排水廊道對坡地地下水環境的影響分析

(華南理工大學土木與交通學院 廣東 廣州 510640)

一、引言

隨著城市化進程加快，人口膨脹、土地緊缺、交通擁堵、環境污染和城市內澇等問題越來越嚴重，坡地地下空間開發利用是緩解城市資源匱乏、改善城市居民生活環境及提升城市品質的重要途徑。坡地地下空間的利用與發展將不可避免會遇到地下水的問題，無論是阻水結構還是減壓抗浮結構，都會不同程度地改變、干擾地下水環境，表現為地下水位的升高或降低、地下水流量的增加減少，將可能改變土體結構和工程性質、危害周邊建筑物及地下管線的安全、惡化地下生化環境或影響地表植被生長等[2]。

排水廊道是一種重要的減壓抗浮結構物，降水或排水的過程中可能對周圍的環境造成影響或破壞，評定排水廊道對周邊地下水環境影響及影響是否可控具有重要意義。

二、計算模型

假定坡地巖土層自上而下劃分為兩層：殘積土、基巖，飽和滲透系數分別取3×10-3cm/s、1×10-8cm/s，坡地坡比為1:4，上游遠場地下水位埋深2m。假定廊道上游降水點距地下結構物上游側壁2m，下游補水點距地下結構物下游側壁2m，廊道上下游端均采用自流排水，壓力水頭為0m；防滲墻厚度為0.6m；地下室底板第一級階梯埋深14m、高程為143m，第二級階梯埋深14m、高程為133m；根據排水廊道在實際工程中可能存在以下12種工作狀態，工況見表1。采用GeoStudio軟件對各工況的工作狀態進行計算分析。

表1 排水廊道工況參數

三、計算結果分析

各工況的流場分布情況見圖1中a)～l)，具體分析如下：

工況1：深嵌入比的防滲墻能保證地下室底板承受較很小的浮力，但是會導致上游地表出溢流量增大。工況2：在防滲墻前設淺埋深的排水廊道，排水廊道降水點具有降水作用，但由于排水廊道降水點埋深淺，降水作用比防滲墻的阻水作用小，上游地下水位仍然由防滲墻的阻水作用主導。對于下游來說，下游排水點是一個水源，能夠抬升下游地下水位。工況3：在防滲墻失效、不設排水廊道的情況下，上下游地下水環境受到的影響較工況1小，地下室底板需要承受較大的浮力，如果不采用防滲墻截滲法或減壓法抗浮，則需要設置較多的抗拔錨樁，成本較大。工況4：僅降水點埋深淺的排水廊道排水引流，對上下游地下水環境的影響較工況1、2、3都小，但起不到減壓抗浮作用。工況5：將排水廊道設置在防滲墻前方，與工況2相比，防滲墻不能“阻隔”削弱排水廊道降水作用，上游的地下水位由排水廊道降水作用主導，降水點埋深深，降水作用大，嚴重影響上游地下水環境。工況6：在無防滲墻的情況下設置深降的排水廊道，上游地下水位受影響程度較工況5更大。工況7：排水廊道前方設防滲墻，墻底埋深比上游降水點深，防滲墻能夠“隔擋”并削弱排水廊道對上游地下水環境的不利影響，同時因為排水廊道降水點高程與地下室底板第一級階梯平齊，又能保證較好的抗浮效果。

圖1 流網圖

工況7基礎上，改變降水點的埋深或改變建立了工況8～工況12。對上游地下水位的影響程度大小從低到高排序為：工況10<工況9<工況11<工況12<工況7<工況8，其中工況10、工況9及工況11對上游的影響程度較小；對下游地下水位的影響程度大小從低到高排序為：工況10<工況11<工況12<工況9<工況7<工況8，六者相差不大；對下游地下水流量的影響程度大小從低到高排序為：工況10<工況11<工況12<工況9<工況7<工況8；對底板第一級階梯的浮力大小從小到大排序為：工況8<工況7<工況9<工況12 <工況11<工況10；對底板第二級階梯的浮力大小從小到大排序為：工況8<工況7<工況9<工況12 <工況11<工況10。

四、結論

(1)排水廊道能夠起到降低上游地下水位、抬高下游地下水位作用，同時能夠實現“導水引流”，將上游地下水疏導至下游，降低上游地表出溢流量，增加下游地下水流量。

(2)排水廊道的上游降水點埋深是決定降水作用的關鍵因素，下游排水點埋深是決定補水作用的關鍵因素。排水廊道的下游排水點通常設置為淺埋深，有利于恢復下游地下水位，對地下水環境有利，上游降水點的位置需要保護上游地下水位和底板減壓抗浮在二者之間權衡。

(3)防滲墻與排水廊道降水點的空間關系體現在：埋深、前后位置。埋深或前后位置不同，防滲墻與排水廊道對地下水環境、底板浮力的組合效應也不同。