基于基坑施工中的降水问题探究

　　摘要:基坑降水的目的是为基础工程施工提供地下工程作业条件及保证基坑边坡的稳定。降水方式及方法的选择须依据拟建工程建筑物(或构筑物)基础的工程特点要求，充分研究拟建场地的工程地质条件、水文地质条件和环境条件，使其方式方法既安全可靠又便于施工并经济合理。本文主要就截水法和降水法进行了论述，他们是解决深基坑降水问题的两种有效方法,在讨论了这两种方法的适用条件和在实际运用的设计理论基础上,指出了深基坑降水工程要注意的三个主要问题，可供同行参考借鉴。

　　关键词：降水方法 设计理论方法 ; 常规方法

　　Abstract: The purpose of the foundation pit dewatering engineering construction to provide the basis for underground engineering work condition and ensure the stability of the slope. Precipitation way and the choice of methods must be based on the proposed construction project buildings (or structures) foundation engineering characteristic requirement, the full study proposed engineering geology condition, hydrology geology conditions and the environmental condition, make its way method both safe and reliable and convenient for construction and the economic and reasonable. In this paper, the water cut and precipitation method is discussed, and they are to solve the problems of deep foundation pit precipitation two kinds of effective methods, talking about the two methods of application conditions and in actual use based on the design theory, and points out that the deep foundation pit engineering precipitation should pay attention to three main, which can provide reference for counterparts.

　　Keywords: precipitation method design theory method; Conventional methods

　　前言

　　基坑降水是为了给基础的施工提供一个干燥的施工环境,便于施工,同时,对基坑边坡的稳定也是有益的,还有助于基础的稳定,减少基础沉降的因素,其意义重大。降水要确保降水成功,而且要一次成功,这样,就需要选择合理的方法,使降水成功,不能对基坑及其周边环境产生大的影响。

　　一、基坑降水方法分析

　　1、截水法。在城市管网和建筑密集的地段, 进行深基坑开挖,基坑降水考虑到对周围环境的影响。当降水引起土体固结陈降时, 会危及周围建筑物和地下管道的安全和使用, 宜采用截水的方法来控制地下水。堵截地下水的方法有多种: 钢板桩、稀浆槽、地下连续墙、夹心墙、防渗帷幕 (防渗垂直帷幕法、防渗水平帷幕法 )、冷冻法。

　　2、降水法。降水方法通常指采用各类井点降低地下水位方法, 在拟建的工程基坑周围埋设若干井点管, 配置一定的抽水设备, 在不扰动土的结构的情况下, 不间断的抽走地下水, 使基坑地下水降至设计深度, 保证在干燥的环境下进行基坑的开挖。井点降水适用于不同几何形状的基坑, 它有克服流砂、管涌和稳定边坡的作用。

　　二、基坑降水设计理论方法分析

　　1、传统的地下水动力学方法。此类方法有“大井”法、疏干法、非稳定流法等等。其中进行基坑降水设计时, 大多采用“大井”法, 这也是基坑降水设计时, 用到的最常规的方法。在基坑降水设计时, 把围绕基坑的井群作为一个大口井来考虑, 利用已有的公式来计算等效大井。等效大井的出水量就等于群井的出水量, 大井水面的降深等于群井中任意一口井过任意指定点的叠加。

　　2、阶梯流量法。此法就是每完成一口井即刻投入使用, 依次将完成的井投入降水施工, 这样必然形成总排量逐渐呈梯形增加, 地下水历时曲线呈梯形下降的一个趋势。在整个阶梯降水过程中，出水量及水位观测采用非稳定流抽水试验观测方式, 以求得更为详细的水位降深资料来反演求参预报未来地下水的下降趋势。

　　3、复合单元法。此法是一种求解含降水井渗流场的新方法, 它将降水井虚含于常规岩土单元内部, 构成一个涵盖排水孔的复合岩土体单元, 在此单元体上建立与常规有限元式相同的插值函数, 以复合单元上对应节点水头为变量, 插值得到各子单元的水头值。复合单元法可方便地对多种降水井设计方案进行优化选择。

　　4、双层结构计算方法。一般在深基坑降水工程中, 双层的地下水头并不统一, 这是因为: 其一是降水强度大, 单井水位降深大;其二是单井结构上大多在下部强透水层设置过滤器,上部相对弱透水层设置井管。这样一来, 下层承压水流主要以水平流动为主, 而上层潜水流主要以垂直流动为主, 下层承压水流和上层潜水流有各自独立的地下水头。基于不同水文地质层水流运动特征的差异, 考虑到土层降水一固结过程中渗透系数和贮水系数随土层物理力学参数的非线性变化, 对基坑降水过程中地下水流计算, 提出了双层结构数学模型及有限元, 建立了土层非线性物理力学参数与水文地质参数之间的内在联系, 客观地描述了土层降水一 固结过程中孔隙度、渗透系数和贮水率等参数非线性变化过程。计算成果较好地刻画了基坑井群的实施过程中含水层、弱透水层水头、参数的时空变化规律。

