摘要:基坑降水的目的是為基礎(chǔ)工程施工提供地下工程作業(yè)條件及保證基坑邊坡的穩(wěn)定。降水方式及方法的選擇須依據(jù)擬建工程建筑物(或構(gòu)筑物)基礎(chǔ)的工程特點(diǎn)要求，充分研究擬建場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件，使其方式方法既安全可靠又便于施工并經(jīng)濟(jì)合理。本文主要就截水法和降水法進(jìn)行了論述，他們是解決深基坑降水問題的兩種有效方法,在討論了這兩種方法的適用條件和在實(shí)際運(yùn)用的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上,指出了深基坑降水工程要注意的三個(gè)主要問題，可供同行參考借鑒。

　　關(guān)鍵詞：降水方法 設(shè)計(jì)理論方法 ; 常規(guī)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

　　基坑降水是為了給基礎(chǔ)的施工提供一個(gè)干燥的施工環(huán)境,便于施工,同時(shí),對(duì)基坑邊坡的穩(wěn)定也是有益的,還有助于基礎(chǔ)的穩(wěn)定,減少基礎(chǔ)沉降的因素,其意義重大。降水要確保降水成功,而且要一次成功,這樣,就需要選擇合理的方法,使降水成功,不能對(duì)基坑及其周邊環(huán)境產(chǎn)生大的影響。

　　一、基坑降水方法分析

　　1、截水法。在城市管網(wǎng)和建筑密集的地段, 進(jìn)行深基坑開挖,基坑降水考慮到對(duì)周圍環(huán)境的影響。當(dāng)降水引起土體固結(jié)陳降時(shí), 會(huì)危及周圍建筑物和地下管道的安全和使用, 宜采用截水的方法來控制地下水。堵截地下水的方法有多種: 鋼板樁、稀漿槽、地下連續(xù)墻、夾心墻、防滲帷幕 (防滲垂直帷幕法、防滲水平帷幕法 )、冷凍法。

　　2、降水法。降水方法通常指采用各類井點(diǎn)降低地下水位方法, 在擬建的工程基坑周圍埋設(shè)若干井點(diǎn)管, 配置一定的抽水設(shè)備, 在不擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)的情況下, 不間斷的抽走地下水, 使基坑地下水降至設(shè)計(jì)深度, 保證在干燥的環(huán)境下進(jìn)行基坑的開挖。井點(diǎn)降水適用于不同幾何形狀的基坑, 它有克服流砂、管涌和穩(wěn)定邊坡的作用。

　　二、基坑降水設(shè)計(jì)理論方法分析

　　1、傳統(tǒng)的地下水動(dòng)力學(xué)方法。此類方法有“大井”法、疏干法、非穩(wěn)定流法等等。其中進(jìn)行基坑降水設(shè)計(jì)時(shí), 大多采用“大井”法, 這也是基坑降水設(shè)計(jì)時(shí), 用到的最常規(guī)的方法。在基坑降水設(shè)計(jì)時(shí), 把圍繞基坑的井群作為一個(gè)大口井來考慮, 利用已有的公式來計(jì)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過任意指定點(diǎn)的疊加。

　　2、階梯流量法。此法就是每完成一口井即刻投入使用, 依次將完成的井投入降水施工, 這樣必然形成總排量逐漸呈梯形增加, 地下水歷時(shí)曲線呈梯形下降的一個(gè)趨勢(shì)。在整個(gè)階梯降水過程中，出水量及水位觀測(cè)采用非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)觀測(cè)方式, 以求得更為詳細(xì)的水位降深資料來反演求參預(yù)報(bào)未來地下水的下降趨勢(shì)。

　　3、復(fù)合單元法。此法是一種求解含降水井滲流場(chǎng)的新方法, 它將降水井虛含于常規(guī)巖土單元內(nèi)部, 構(gòu)成一個(gè)涵蓋排水孔的復(fù)合巖土體單元, 在此單元體上建立與常規(guī)有限元式相同的插值函數(shù), 以復(fù)合單元上對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)水頭為變量, 插值得到各子單元的水頭值。復(fù)合單元法可方便地對(duì)多種降水井設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。

　　4、雙層結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。一般在深基坑降水工程中, 雙層的地下水頭并不統(tǒng)一, 這是因?yàn)? 其一是降水強(qiáng)度大, 單井水位降深大;其二是單井結(jié)構(gòu)上大多在下部強(qiáng)透水層設(shè)置過濾器,上部相對(duì)弱透水層設(shè)置井管。這樣一來, 下層承壓水流主要以水平流動(dòng)為主, 而上層潛水流主要以垂直流動(dòng)為主, 下層承壓水流和上層潛水流有各自獨(dú)立的地下水頭。基于不同水文地質(zhì)層水流運(yùn)動(dòng)特征的差異, 考慮到土層降水一固結(jié)過程中滲透系數(shù)和貯水系數(shù)隨土層物理力學(xué)參數(shù)的非線性變化, 對(duì)基坑降水過程中地下水流計(jì)算, 提出了雙層結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型及有限元, 建立了土層非線性物理力學(xué)參數(shù)與水文地質(zhì)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系, 客觀地描述了土層降水一 固結(jié)過程中孔隙度、滲透系數(shù)和貯水率等參數(shù)非線性變化過程。計(jì)算成果較好地刻畫了基坑井群的實(shí)施過程中含水層、弱透水層水頭、參數(shù)的時(shí)空變化規(guī)律。

