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摘要：随着社会的发展与进步，重视基坑降水对周边建筑及设施影响的控制对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍基坑降水对周边建筑及设施影响的控制的有关内容。
关键词基坑降水；作用机理；建筑工程；设施；控制；
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国城市化进程的加快，城市建筑规模越来越大，地下空间资源的利用程度的提高。在修建地铁和高层建筑时开挖的基坑的面积和深度越来越大，而前相互之间的距离也越来越近，而在基坑工程中往往需要进行降水施工。大量抽取地下水，降低地下水位会引发周围建筑物的沉降变形。这些极大地影响了建筑物的安全。建筑物基础施工中,随着荷载的变化及基坑降水的发生,在一定范围内改变了土体内应力的变化,进而可能影响到此范围建筑物的变形,为了避免变形的发生,保证施工过程中周围建、构筑物的安全及基坑施工面的干燥,在基坑开挖过程中进行必要的降水,降水的速度、降水量视基坑开挖速度、方位及周围建、构筑物的变形情况确定。
一、概述
近年来高层、超高层建筑及深基坑工程逐渐增多,降水工程越来越多。建筑物基坑开挖深度在水位线以下,为了疏干基坑便于地基与基础施工,需要在基坑周围进行降水,将局部水位降至基坑底线以下,在基坑周围布井进行抽水,即为降水工程。基坑或深或面积大,其对周围建筑物的影响规律有所区别,本文旨在探讨大面积开挖后基坑降水对周围建筑物的影响。大面积降水工程系指在面积大、基坑深且非单个建筑物的基坑降水,它因开挖和抽水的影响范围广,降水幅度较大,对周边环境构成的危害也较大。首先,基坑大面积的开挖,卸去坑内土的自重,造成坑底及周边土的回弹,回弹量最大能达到2～3cm。其次,坑内大面积的抽水,影响了土体内应力的变化,当降水幅度较大时,在基坑周围即形成降水漏斗曲线,在此范围内建 (构 )筑物就产生了附加变形。例如不均匀沉降、墙体倾斜、裂缝、管道破裂及基坑滑坡等等。因此,大面积降水工程必须同步进行变形观测。
二、降水随周边建筑物的影响作用机理
基坑降水能引起周围建筑物的沉降，这是因为，一方面基坑降水后土中孔隙水压力会发生转移、消散，不但打破了原有的力学平衡，使得土体中有效应力增加，在建筑物自重不变得情况下就产生了沉降变形;另一方面，由于基坑降水后形成的降水漏斗使得水力梯度增加，由此产生的渗透力将作为体积力作用在土体上，引起变形。总之，二者的共同作用导致了基坑周围土体的沉降和不均匀沉降。
三、变形观测在大面积降水工程中的特殊作用
一般建 (构 )筑物的变形观测,大都是先发现了变形 (甚至影响到使用 ),然后才进行观测,按规定时间向使用单位提供周期变形量,以便采取安全措施,我们称其为“被动型 ”的观测;而大面积降水工程的变形观测,它是在建筑物安全和正常的情况下,运用变形观测的数据,来控制和调节来调节基坑土开挖及降水的部位、数量与速度,采用回弹与沉降相抵消的办法,控制建筑物的变形,以保证周边环境不受损害。变形观测在施工中起着领头和指挥的特殊作用,我们称其为“主动型 ”的观测。它不仅配合工程地质和施工人员完成了降水任务,而且还确保了基坑周围建筑物的安全,同时还进一步提高了精密工程测量在工程建设中的地位与作用。
四、基坑渗流降水曲线及影响范围
(1)渗流降水曲线。
深基坑工程多采用井点降水，降水的计算通常基于稳定渗流理论，其中较成熟的理论当推裘布衣((Depuit)水井理论。裘布依理论建立了降水深度与地面点位置之间的函数关系，其公式如下:
式中Sw为基坑坑底的水位实际下降值，m为基坑外围距坑壁一定距离的待测点位处地下水下降值，m;R为抽水影响半径，m;;Snv为基坑外围距坊该半径从基坑中心算起R=R, + r。其中R,，r分别为单井抽水试验的引用影响半径和基坑的等效半径。
(2)抽水引用影響半径的R，确定。
①当含水层厚度可以确定时，单井抽水试验的引用影响半径R，可以根据库萨金公式确定:
式中K为含水层的透水系数，rn/d;M为含水层厚度，m。
②当含水层厚度不确定时，认为基坑设置可靠的止水帷幕后，帷幕改变了地下水渗流的路径，使坑底的降水曲面更平缓，漏斗壁向外扩张，影响半径从坑壁算起，在计算水位降低时需加上基坑等效半径。抽水影响半径可根据下面修正的经验公式进行估算:
式(3)可以反映止水帷幕的作用，即帷幕使基坑以外影响范围的水力坡度不因基坑面积的大小而改变，它在基坑以外的影响距离只与渗透系数和坑内降水幅度有关。
③完整普通单井在涌水量可知时，可根据涌水量计算抽水影响半径，得出水位下降曲线;对于完整普通井群，通过单井叠加，反算亦可得降水曲线。
五、几点体会
(1)基坑降水和变形观测之间,一定要对基坑周边建筑物的变形现状认真进行调查,例如墙体有无倾斜,墙面有无裂缝,如有裂缝要进行照像,量出裂缝的大小逐条登记,并让户主签字认可,以免降水之后引起不必要的麻烦。
(2)要成立统一的现场指挥机构。降水工程开始后工地现场即有土建施工、基坑降水和变形观测三大工种的人员同时进行工作,而且各工种往往都考虑自己的计划与进度,要做到相互调节与平衡,没有一个强有力的指挥班子,是很难做好的。例如某广场基坑降水,形成南降 (下沉 )北升 (回弹 )的现象,且回弹量较大,即是因为北面挖土集中、速度过快而抽水井位有遭破坏、抽水速度较慢所致。
(3)要采取措施加强对变形观测标志和抽水井位的保护。大面积降水工程现场工种多人员多,特别是进行机械化施工,机动车辆也很多,标志和井位常常被碰掸或堆埋,除了多作宣传,设立保护障碍外,在关键时刻还得派人看管或照顾,以免影响工程质量和效果。
(4) 按照预定措施及方案，在周围建筑（构造）物与基坑降水点之间合理布置地下水位观测井，定时定人连续准确观测并做好记录，以及时掌握地下水位变化情况，适时调整降水出水量，达到降水效果同时避免由于超降所增加的风险。
(5)变形观测点布设,除了基坑周边所有建筑物要布点外,最好在基坑二个垂直方向上相当远的距离也适当埋设一些观测点,同次同精度进行观测,以便测出变形影响范围的临界线。这是建筑设计上重要的科研数据,我们如能提供,将再一次提高精密工程测量的地位和声誉。
(6)大面积或深度基坑开挖对周围建筑物必须进行严密沉降观测,监测范围应为基坑深度的1. 5～2. 5倍。
结束语
基坑降水工程是一项复杂的系统工程，需要从整体与局部、整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中找出最佳的方案。对于基坑降水工程，在满足工程施工和工程安全需要的同时降水还要满足周围环境的变形要求。将对周围建筑物，特别是已建建筑物变形考虑进行降水设计是岩土工程界将来的一项重要的课题。
参考文献
1.胡敏良.流体力学[M].湖北:武汉工业大学出版社，2010.
2.赵志缪等.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2011.
3.何世秀，胡其志，庄心善.渗流对基坑周边沉降的影响.岩石力学与工程学报，2003551~1554.
4.陈希哲.土力学地基基础澎三版)[M].北京:清华大学出版社，2007.