　　5、三维数值模拟法。三维数值模拟法: 有些差分法和有限单元法。传统的应用解析法计算水位降低需要对场地的地质条件进行概化, 当地质条件过于复杂时, 这种概化可能引起失真。例如, 当基坑降水影响范围内的含水层由多层渗透性差异较大的岩层组成时, 解析法通常需要采用综合渗透系数来描述其宏观特征, 但这样就忽视了真实水流的运动规律, 计算结果可能有较大误差。同时解析法难以处理计算边界不规则或者边界条件比较复杂时的情况。基坑降水是一个典型的三维渗流问题, 对这一问题采用解析法来求解相当困难。在地下水流动问题计算领域内, 数值法早已成为一个常规技术手段。在基坑降水领域在我国起步较晚, 但在不断发展之中。以某塔楼深基坑降水为例, 采用三维有限差分法以及干湿法对深基坑降水的三维非稳定渗流场的建模和降水疏干过程进行了模拟研究, 模拟结果表明三维渗流理论以及干湿法能够很好的模拟基坑内外渗流场的变化全过程, 在此基础上, 确定了基坑降水最优化方案。以某基坑降水为例, 利用有限元对其进行了有回灌和疏干的条件下的不同降水井深的降水方案数值模拟, 在此基坑上最终确定了既满足工程水位降深要求, 又对周边环境影响程度可控的降水与回灌方案, 这也为同类地质条件下的相似基坑工程的降水方案优化设计提供了参考依据。

　　6、目标函数法。应用目标函数法对基坑降水井群优化设计的全过程一般可概括为建立优化的数学模型, 即用数学语言来描述最优化问题。模型中的关系式就反映了最优化问题所要达到的目标和各种约束条件: 数学求解, 数学模型建好以后, 选择合适的方法进行求解。对最后的结果进行必要的分析。

　　7、遗传算法。遗传算法是新兴人工智能理论科学的一个分支,是利用最优化与自然选择之间的类比来搜索复杂问题的解, 是一种在思路和方法上都很新颖的方法, 它将对问题的求解转化为对一群“染色体”进行一系列的操作, 通过种群的进化, 使群体一代一代地向越来越好的解空间转移, 在搜索过程中自动获取和积累有关搜索空间的解, 并自适应地控制搜索过程, 收敛到一个最适应环境的点, 从而得到问题的最优解。对许多数学上难以求解或明显失效的问题, 特别是最优化问题, 遗传算法提供了一种新途径。

　　三、基坑降水注意的问题分析

　　1、在基础工程建设中, 需要投入大量的资金, 而基坑降水往往占据很大的一部分费用。因此我们在进行基坑降水设计时, 采用合理的降水设计方案, 如采用目标函数法, 正确预测基坑涌水量, 优化降水井群, 减少降水井的数目, 从而达到减少费用的目的。

　　2、在基坑进行降水之前要认真调查基坑以及基坑所在区域的水文地质条件, 不要因工期而省略一些重要的程序,应该根据勘察阶段提供的资料, 应施工探采井, 进一步做好抽水试验, 取得第一手的水文地质资料, 选择合理的降水方案, 防止管涌、突涌等危及基坑安全的事故发生。

　　3、应慎重选择降水方案, 高度重视并做好降水过程中周围构筑物的沉降、变形的预防与监测。正确指导施工, 防止重大事故的发生。在降水设计中, 必要是要考虑到回灌技术以及止水帷幕技术的运用。

　　四、结语

　　随着各种大型工程的建设施工，基坑的开挖面积深度逐渐加大，同时引发的基坑降水问题便成为基坑施工过程中的重要组成部分。现有降水方法都各有其适用条件及优缺点，施工过程中应根据工程的实际状况，综合各种因素，选择适宜的降水方案。同时充分考虑到经济问题, 安全问题和环境地质问题, 保证工程圆满成功。

　　参考文献：

　　[1] 胡静, 复合单元法在深基坑降水井设计中的应用, 水力发电, 2005( 2)

　　[2] 姬永红, 尹传金 深基坑工程中井点布置的优化设计, 西部探矿工程, 2004, ( 7)

　　[3] 刘金伟, 罗锡明 遗传算法在深基坑降水中的应用 勘察科学技术, 2000, ( 3)