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关于软土深基坑工程坑内预降水的影响与控制问题

已有 2403 次阅读 2022-6-29 16:50 |个人分类:学术评论|系统分类:科研笔记

众所周知,水是地下工程安全的最大威胁之一。在地下工程中,一般采用隔水、止水、冻结、疏排、降水等措施来防止水的外部侵入。在深基坑工程中,除了采取上述措施防止坑外地下水渗入之外,还要在基坑开挖之前进行坑内预降水,作为软土深基坑开挖施工前的前置条件。预降水的通常做法是:在基坑开挖前一至两周将坑内水位降到开挖面以下。其主要目的是疏干开挖面以上的饱和含水地层,以创造有利于基坑内挖土、运输及支撑等相关作业环境,同时可以达到一定的对土体的固结、预加固效果。

然而,基坑预降水在本质上除了上述疏干、固结等作用外,还存在“降水卸荷”作用,这在工程中很容易被忽视。坑内水头下降导致的卸荷使得挡墙及周围地层产生显著的先期变形,对后续的基坑变形控制十分不利。尽管基坑受到“降水固结”与“降水卸荷”的双重作用,但由于前者在两周内很难全部完成,且固结导致的泊松效应和强度提高是缓慢的,而后者则随着水位下降而可瞬间完成,因此降水卸荷对工程而言将更为敏感。

以往的浅基坑甚或12米以内的深基坑,降水卸荷引起的变形尚小、还未足以引起注意。但对于深度超过30米的软土基坑,近十年来的超深基坑工程实践已经表明:降水卸荷效应是相当显著的。

通过对上海软土基坑的简单估计可知:30米深度的坑内“降水卸荷”导致的坑底侧向变形至少可达到300kN/m/10000kN/m3=0.03m(30mm),达到一级基坑允许变形的2/3。如果进一步考虑开挖面以上的变形和时间效应,这一数值将会更大。(当然,应该指出:对于圆形基坑而言,降水卸荷产生的环向挤压则可加强挡墙的止水效果)

因此,建议超深基坑降水与土方开挖应视作同等重要的“卸荷”,在设计施工中予以充分考虑,且基坑的“分步开挖原则/要求”应该修正为“分步开挖与分步降水原则/要求”。这一原则也与基坑工程的抽降承压水的“按需降水”原则大致是一致的。




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