淺析深基坑工程與地下水的相互影響

陳 潔， 李 艷， 汪國圣

1 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院（510225） 2 武漢新區(qū)建設(shè)開發(fā)投資有限公司（430050）3 武漢大學(xué)城市設(shè)計學(xué)院（430050） 4 武漢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團有限公司（430015）

0 前言

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展,土地作為載體便日益緊張起來。為了解決這一矛盾，城市建設(shè)逐步向高空和地下發(fā)展，即高層建筑物和地下結(jié)構(gòu)工程。高層建筑一般都需要進行深基坑的開挖，以便于達到結(jié)構(gòu)及人防的需要；地下結(jié)構(gòu)工程中的大部分也要進行深基坑的開挖。因此，深基坑工程是工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵。而地下水是深基坑工程的天敵，是導(dǎo)致深基坑工程事故最直接的因素之一。從實際資料看，約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)。[1]因此，必須研究地下水對深基坑工程的影響。事實上，這種影響是相互的，深基坑工程的施工對地下水環(huán)境也同樣存在著影響,這種影響同樣要引起我們的重視。

1 地下水對深基坑工程的影響

1.1 地下水的基本類型

在我國南方大多數(shù)地區(qū),地層呈現(xiàn)典型的上部黏土層和下部砂礫層的二元結(jié)構(gòu)，黏土層中的為上層滯水和潛水，存在于砂礫層中的為承壓水。

1）上層滯水

上層滯水屬于深基坑中地下水的第一含水層,與區(qū)域地下水及鄰近地表水體均無水力聯(lián)系,一般處于上部松散地層的包氣帶中，透水性較差，無統(tǒng)一水面，涌水量小且隨季節(jié)和含水層性質(zhì)的變化而有較大變化。上層滯水主要靠降雨、周邊供水管道漏水、周邊電（光）纜溝或廢棄箱涵中的廢水補給。

2）承壓水

承壓水是充滿兩個隔水層之間的含水層中的地下水，與附近的河流或湖泊可能有水力聯(lián)系,水量由含水層構(gòu)造的性質(zhì)、含水層的滲透性等決定，水頭相對穩(wěn)定，一般不受當?shù)貧夂蛞蛩氐挠绊憽３袎核捎谄渎裆畲?、水頭高、水量大等原因，對深基坑施工和地下室施工危害較大，治理因難。

1.2 地下水對深基坑的影響分析

在深基坑工程中，若對地下水處理不當，可能導(dǎo)致出現(xiàn)險情甚至事故。主要有:①地下水滲透引起的基坑開裂坍塌；②基坑突涌導(dǎo)致基坑底土開裂出現(xiàn)管涌;③暴雨襲擊中基坑長期受雨水浸泡引起地基土強度降低;④基坑周圍水管破裂漏水滲入基坑，引起巖土的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變；⑤降低地下水位引起的地面沉降及周圍建筑物傾斜開裂。

引起的事故原因主要包括有設(shè)計和施工兩個方面:①由于設(shè)計人員對水文地質(zhì)的原理理解不透徹,對地下水的埋藏、排泄條件、補給路徑研究不夠，對開挖前后水文地質(zhì)的變化及地下水的運動規(guī)律重視不足等,可能出現(xiàn)樁間距設(shè)計的過大，止水帷幕設(shè)計的深度、厚度不夠，降水深度不足、止水措施不切合實際等；②施工單位不按設(shè)計要求施工，出現(xiàn)止水帷幕施工質(zhì)量差，達不到止水效果、注漿工藝不完整、壓力不夠，使樁與樁之間不能連接密封等。

1.3 地下水治理的基本原則及方案

在深基坑設(shè)計過程中，治理地下水的基本原則是疏堵結(jié)合。疏是指排除基坑范圍內(nèi)的地表水和地下水，如采用明溝排水、井點降水等方法，以疏為主的處理方法施工簡便，成本低，操作技術(shù)易于掌握，已廣泛應(yīng)用于各類基坑施工中；堵是指通過有效手段將地下水止于深基坑之外,一般做法是在深基坑周圍形成止水帳幕，如粉（漿）噴樁帷幕、高壓旋噴樁、沉井法、花管注漿、灌漿法以及地下連續(xù)墻等。相對而言，止水法成本較高，施工難度較大。

在深基坑設(shè)計過程中，地下水的治理方案與深基坑的開挖深度及土質(zhì)情況有密切關(guān)系。對開挖深度不超過6 m的基坑，通常采用土釘支護、錨噴支護、重力式擋墻等，上層滯水一般采用埋管引流的方法,支護結(jié)構(gòu)后土層的水經(jīng)排水管匯集到坑底排水溝，最后由集水井排至地面。對開挖深度超過6 m的基坑，多采用樁排支護、板樁支護、地下連續(xù)墻支護等，同時注意基坑底部隆起和突涌的防護。

