性的后果。
各地的土层地质条件不同，抗渗性能不同，在基坑设计时要采用不同的行之有效的专门措施。
3基坑工程降水常见问题及处理措施
3.1降水方案设计不足
在以往基坑周围发生的建筑物受到破坏、地面产生塌陷、地下管线出现断裂等现象，多数与降水设计不当或对降水设计的重视度不够有关，在设计过程中常会出现以下问题。
（1）轻视工程降水设计
实践证明，只有提高设计重视程度，研究和制订合理的降水方案才是解决问题的良好途径。
（2）忽视水文地质勘查工作的专业性和重要性
对此，设计时应严格把关，对必要的水文地质情况进行专业勘察，对相关计算参数进行科学采集。
渗透系数的取值不准确性，致使基坑总涌水量计算偏差、井点数量和布井间距设计不当。
对此，设计时在对渗透系数进行取值时必须经过现场试验并反复验算后确定。
（3）缺乏对基坑底面稳定性计算的重视
对此，在进行工程勘察时，应当严格保证钻探密度和钻探深度，以防止漏探盲区的出现；
设计人员对此应当提高认识，进行必要的基坑底面稳定性验算。
3.2井点数量和间距不合理
在深基坑降水工程中，仍然存在一些误区，认为井越多越深，地下水位降深就越大，其实不然。
实际工程建设中，由于对地质、水文条件和含水层的地质结构特点的缺乏重视，往往造成结果事与愿违，致使工程施工达不到要求。
对此，应采取以下措施：
1）布井时尽量在周边多布，中间少布，在地下水补给的方向多布，另一方向少布。
2）布井时应根据水文地质报告，使井的滤水器部分能处在较厚的砂卵层中，避免处于泥砂中，影响井的出水能力。
3）布井时可根据地下水位和地质结构采取均匀或不均匀布置，在结构复杂处和地下水分布较多的部位，适当增加井点。
3.3止水帷幕常见问题及处理措施
在深基坑降水过程中，止水帷幕常出现的问题有：
1）桩的搭接宽度及垂直度不够，桩与桩之间出现夹缝。
2）桩的质量控制较差，桩体存在蜂窝状夹层，出现渗水。
3）坑外水土压力过大，冲破桩间的接缝，出现涌砂。
针对上述问题采取的措施是：
1）对渗水较小的部位，先用防水材料及棉絮封堵渗漏点，再用防水材料进行大面积封堵，然后采取挂钢板网片和喷射混凝土进行封堵。
2）对发生涌砂的部位缝隙较小处，采取内侧封堵的办法，具体的做法是在发生涌砂处，把两侧钻孔桩主筋凿开，把钢板焊接在钻孔桩主筋上进行封堵。
3.4地表沉降不均匀
造成地面沉降出现不均匀的主要原因是地下水位在下降时成漏斗状。
深基坑周围的建筑物和地下管线在深基坑降水过程会受到不同程度的影响，严重时甚至会遭到破坏以致影响到使用。
通过对降水引起周围地面沉降的原因进行分析，我们可采取以下措施对其加以控制：
1）设置回灌井点。
回灌井点应设在降水井点和需保护的建筑物之间，它可以使建筑物下得地下水位保持与原来一致。
在降水的过程中，将一定数量的水经过回灌井点灌向土层中，以使回灌井点外侧建筑物下地下水流失量得到降低或流失受到遏止，从而使其土层内的水力维持平衡，进而对外围地层产生地表沉降进行控制。
2）采用砂沟、砂井回灌。
回灌井应设置在降水井点与被保护建筑物之间，具体操作是首先沿砂井布置一道砂沟，将降水井点内抽出的水适时、适量地排入砂沟，然后经过砂井再次回灌到地下，这种方法经过实践证明能够收到良好的效果。
但对于土层中存有粘质粉土夹层的，由于其对回灌水渗透有所不利，这种方法不宜使用，此时应当采用设置回灌井点的方法。
3）减缓降水速度。
减缓降水速度，可使邻近建筑物下的地表均匀沉降。
也可在降水过程中，对抽水速度减缓，并将需要保护的建筑物临近一侧的井点管间距加大，在需要时可以停止抽水。
3.5降水困难，降水速度过慢或无效
在深基坑降水过程中，常常由于以下原因造成降水困难：
