CN114482063A - 基坑止水降水方法及止水降水体系 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基坑止水降水方法及止水降水体系，基坑止水降水方法包括：在基坑中设置不透水支护结构；沿支护结构的外周，向支护结构的底端以下的地基土体中通入压缩气体，压缩气体在地基土中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕，止水气幕与不透水支护结构共同形成筒状空间止水体系，阻隔基坑内外的水力联系；开启坑内降水井点，将基坑内地下水位降至所需深度。本申请运用压缩气体在不透水支护结构底端形成止水气幕，利用止水气幕、不透水支护结构共同组成的筒状空间止水体系对基坑进行止水，并结合坑内井点来实现坑内降水。本申请成本低、工期短、绿色环保。

Description

基坑止水降水方法及止水降水体系

技术领域

本申请属于基坑止水降水技术领域，具体涉及一种基坑止水降水方法及止水降水体系。

背景技术

基坑止水降水是实施地下工程时常见且重要的问题，其对工程安全、造价和工期都有较大影响。对于某些砂性土地基基坑，由于砂土的透水性强，因此采用传统井点降水法时排水量大、成本高、工期长，且可能引起周边环境的沉降破坏和地下水污染等次生危害。此类地基上的基坑工程止水降水问题很突出。

申请内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种基坑止水降水方法及止水降水体系。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种基坑止水降水方法，其包括以下步骤：

在基坑中设置不透水支护结构；

沿不透水支护结构的外周，向不透水支护结构的底端的地基土体中通入压缩气体，压缩气体在地基土中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕，所述止水气幕与不透水支护结构紧密接触，共同形成筒状空间止水体系，以阻隔基坑内外的水力联系；

开启坑内降水井点，将基坑内地下水位降至所需深度。

上述基坑止水降水方法中，还包括以下步骤：自向基坑所在地基中通入压缩气体之前开始，至整个基坑施工工程完成的全过程中，对基坑内外的地基变形和地下水位进行全程监测。

根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种基坑止水降水体系，其包括不透水支护结构、通气组件和坑内降水井点；

所述不透水支护结构沿基坑外围周向设置，所述不透水支护结构用于维持基坑边坡的稳定以及对其深度范围内的坑壁进行止水；

所述通气组件设置在所述不透水支护结构的外周，所述通气组件用于向基坑所在地基中通入压缩气体，压缩气体在地基土中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕，所述止水气幕与所述不透水支护结构紧密接触，形成筒状空间止水体系，以阻隔基坑内外的水力联系；

所述坑内降水井点设置在基坑中，其用于进行坑内降水。

上述基坑止水降水体系中，所述通气组件包括空压机、联通管和通气管；所述空压机的出口连接所述联通管，各所述通气管均与所述联通管连接；所述通气管沿基坑的周向竖直设置在所述不透水支护结构外侧的地基中；自不透水支护结构底端深度以下至通气管下端口范围内的通气管的管壁上间隔开设有透气孔。

进一步地，所述空压机的出口与所述联通管连接的管路上设置有气压调节阀和气压开关，所述气压调节阀用于调节所述空压机中送出的压缩气体的压力，所述气压开关用于通断其所在的管路。

上述基坑止水降水体系中，还包括监测组件；所述监测组件用于监测基坑外的地基变形和地下水位以及基坑内的地基变形和地下水位。

进一步地，所述监测组件包括坑外地基变形监测装置、坑外水位计、坑内地基变形监测装置和坑内水位计；所述坑外地基变形监测装置用于监测基坑外的地基变形，所述坑外水位计用于监测基坑外的地下水位，所述坑内地基变形监测装置用于监测基坑内的地基变形，所述坑内水位计用于监测基坑内的地下水位。