具體的治理方案主要有“全封”方案、“半封半降”方案和“全降”方案。

“全封”隔滲（包括水平封底隔滲和落底式豎向隔滲），是為了阻止承壓水向基坑內(nèi)運動,一般在基坑周邊及坑底用人工方法設(shè)置一定厚度的隔水帷幕。這類隔滲通常采用高壓旋噴灌漿工藝，該方法施工周期長，工程造價大，施工質(zhì)量難以保證，往往在全封底之后又出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，這就必須重新采用降水井來救險。

“半封半降”是一種封降結(jié)合的做法，它是將隔滲帷幕厚度變薄，同時輔以深井減壓降水，盡可能減少抽水量，主要用于降水對周邊環(huán)境影響較大而不宜采用“全降”地區(qū)的基坑，但是其工程造價更大，要高出“全降”方案數(shù)倍。

“全降”即在基坑周邊及坑內(nèi)優(yōu)化布置一定數(shù)量的降水井，通過降水井抽排承壓水，使基坑內(nèi)承壓水頭降低至不會引起坑底突涌、流砂的高度，從而保證基坑的安全施工。這種方法雖然施工周期短，施工質(zhì)量易于控制，工程造價低，但是其缺點是可能引起基坑周邊一定范圍內(nèi)地面沉降。

因此,研究地下水對深基坑的影響及其治理辦法是非常必要的。

2 深基坑工程對地下水環(huán)境的影響

2.1 深基坑工程對地下水的影響類型

出于對深基坑工程本身安全的考慮,在研究如何降低地下水的影響方面，人們做了大量的工作。但對于深基坑工程對地下水環(huán)境的影響則很少有人問津,一方面是由于常見的高層建筑深基坑施工對地下水環(huán)境構(gòu)成的影響,短期內(nèi)并不顯著;另一方面也是由于人們還沒有認識到這個問題的嚴重性。

深基坑工程對地下水環(huán)境的影響可分為兩類:①施工期間所產(chǎn)生的影響；②建成后的潛在影響。這種潛在影響主要表現(xiàn)在兩個方面:阻滯地下水的排泄和引起地下水位的升降。

2.2 深基坑工程對地下水的影響分析

深基坑在開挖過程中為保證開挖面的穩(wěn)定,往往需要大面積的人工降水。這種“漏斗式”的下降，會使地下水的動力場和化學(xué)場發(fā)生變化,進而引起地下水中某些化學(xué)組分和微生物含量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致地下水污染逐步加劇，水質(zhì)惡化。為提高土體的防滲性及增強土體強度所進行的化學(xué)注漿，施工產(chǎn)生的廢水、廢漿以及施工機械漏油等，也可能引起地下水的化學(xué)污染,影響到地下水的水質(zhì)。但總的來說，深基坑工程施工期間對地下水環(huán)境產(chǎn)生的影響是局部范圍內(nèi)的，在一個較長的時間內(nèi)是能夠得到緩解的。而完工后的整體工程對地下水環(huán)境的影響則是大范圍的,并且有明顯的滯后性和累積效應(yīng)。完工后的工程對地下水徑流的“攔截”，會造成迎水面地下水位抬升，而背水面地下水位下降。同時還阻礙地下水的補給、徑流和排泄，影響地下水的循環(huán)，降低潛水污染的稀釋。[8]地下工程建成后，產(chǎn)生的生活污水、廢水更容易滲入地下造成地下水的污染。

3 結(jié)語

在深基坑工程中，要轉(zhuǎn)變治水原則，在搞清工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征的同時,還需研究深基坑工程對地下水環(huán)境的潛在影響。要綜合考慮兩方面的影響因素來確定較為科學(xué)的設(shè)計施工方案，在保證深基坑工程安全完成的基礎(chǔ)上，盡量不能對地下水環(huán)境造成破壞。

[1]蔣紅星,李龍.深基坑支護工程中的地下水防治問題研究[J].中國煤田地質(zhì),2003,2.

[2]郭志業(yè).建筑基坑的地下水防治[J].軍工勘察,1996,2.

[3]張錦屏.基坑工程的特點和若干問題分析[J].低溫建筑技術(shù),2003,3.

[4]杜家春,賈德明.基坑施工中的地下水處理及工程實例[J].西部探礦工程,2004,8.

[5]梁衛(wèi)東,張俊平.深基坑工程中地下水問題的研究[J].施工技術(shù),2005,6.

[6]徐有前.沿江沿淮地區(qū)建筑物基坑降低地下水研究[J].治淮工程,2005,4.

[7]許錫昌,徐海濱.深井降水對支護結(jié)構(gòu)和周邊建筑物影響的研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報.2005,11.

[8]楊曉婷,張徽,等.地下工程建設(shè)對城市地下水環(huán)境的影響分析[J].鐵道工程學(xué)報,2008,11.