基坑工程中地下水控制措施的研究

白藍翼

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 控制地下水的目的

基坑開挖過程中，在施工作業(yè)面上有大量積水和地下水滲流都會影響施工。基坑底板和四周長期被地下水淹沒，會使土體強度降低，使基坑的穩(wěn)定性和安全性都受到威脅。地下水有以下幾個不良作用：增加土體和支護結(jié)構(gòu)的荷載，水位以下的土體和建筑的基礎(chǔ)產(chǎn)生上浮力，不利于基坑的穩(wěn)定；基坑開挖時，由于基坑內(nèi)外會產(chǎn)生水頭差，使地下水形成滲流，水力梯度超過臨界值時，易發(fā)生流土或是管涌，流土都是突發(fā)性的，嚴重威脅基坑的穩(wěn)定性；基坑底存在承壓水，容易發(fā)生突涌，嚴重的會沖毀底板，危險性極大。

控制地下水的目的，即保證工程施工作業(yè)面干燥；減小滲透的水力梯度，降低坑底的承壓水頭，增加基坑的穩(wěn)定性；提高地基土體的抗剪強度，增加邊坡和基坑的穩(wěn)定性；降水同時能加快土體固結(jié)，達到加固地基的效果。但是，在基坑降水過程中，會引起周邊管線和道路，以及降水漏斗范圍內(nèi)建筑物的不均勻沉降。因此，在降水施工過程中，盡量減少對坑底土的擾動，保護基坑底板土體，在保證施工安全的前提下，縮短基坑底板的施工時間，降低對周圍環(huán)境的影響。

2 基坑工程中地下水的控制措施

在基坑工程中，為了保證工程安全，一定要避免管涌和流砂，必須采取有效的治水措施。一般可以采用集水明排、降水、截水的方法，并在基坑外圍設(shè)置回灌水系統(tǒng)，作為一種補充措施配合其他方法共同使用，削弱降水所帶來的危害。當降水對基坑周圍環(huán)境影響不大，并且在法律法規(guī)允許范圍內(nèi)，優(yōu)先選擇降水，否則采用截水方法。根據(jù)工程的實際情況，可采用單一的方法，也可以采用多種方法相結(jié)合的方式。

組合方式有：①懸掛式截水帷幕+坑內(nèi)降水②基坑周邊控制降深的降水+截水帷幕③截水或降水+回灌④部分基坑截水+部分基坑降水，降水或是截水都需要配合集水明排一起使用。

集水明排分為兩種，一是明溝與集水井排水，需要在基坑的一側(cè)或四周挖排水明溝，在基坑的四角或沿著排水溝每隔30～50m設(shè)置集水井，并在集水井內(nèi)設(shè)置抽水泵，將井內(nèi)地下水排出基坑。適用于工程地質(zhì)條件好、地下水量不大的基坑。二是分層明溝排水，基坑中土體都是由不同土層組成的，當多層土中夾有滲透系數(shù)較大的砂類土時，為了防止上層地下水沖刷基坑下部邊坡，宜在基坑邊坡上分層設(shè)置明溝和集水井[1]。

降水是指在地下水較高場地中進行大面積基坑開挖時，明溝排水難以排干基坑內(nèi)上涌的地下水，此時應(yīng)采用井點降水的人工降水方法施工。人工降水方法主要有：噴射井點、輕型井點、電滲井點、管井井點等，這些方法統(tǒng)稱井點降水[1]，如表1所示。井點降水主要為了防止涌水、增加邊坡的穩(wěn)定性、防止基坑底土體發(fā)生管涌和流砂、減少支擋結(jié)構(gòu)的橫向荷載，并且降低地下水水位后，還能使土體固結(jié)，提高土體抗剪強度，增加地基土的承載力。

表1 各種降水方法的適用性

在井點降水過程中，在降水影響范圍內(nèi)會形成降水漏斗，周圍土體產(chǎn)生不均勻沉降。為減少井點降水對周圍建筑為及地下管線造成影響，可在降水井線外側(cè)6m以外范圍設(shè)置回灌井點，將降水井點中的水沉淀后用壓力注入回灌井中，形成一道水墻。設(shè)置截水帷幕(采用坑內(nèi)降水)也可以減少井點降水引起的不良影響。