　　5、三維數(shù)值模擬法。三維數(shù)值模擬法: 有些差分法和有限單元法。傳統(tǒng)的應(yīng)用解析法計(jì)算水位降低需要對(duì)場(chǎng)地的地質(zhì)條件進(jìn)行概化, 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件過于復(fù)雜時(shí), 這種概化可能引起失真。例如, 當(dāng)基坑降水影響范圍內(nèi)的含水層由多層滲透性差異較大的巖層組成時(shí), 解析法通常需要采用綜合滲透系數(shù)來描述其宏觀特征, 但這樣就忽視了真實(shí)水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 計(jì)算結(jié)果可能有較大誤差。同時(shí)解析法難以處理計(jì)算邊界不規(guī)則或者邊界條件比較復(fù)雜時(shí)的情況。基坑降水是一個(gè)典型的三維滲流問題, 對(duì)這一問題采用解析法來求解相當(dāng)困難。在地下水流動(dòng)問題計(jì)算領(lǐng)域內(nèi), 數(shù)值法早已成為一個(gè)常規(guī)技術(shù)手段。在基坑降水領(lǐng)域在我國起步較晚, 但在不斷發(fā)展之中。以某塔樓深基坑降水為例, 采用三維有限差分法以及干濕法對(duì)深基坑降水的三維非穩(wěn)定滲流場(chǎng)的建模和降水疏干過程進(jìn)行了模擬研究, 模擬結(jié)果表明三維滲流理論以及干濕法能夠很好的模擬基坑內(nèi)外滲流場(chǎng)的變化全過程, 在此基礎(chǔ)上, 確定了基坑降水最優(yōu)化方案。以某基坑降水為例, 利用有限元對(duì)其進(jìn)行了有回灌和疏干的條件下的不同降水井深的降水方案數(shù)值模擬, 在此基坑上最終確定了既滿足工程水位降深要求, 又對(duì)周邊環(huán)境影響程度可控的降水與回灌方案, 這也為同類地質(zhì)條件下的相似基坑工程的降水方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

　　6、目標(biāo)函數(shù)法。應(yīng)用目標(biāo)函數(shù)法對(duì)基坑降水井群優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過程一般可概括為建立優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型, 即用數(shù)學(xué)語言來描述最優(yōu)化問題。模型中的關(guān)系式就反映了最優(yōu)化問題所要達(dá)到的目標(biāo)和各種約束條件: 數(shù)學(xué)求解, 數(shù)學(xué)模型建好以后, 選擇合適的方法進(jìn)行求解。對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行必要的分析。

　　7、遺傳算法。遺傳算法是新興人工智能理論科學(xué)的一個(gè)分支,是利用最優(yōu)化與自然選擇之間的類比來搜索復(fù)雜問題的解, 是一種在思路和方法上都很新穎的方法, 它將對(duì)問題的求解轉(zhuǎn)化為對(duì)一群“染色體”進(jìn)行一系列的操作, 通過種群的進(jìn)化, 使群體一代一代地向越來越好的解空間轉(zhuǎn)移, 在搜索過程中自動(dòng)獲取和積累有關(guān)搜索空間的解, 并自適應(yīng)地控制搜索過程, 收斂到一個(gè)最適應(yīng)環(huán)境的點(diǎn), 從而得到問題的最優(yōu)解。對(duì)許多數(shù)學(xué)上難以求解或明顯失效的問題, 特別是最優(yōu)化問題, 遺傳算法提供了一種新途徑。

　　三、基坑降水注意的問題分析

　　1、在基礎(chǔ)工程建設(shè)中, 需要投入大量的資金, 而基坑降水往往占據(jù)很大的一部分費(fèi)用。因此我們?cè)谶M(jìn)行基坑降水設(shè)計(jì)時(shí), 采用合理的降水設(shè)計(jì)方案, 如采用目標(biāo)函數(shù)法, 正確預(yù)測(cè)基坑涌水量, 優(yōu)化降水井群, 減少降水井的數(shù)目, 從而達(dá)到減少費(fèi)用的目的。

　　2、在基坑進(jìn)行降水之前要認(rèn)真調(diào)查基坑以及基坑所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件, 不要因工期而省略一些重要的程序,應(yīng)該根據(jù)勘察階段提供的資料, 應(yīng)施工探采井, 進(jìn)一步做好抽水試驗(yàn), 取得第一手的水文地質(zhì)資料, 選擇合理的降水方案, 防止管涌、突涌等危及基坑安全的事故發(fā)生。

　　3、應(yīng)慎重選擇降水方案, 高度重視并做好降水過程中周圍構(gòu)筑物的沉降、變形的預(yù)防與監(jiān)測(cè)。正確指導(dǎo)施工, 防止重大事故的發(fā)生。在降水設(shè)計(jì)中, 必要是要考慮到回灌技術(shù)以及止水帷幕技術(shù)的運(yùn)用。

　　四、結(jié)語

　　隨著各種大型工程的建設(shè)施工，基坑的開挖面積深度逐漸加大，同時(shí)引發(fā)的基坑降水問題便成為基坑施工過程中的重要組成部分。現(xiàn)有降水方法都各有其適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，施工過程中應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際狀況，綜合各種因素，選擇適宜的降水方案。同時(shí)充分考慮到經(jīng)濟(jì)問題, 安全問題和環(huán)境地質(zhì)問題, 保證工程圓滿成功。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 胡靜, 復(fù)合單元法在深基坑降水井設(shè)計(jì)中的應(yīng)用, 水力發(fā)電, 2005( 2)

　　[2] 姬永紅, 尹傳金 深基坑工程中井點(diǎn)布置的優(yōu)化設(shè)計(jì), 西部探礦工程, 2004, ( 7)

　　[3] 劉金偉, 羅錫明 遺傳算法在深基坑降水中的應(yīng)用 勘察科學(xué)技術(shù), 2000, ( 3)