上述基坑止水降水体系中，在所述不透水支护结构外侧预设距离处沿着基坑周向均匀间隔布设一圈钻孔，所述通气管设置在所述钻孔中。

进一步地，采用水泥膨润土浆对所述通气管与钻孔内部之间的空间进行灌浆密封。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的基坑止水降水方法运用压缩空气在不透水支护结构底端形成连续、完整的止水气幕，利用止水气幕、不透水支护结构共同形成的筒状空间止水体系对基坑进行止水，并结合坑内井点来实现坑内降水，本申请提供的基坑止水降水方法成本低、工期短、绿色环保。

本申请提供的基坑止水降水体系采用天然、绿色环保、无处不在的空气作为工作介质，无需任何购买和运输成本，进而利用通气组件将空气压缩后通入基坑所在的地基中，压缩空气扩散后置换部分空间内土体当中的孔隙水，形成大气泡，一系列大气泡沿基坑的周向相互连接、融合，形成一道连续、完整的止水气幕，利用止水气幕、不透水支护结构共同形成的筒状空间止水体系对基坑进行止水；并结合坑内井点来实现坑内降水。本申请提供的基坑止水降水体系成本低、绿色环保、施工效率高。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请具体实施方式提供的一种基坑止水降水方法的流程图。

图2为本申请具体实施方式提供的一种基坑止水降水体系的结构示意图。

附图标记说明：

1、不透水支护结构；

2、通气组件；

21、空压机；22、联通管；23、通气管；24、气压调节阀；25、气压开关；

3、坑内降水井点；

4、监测组件；

41、坑外地基变形监测装置；42、坑外水位计；43、坑内地基变形监测装置；44、坑内水位计；

10、不透水层；20、止水气幕；30、坑外地基表面。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

目前，在工程实践中砂土地基上的基坑止水降水经常采用的方法主要有以下两类：一类是通过地下连续墙、灌浆或高压旋喷桩结合钻孔灌注桩等形式的支护结构在地下形成不透水的止水帷幕，再通过井点在坑内进行降水；另一类是直接在开挖范围周边地基中采用井点降水，使整个基坑及其周边一定范围内地基中的地下水位降低，以达到坑内降水的目的。

第一类方法由于止水帷幕有着很好的止水效果，对止水帷幕底端和下卧不透水层直接相接的情况，具有非常好的止水效果，可以轻易实现坑内地下水位的降低。然而，当不透水层深度较大，而受力计算要求的支护结构深度却不足以达到不透水层位置时，如果单纯地为了止水目的加大支护结构(同时也是止水帷幕)深度时，就会导致工程成本大幅增加；如果不加大止水帷幕深度，则因为基坑内外地下水水力联通程度较好，导致排水量过大而产生一系列问题。第二类方法的主要问题在于排水量太大，其直接后果是设置降水井点和抽水的费用都较大。此外，大排水量会过多地降低周边地下水位，从而引起基坑周边地基沉降和既有建筑物、构筑物发生过大变形甚至破坏，而且若工程地点临近海岸线，还有可能引起海水回渗，导致海水对陆地地下水的污染。因此，当工程所在地的环保要求较高时，工程会被环保部门额外收取地下水排放费，甚至那些需要大排水量的降水方法不会被地方政府允许实施，那么此时就要结合排出的地下水的回灌等措施来减少其排放量及减轻降水对周边环境的影响，而这么做就会导致成本增加、工期延长。

因此，对不透水层深度较大的砂性土地基上的基坑，传统止水降水方法存在成本高、工期长、不环保等缺点。

为解决现有技术中基坑止水降水方法所存在的问题，本申请提供了一种基坑止水降水方法及止水降水体系。

如图1所示，本申请实施例提供的基坑止水降水方法包括以下步骤：

S1、在基坑中设置不透水支护结构1。

不透水支护结构1用于维持基坑边坡的稳定以及对其深度范围内的坑壁进行止水。

具体地，不透水支护结构1可以采用预设厚度的地下连续墙，其中，地下连续墙简称为地连墙。另外，可以根据施工需要，在基坑内部对不透水支护结构1进行支撑固定。

S2、沿不透水支护结构1的外周，向不透水支护结构1的底端处的地基土体中通入压缩气体，压缩气体在地基土体中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕20。止水气幕20与不透水支护结构1紧密接触，共同形成筒状空间止水体系，以阻隔基坑内外的水力联系。