截水的主要形式有落底式和懸掛式兩種。第一，落底式截水帷幕是將基坑支擋板止水帷幕深入到隔水層中(一般要求深入長度不宜小于1.5m)，井點降水主要為了排干基坑內(nèi)的地下水。這類圍護結(jié)構(gòu)需深入到潛水含水層的底板，將基坑內(nèi)外的地下水隔開。由于止水帷幕的截水作用，使基坑內(nèi)、外的地下水沒有水力聯(lián)系，因此，在降水過程中，不影響基坑外的地下水。這類井點降水優(yōu)點在于對基坑周圍環(huán)境影響范圍較小。第二，懸掛式截水帷幕這種截水方法并沒有完全隔開基坑內(nèi)外的地下水，井點降水主要是為了降低基坑下部的地下水的壓力水頭，防止基坑底板隆起，并且降低水力梯度，防止基坑底突發(fā)流砂。由于這種截水方法，并沒有完全隔開基坑內(nèi)外地下水，所以這種井點降水對基坑周圍環(huán)境影響范圍較大，但降水漏斗較平緩，使基坑周圍地面沉降較為均勻，削弱對周圍地下管線和建筑物的不利影響。根據(jù)規(guī)范要求，采用懸掛式帷幕時，應(yīng)同時采用坑內(nèi)降水，并宜根據(jù)水文地質(zhì)條件結(jié)合坑外回灌措施[2]。

3 控制基坑降水不良影響的措施

在基坑中進行施工降水時，使降水漏斗范圍內(nèi)的地下水水位下降，減小了周圍土體中的孔隙水壓力，不僅使土體的有效應(yīng)力增加，而且在影響半徑范圍內(nèi)，水力梯度增加，以體積力形式作用在土體上的滲透力增大。這兩者的共同作用，會使基坑周圍土體發(fā)生沉降變形。因此，在基坑降水過程中采取相應(yīng)的措施，既要保證開挖施工的順利進行，又要減少降水對周圍環(huán)境的影響。

具體措施：①在降水前做好對周圍環(huán)境的調(diào)研工作。查明場地的工程地質(zhì)條件和地下貯水體；查明場地周圍的地下管線情況，考慮是否需要預(yù)先采取加固措施；查清場地周圍地上和地下建筑物情況，考慮建筑物對差異沉降的承受能力。②合理使用井點降水，首先在場地的典型區(qū)域進行抽水試驗，進行降水及沉降預(yù)測；采取相應(yīng)的圍護措施保護土層中的細顆粒土；根據(jù)地質(zhì)勘察報告，把濾管盡量布置在水平連續(xù)分布砂類土中，使降水漏斗坡度平緩，減少不均勻沉降；井點降水應(yīng)該連續(xù)作業(yè)，應(yīng)盡可能避免反復(fù)抽水；基坑開挖時應(yīng)避免產(chǎn)生坑底流砂引起的坑周圍地面沉陷。③根據(jù)施工現(xiàn)場情況，可以在基坑外側(cè)設(shè)置一圈隔水帷幕，減小降水的影響范圍。常用的隔水帷幕有：鋼板樁、地下連續(xù)墻和深層水泥攪拌樁等。④在基坑外側(cè)設(shè)置回灌水系統(tǒng)(主要包括：回灌井及回灌砂溝、砂井)，回灌井點向土層注入適量的水，形成一道水幕，盡量維持基坑外圍地下水位不變，保護周圍環(huán)境。在選擇回灌水源時必須慎重考慮水源的水質(zhì)，避免污染周圍環(huán)境。

4 結(jié)語

基坑降水不僅能保證坑底干燥便于施工，還有利于加固地基和減小支擋結(jié)構(gòu)的位移量，增加邊坡的穩(wěn)定性。但是在降水的過程中會引起基坑降水漏斗范圍內(nèi)的地面沉降，對周圍的建筑物和地下管線帶來不利影響。因此，需要收集已有的水文地質(zhì)資料，進行現(xiàn)場勘測，查明周圍的建筑物及地下管線情況，并結(jié)合基坑的開挖深度和支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計，制定降水方案。在施工降水過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況更新降水方案，盡可能減少對周邊建筑物，以及相鄰道路的影響。