1）降水井的滤料质量不合格、洗井不规范、不彻底，降水井无法正常工作。
2）降水井的深度太浅、井径过小或井间距过长，造成降水后水位无法达到设计标高。
3）降水井的水渗入量满足不了抽水泵需求，造成水井被抽空，水位下降。
为了保证基坑降水效果，在施工中可以采用以下几个方面的技术措施：
对滤料进行筛选，应当选用经过清洗的、粒径合适的级配碎石作为滤料，并对滤料回填的时间及高度进行严格控制。
1）加深降水井深度，为确保降水井深度满足所需要求，应当派专人对完成钻孔的井进行测量；
加大井径尺寸，使接触面积增大，可以使其透水性能得到明显改善；
减少井间距，对于地下水丰富地区降水效果的提高有很大效果。
2）为提高降水效果，一般降水施工在选用抽水泵时，首先使用较大功率的水泵，随后根据实际情况可采用较小功率的水泵，如此循环利用。
3.6死井形成原因及预防措施
1）井管被倾斜投放，过滤部位填料因此出现分布不匀，导致局部过滤层厚度比较薄弱，进而将细泥吸入造成过滤器堵塞形成死井。
对此，我们可采用在过滤管端部安装“定中环”的办法来确保井管居中。
2）井管因滤网破损或脱落造成堵塞而形成死井。
对此，我们应当首先对井管制作加工质量进行改进，对所选用滤网的质量进行严格把关，并在井管外层利用合适的铁丝网进行缠牢。
其次对下管方法要特别注意，例如当孔深不够时，不可将井管强行下插，滤料投放时，不可将井管用力上提。
井管投放时，最好能够一次到位而不要反反复复的进行。
3）砂井因其渗透性不好的特性很容易造成井点抽水量较少或死井。
对此，首先应对砂井的成孔质量进行提高，保证其在贯通含水层中所拥有的空间尺寸粗细均匀、长短合适；
其次对滤料的选择要求其粒径适当；
再者要严格控制投料成井时孔内的循环水含泥量。
4实例分析
4.1工程概况
某新区某楼地上部分由28层办公主楼与5层裙房组成，建筑高度为128.7m，地下共4层，基坑尺寸97.1×
55.1m，面积为5350平方米，周长为310m，基坑大部分区域开挖深度达到17.2m，主楼核心筒区开挖最大深度为22.5m。
场地土层分布较稳定，地面标高4.4m，土质分层分别为2m厚杂填土，自上而下逐渐变软的粉质土层，软塑状态的淤泥质土层，流塑状态的淤泥质土层，可塑状态的粉质土层，23.5米的粉质土层，35m的粉性土，30m的粉砂层。
基坑开挖深度范围内的地下水主要有潜水、承压水。
其中，潜水受大气降水及地表迳流补给，低水位埋深为1.5m;
第七和第九层土为承压含水层，顶面埋深约为地面以下28m，水位呈周期性变化，埋深为8.8m至9.7m。
基坑开挖采取盖挖法施工，随着开挖深度的增加，第七层承压水就会对基坑造成危险，产生涌水、流砂，形成地下水水患，影响基坑安全。
4.2基坑降水设计
基坑降水设计必须科学经济，应合理确定降水深度，准确计算涌水量，进而对降水方案进行详细设计，确定降水井井深、井距、单井涌水量和井数等。
4.2.1疏干井降水设计
疏干性降水需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，是基坑围护结构隔断基坑内外水力联系、确保基坑顺利开挖的重要措施。
（1）疏干井数量的确定
本基坑工程中开挖深度范围内所需疏干土层主要为三层淤泥质粉质黏土和四层淤泥质黏土。
根据其地层疏干经验，单井有效降水面积取200平方米每口可满足疏干性降水要求。
由基坑面积计算，所需井数5350/200=27口。
（2）深水井深度
深度h应该大于基坑开挖深度、降低后地下水位至基坑中心底面的安全距离、井点中心至基坑中心的水平距离与降水漏斗曲线坡度之积
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