具体地，压缩气体可以采用压缩空气。

压缩空气进入基坑所在的地基中后会在一定范围内扩散，置换土体中的孔隙水，形成一系列大气泡。大气泡在竖直方向上连通不透水支护结构1下端；沿基坑的周向，各大气泡相互连接、融合，从而形成一道连续、完整的止水气幕20。止水气幕20的形成过程取决于地基中通入压缩空气的深度、压力和地基土的渗透系数。

S3、开启坑内降水井点3，将基坑内地下水位降至所需深度。

本申请提供的基坑止水降水方法通过不透水支护结构1、止水气幕20 共同形成的筒状空间止水体系对基坑进行止水，通过开启坑内降水井点3，对基坑进行降水；与现有的基坑止水降水方法相比，本申请提供的基坑止水降水方法具有成本低、污染小和工期短等特点。

本申请实施例提供的基坑止水降水方法还包括以下步骤：

S4、自向基坑所在地基中通入压缩气体之前开始，至整个基坑工程完成的全过程中，对基坑内外的地基变形和地下水位进行监测，以保证基坑工程的稳定性和地下水位均在控制之下。

如图2所示，基于本申请实施例提供的基坑止水降水方法，本申请实施例还提供了一种基坑止水降水体系，其包括不透水支护结构1、通气组件2 和坑内降水井点3。

其中，不透水支护结构1用于维持基坑边坡的稳定以及对其深度范围内的坑壁进行止水。不透水支护结构1沿基坑外围周向设置。

通气组件2设置在不透水支护结构1外周，通气组件2用于向基坑所在地基中通入压缩气体，压缩气体在地基土体中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕20，止水气幕20与不透水支护结构1共同形成筒状空间止水体系。

坑内降水井点3设置在基坑中，其用于进行坑内降水。坑内降水井点3 不仅能够排除坑内被止水体系包围的原始地下水，降低坑内地下水位，还能够排除经止水体系后续渗漏入坑内的少量地下水，以便于维持坑内地下水位不升高。

在一个具体的实施例中，通气组件2包括空压机21、联通管22和通气管23。其中，空压机21的出口连接联通管22，各通气管23均与联通管22 连接。空压机21和联通管22可以设置在坑外地基表面30上。通气管23沿基坑的周向竖直设置在不透水支护结构1外侧的地基中。自不透水支护结构 1底端深度以下至通气管23下端口范围内的通气管23的管壁上间隔开设有透气孔。

空压机21产生的压缩气体依次通过联通管22和通气管23，自通气管 23的下端口和管壁上的透气孔进入地基中，并在一定范围内扩散，与土壤孔隙中的水置换，形成一系列大气泡，这些大气泡融合后形成连续、完整的气幕。

具体地，压缩气体采用压缩空气，空气天然、绿色环保且无处不在，无需任何购买和运输成本。

在本实施例中，空压机21的出口与联通管22连接的管路上设置有气压调节阀24和气压开关25，气压调节阀24用于调节空压机21中送出的压缩空气的压力，气压开关25用于通断其所在的管路。

空压机21是提供压缩气体的源头，自空压机21出来的压缩气体经过气压调节阀24调压后达到预设的压力值，再经联通管22送达各通气管23。气压调节阀24的预设压力值取决于不透水层10上表面处地下水的水头压力、联通管22和通气管23组成的压缩空气管路的压力损失、压缩空气在地基土中的扩散损耗等，具体地，气压调节阀24的预设压力值可以按照前述水头压力的1.2倍计算。