5.宋建学，周同和，郭院成.井点降水引起的复合地基沉降问题讨论[J] .建筑技术，2004 35
关键词基坑降水；作用机理；建筑工程；设施；控制；
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国城市化进程的加快，城市建筑规模越来越大，地下空间资源的利用程度的提高。在修建地铁和高层建筑时开挖的基坑的面积和深度越来越大，而前相互之间的距离也越来越近，而在基坑工程中往往需要进行降水施工。大量抽取地下水，降低地下水位会引发周围建筑物的沉降变形。这些极大地影响了建筑物的安全。建筑物基础施工中,随着荷载的变化及基坑降水的发生,在一定范围内改变了土体内应力的变化,进而可能影响到此范围建筑物的变形,为了避免变形的发生,保证施工过程中周围建、构筑物的安全及基坑施工面的干燥,在基坑开挖过程中进行必要的降水,降水的速度、降水量视基坑开挖速度、方位及周围建、构筑物的变形情况确定。
一、概述
近年来高层、超高层建筑及深基坑工程逐渐增多,降水工程越来越多。建筑物基坑开挖深度在水位线以下,为了疏干基坑便于地基与基础施工,需要在基坑周围进行降水,将局部水位降至基坑底线以下,在基坑周围布井进行抽水,即为降水工程。基坑或深或面积大,其对周围建筑物的影响规律有所区别,本文旨在探讨大面积开挖后基坑降水对周围建筑物的影响。大面积降水工程系指在面积大、基坑深且非单个建筑物的基坑降水,它因开挖和抽水的影响范围广,降水幅度较大,对周边环境构成的危害也较大。首先,基坑大面积的开挖,卸去坑内土的自重,造成坑底及周边土的回弹,回弹量最大能达到2～3cm。其次,坑内大面积的抽水,影响了土体内应力的变化,当降水幅度较大时,在基坑周围即形成降水漏斗曲线,在此范围内建 (构 )筑物就产生了附加变形。例如不均匀沉降、墙体倾斜、裂缝、管道破裂及基坑滑坡等等。因此,大面积降水工程必须同步进行变形观测。
二、降水随周边建筑物的影响作用机理
基坑降水能引起周围建筑物的沉降，这是因为，一方面基坑降水后土中孔隙水压力会发生转移、消散，不但打破了原有的力学平衡，使得土体中有效应力增加，在建筑物自重不变得情况下就产生了沉降变形;另一方面，由于基坑降水后形成的降水漏斗使得水力梯度增加，由此产生的渗透力将作为体积力作用在土体上，引起变形。总之，二者的共同作用导致了基坑周围土体的沉降和不均匀沉降。
三、变形观测在大面积降水工程中的特殊作用
一般建 (构 )筑物的变形观测,大都是先发现了变形 (甚至影响到使用 ),然后才进行观测,按规定时间向使用单位提供周期变形量,以便采取安全措施,我们称其为“被动型 ”的观测;而大面积降水工程的变形观测,它是在建筑物安全和正常的情况下,运用变形观测的数据,来控制和调节来调节基坑土开挖及降水的部位、数量与速度,采用回弹与沉降相抵消的办法,控制建筑物的变形,以保证周边环境不受损害。变形观测在施工中起着领头和指挥的特殊作用,我们称其为“主动型 ”的观测。它不仅配合工程地质和施工人员完成了降水任务,而且还确保了基坑周围建筑物的安全,同时还进一步提高了精密工程测量在工程建设中的地位与作用。
四、基坑渗流降水曲线及影响范围
(1)渗流降水曲线。
深基坑工程多采用井点降水，降水的计算通常基于稳定渗流理论，其中较成熟的理论当推裘布衣((Depuit)水井理论。裘布依理论建立了降水深度与地面点位置之间的函数关系，其公式如下:
式中Sw为基坑坑底的水位实际下降值，m为基坑外围距坑壁一定距离的待测点位处地下水下降值，m;R为抽水影响半径，m;;Snv为基坑外围距坊该半径从基坑中心算起R=R, + r。其中R,，r分别为单井抽水试验的引用影响半径和基坑的等效半径。