通气管23是通过钻孔或者专用打插设备设置在地基中的一系列中空、两端开口、末段管壁有透气孔的管道。通气管23位于不透水支护结构1的外侧，且按满足设备施工对空间的最低要求尽可能地靠近不透水支护结构1，具体地，可以取1m左右。通气管23沿不透水支护结构1周向按3m左右的间距排列，通气管23底端的深度要能够满足提供足够的降水过程中的地下水流渗透阻力的条件。通气管23内径以满足通气量的要求为准，管壁厚度以满足通气管23的强度要求为准。通气管23在不透水支护结构1最大深度以下部分的不同深度处的管壁均开有透气孔。具体地，透气孔竖向间距为2m 左右，每个深度处设置一个透气孔，透气孔的直径为1mm左右。上述具体数值取决于地基土的渗透性和通气管23的最大深度。与不透水支护结构1 深度相同的范围内，通气管23和地基土体之间进行密封处理。

如图2所示，本申请实施例提供的基坑止水降水体系还包括监测组件4。监测组件4用于监测基坑外的地基变形和地下水位以及基坑内的地基变形和地下水位。具体地，监测组件4包括坑外地基变形监测装置41、坑外水位计 42、坑内地基变形监测装置43和坑内水位计44。坑外地基变形监测装置41 用于监测基坑外的地基变形，坑外水位计42用于监测基坑外的地下水位，坑内地基变形监测装置43用于监测基坑内的地基变形，坑内水位计44用于监测基坑内的地下水位。

本申请提供的基坑止水降水体系使用的工作介质主要是天然、无处不在的空气，工作介质本身绿色环保，且无需任何购买和运输成本。基坑止水降水体系的主要成本只有设置通气管23的材料和施工费，以及后期需要往地下补充压缩空气所消耗的设备和能源费用。因此，本申请提供的基坑止水降水体系成本低、污染小。

本申请提供的基坑止水降水体系的工期主要取决于通气管23的设置，而通气管23因为直径很小，每根通气管23的实施工作量很小，且可以批量实施，实施起来非常快捷，因此本申请提供的基坑止水降水方法的工期也较短。

由于止水气幕20能够较好地阻隔基坑内外的地下水联通，对基坑内进行降水时不会对基坑外周边的地下水位造成大的影响，因此采用本申请提供的基坑止水降水体系和方法对环境保护和周围建筑的安全十分有益。下面结合一个具体的实施例对本申请实施例提供的基坑止水降水方法和止水降水体系进行具体说明。

某砂土地基基坑工程，基坑平面为20m×100m的矩形，开挖设计深度为15m。地下水位深度为3m，地基深度40m以下为黏性土不透水层10。

不透水支护结构1采用厚度为1m的地下连续墙，基坑内部在深度为0m、 5m和10m处分别设置一道钢支撑结构，按照稳定和变形计算要求，地连墙深度确定为32m。

本申请实施例提供的基坑止水降水方法的具体过程为：

地连墙施工完成后，在地连墙外侧1.2m处沿着基坑周向按照间距3.2m 均匀布设一圈钻孔，钻孔的直径为110mm，钻孔深度为39m，即钻孔底部距离不透水层10上表面1m。总共布置78个钻孔。

在孔内插入直径4cm，壁厚5mm的金属通气管23，通气管23的底端达到钻孔底部。自地连墙底端以下至通气管23下端口范围内的通气管23的管壁上，每间隔2m深度开设一个透气孔，透气孔的直径为1mm。将坑外地基表面30至地连墙底端深度范围内通气管23与钻内壁之间的空间用水泥膨润土浆进行灌浆密封。

在基坑顶部距离不透水支护结构1外侧2m处设置坑外水位计42和坑外地基变形监测装置41，在坑内距离不透水支护结构1内侧2m处设置坑内水位计44和坑内地基变形监测装置43，以对基坑外的地下水位和地基变形以及基坑内的地下水位和地基变形进行实时监测。

将通气管23经联通管22连接至气压开关25和气压调节阀24，气压调节阀24再与空压机21连接。

将气压调节阀24的输出压力设定为0kpa。打开气压开关25，以每小时增加10kpa的速率，让经气压调节阀24输出的空气压力逐渐增长到设定的最大压力430kpa。

加压完成后，稳压两天，止水气幕20完全形成，止水气幕20与不透水支护结构1形成筒状空间止水体系，筒状空间止水体系和不透水层10的顶面共同形成杯状空间止水体系，并持续进行坑内外地下水位和地基变形监测，如无异常，再开启坑内降水井点3进行坑内降水。降水速率每昼夜不超过3m。

坑内地下水位降至设计开挖深度以下2m时，将坑内降水井点3的工作模式调整成维持模式，即只将后续渗入坑内的少量地下水排出坑外，以维持当前坑内地下水位不变。

到整个基坑开挖完毕，且地下永久受力结构和永久防水措施完成，停止坑内降水井点3的排水，将止水气幕20内的压力按照每小时减少10kpa的速率逐渐降低到0。

移除空压机21、气压调节阀24、气压开关25和联通管22等所有相关设施，基坑止水降水施工工作全部完成。

在施加气压、降水和卸除气压的全过程中，对基坑内外的地下水位和地基变形进行实时监测，如有异常情况发生，则立刻停止后续作业，并采取相应处理措施。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基坑止水降水方法，其特征在于，包括以下步骤：

在基坑中设置不透水支护结构；

沿不透水支护结构的外周，向不透水支护结构的底端的地基土体中通入压缩气体，压缩气体在地基土体中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕，止水气幕与不透水支护结构形成筒状空间止水体系，以阻隔基坑内外的水力联系；

开启坑内降水井点，将基坑内地下水位降至所需深度。

2.根据权利要求1所述的基坑止水降水方法，其特征在于，还包括以下步骤：自向基坑所在地基中通入压缩气体之前开始，至整个基坑工程施工完成的全过程中，对基坑内外的地基变形和地下水位进行全程监测。

3.一种基坑止水降水体系，其特征在于，包括不透水支护结构、通气组件和坑内降水井点；

所述不透水支护结构用于维持基坑边坡的稳定以及对其深度范围内的坑壁进行止水；

所述通气组件设置在所述不透水支护结构的外周，所述通气组件用于向基坑所在地基土体中通入压缩气体，压缩气体在地基土体中扩散且达到稳定状态后形成绕基坑周向连续、完整的止水气幕，所述止水气幕与所述不透水支护结构接触，形成筒状空间止水体系，以阻隔基坑内外的水力联系；

所述坑内降水井点设置在基坑内，其用于进行坑内降水。

4.根据权利要求3所述的基坑止水降水体系，其特征在于，所述通气组件包括空压机、联通管和通气管；所述空压机的出口连接所述联通管，各所述通气管均与所述联通管连接；所述通气管沿基坑的周向竖直设置在所述不透水支护结构外侧的地基中；自不透水支护结构底端深度以下至通气管下端口范围内的通气管的管壁上间隔开设有透气孔。

5.根据权利要求4所述的基坑止水降水体系，其特征在于，所述空压机的出口与所述联通管连接的管路上设置有气压调节阀和气压开关，所述气压调节阀用于调节所述空压机中送出的压缩气体的压力，所述气压开关用于通断其所在的管路。

6.根据权利要求3所述的基坑止水降水体系，其特征在于，还包括监测组件；所述监测组件用于监测基坑外的地基变形和地下水位以及基坑内的地基变形和地下水位。

7.根据权利要求6所述的基坑止水降水体系，其特征在于，所述监测组件包括坑外地基变形监测装置、坑外水位计、坑内地基变形监测装置和坑内水位计；所述坑外地基变形监测装置用于监测基坑外的地基变形，所述坑外水位计用于监测基坑外的地下水位，所述坑内地基变形监测装置用于监测基坑内的地基变形，所述坑内水位计用于监测基坑内的地下水位。

8.根据权利要求4所述的基坑止水降水体系，其特征在于，在所述不透水支护结构外侧预设距离处沿着基坑周向均匀间隔布设一圈钻孔，所述通气管设置在所述钻孔中。

9.根据权利要求8所述的基坑止水降水体系，其特征在于，采用水泥膨润土浆对所述通气管与钻孔内部之间的空间进行灌浆密封。

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