(2)抽水引用影響半径的R，确定。
①当含水层厚度可以确定时，单井抽水试验的引用影响半径R，可以根据库萨金公式确定:
式中K为含水层的透水系数，rn/d;M为含水层厚度，m。
②当含水层厚度不确定时，认为基坑设置可靠的止水帷幕后，帷幕改变了地下水渗流的路径，使坑底的降水曲面更平缓，漏斗壁向外扩张，影响半径从坑壁算起，在计算水位降低时需加上基坑等效半径。抽水影响半径可根据下面修正的经验公式进行估算:
式(3)可以反映止水帷幕的作用，即帷幕使基坑以外影响范围的水力坡度不因基坑面积的大小而改变，它在基坑以外的影响距离只与渗透系数和坑内降水幅度有关。
③完整普通单井在涌水量可知时，可根据涌水量计算抽水影响半径，得出水位下降曲线;对于完整普通井群，通过单井叠加，反算亦可得降水曲线。
五、几点体会
(1)基坑降水和变形观测之间,一定要对基坑周边建筑物的变形现状认真进行调查,例如墙体有无倾斜,墙面有无裂缝,如有裂缝要进行照像,量出裂缝的大小逐条登记,并让户主签字认可,以免降水之后引起不必要的麻烦。
(2)要成立统一的现场指挥机构。降水工程开始后工地现场即有土建施工、基坑降水和变形观测三大工种的人员同时进行工作,而且各工种往往都考虑自己的计划与进度,要做到相互调节与平衡,没有一个强有力的指挥班子,是很难做好的。例如某广场基坑降水,形成南降 (下沉 )北升 (回弹 )的现象,且回弹量较大,即是因为北面挖土集中、速度过快而抽水井位有遭破坏、抽水速度较慢所致。
(3)要采取措施加强对变形观测标志和抽水井位的保护。大面积降水工程现场工种多人员多,特别是进行机械化施工,机动车辆也很多,标志和井位常常被碰掸或堆埋,除了多作宣传,设立保护障碍外,在关键时刻还得派人看管或照顾,以免影响工程质量和效果。
(4) 按照预定措施及方案，在周围建筑（构造）物与基坑降水点之间合理布置地下水位观测井，定时定人连续准确观测并做好记录，以及时掌握地下水位变化情况，适时调整降水出水量，达到降水效果同时避免由于超降所增加的风险。
(5)变形观测点布设,除了基坑周边所有建筑物要布点外,最好在基坑二个垂直方向上相当远的距离也适当埋设一些观测点,同次同精度进行观测,以便测出变形影响范围的临界线。这是建筑设计上重要的科研数据,我们如能提供,将再一次提高精密工程测量的地位和声誉。
(6)大面积或深度基坑开挖对周围建筑物必须进行严密沉降观测,监测范围应为基坑深度的1. 5～2. 5倍。
结束语
基坑降水工程是一项复杂的系统工程，需要从整体与局部、整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中找出最佳的方案。对于基坑降水工程，在满足工程施工和工程安全需要的同时降水还要满足周围环境的变形要求。将对周围建筑物，特别是已建建筑物变形考虑进行降水设计是岩土工程界将来的一项重要的课题。
参考文献
1.胡敏良.流体力学[M].湖北:武汉工业大学出版社，2010.
2.赵志缪等.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2011.
3.何世秀，胡其志，庄心善.渗流对基坑周边沉降的影响.岩石力学与工程学报，2003551~1554.
4.陈希哲.土力学地基基础澎三版)[M].北京:清华大学出版社，2007.
5.宋建学，周同和，郭院成.井点降水引起的复合地基沉降问题讨论[J] .建筑技术，2004 35