基坑工程中地下水的控制措施研究

付存華

湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000

高層建筑的不斷增多，使基坑也在朝著更深的方向發(fā)展，超大超深基坑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢。隨著基坑的加深，地下水也成了基坑在開挖過程中的重要問題。當(dāng)基坑受到地下水及降水影響時，為了保證施工環(huán)境的干燥，同時也為了防止流砂、坑底突涌、地面變形以及邊坡失穩(wěn)等危害，需要對地下水進(jìn)行控制[1]。水位的下降會引起周邊土體的固結(jié)沉降，對基坑周邊的建筑物以及地下管線均會有諸多影響，因此為了避免或者減小不良地下水控制措施引起的嚴(yán)重后果，需要提前預(yù)測降水對基坑工程和周圍環(huán)境的影響。進(jìn)行基坑降水一方面要使基坑之內(nèi)的水位能夠滿足要求，另一方面則需要控制周邊土體的沉降。在實際的工程中大多運用隔水帷幕來進(jìn)行基坑降水，能夠避免地下水位變化對周邊地基力學(xué)特性產(chǎn)生的不利影響[2]。

1 基坑工程中的地下水控制措施

若工程所處的場地地下水位較高，含水量較為豐富，再加上開挖過程中雨水及地表水的滲入，除了會影響工程的正常進(jìn)度，還會導(dǎo)致坑底以及周邊土體的強度驟然降低，對基坑的安全和工程的質(zhì)量造成嚴(yán)重的威脅。因而在基坑開挖的過程中為了保持開挖面的干燥，并防止?jié)B水漏砂等現(xiàn)象，需要對地下水的控制方法進(jìn)行合理的選擇，確保基坑安全，同時也減少對周圍環(huán)境的影響。為了保持開挖面的干燥，一般會將地下水位降至開挖面以下0.5～1.0m。為了避免突涌破壞，對于有承壓含水層的地下水需要降低其壓力水頭。

（1）降水。基坑降水整體上可以分為兩類，即集水明排和井點降水。集水明排是通過在坑底設(shè)置集水井，然后設(shè)置排水溝將各個集水井相互聯(lián)通，讓水在重力的作用下流入井中然后被排出，此方法操作較為簡單，但若遇到水量較大的情況，則容易造成邊坡塌方以及流砂。輕型井點降水是井點降水的一種，需要在基坑周圍安裝一排小口徑的井管，并且在地面上設(shè)置水泵來抽水，該方法同樣操作方便，但是僅應(yīng)用于基坑較淺的情況，一旦水位超過5m，僅靠一級井點無法完成，此時則需要設(shè)置多級井點。噴射井點降水需要在井管的內(nèi)部裝上噴射器，通過輸入高壓從而形成真空狀態(tài)降水排出，該方法對于淤泥質(zhì)土或者其他滲透性較低的土層的穩(wěn)固效果較好，但不適用于地下水流速較快的工程[3]。管井降水是在基坑的周圍鉆出一排井眼，同時在井管之內(nèi)裝配上水泵來抽取基坑之內(nèi)的水，該降水措施的深度不受限制，可以用在水穩(wěn)較深的工程之中，但是該方法的操作性較差。井點降水方式的選擇需要根據(jù)基坑的深度、輪廓綜合確定，同時為了避免對后續(xù)施工產(chǎn)生影響，各降水井一般都設(shè)置在基坑的外圍，如果遇到水流速較大的情況，則可以適當(dāng)?shù)卦诳拷叵滤囊粋?cè)增加降水井的數(shù)量。

（2）隔水。地下水位的下降會對周圍的建筑物造成影響，需要采取隔水的方式對地下水位進(jìn)行控制，一般會采取隔水帷幕的方式。隔水帷幕大致上分為懸掛式隔水帷幕、落地式豎向隔水帷幕和水平向隔水帷幕。鋼板樁是其中一種較為常見的隔水帷幕，主要是將相互咬合的鋼樁打入地下，在基坑的四周形成一面隔水墻，該方式較為經(jīng)濟，能夠作為臨時性的隔水墻，在施工完成之后能夠收回，但是該種方式應(yīng)用于地基之下存在巖石或者其他障礙物時，其安裝的難度會顯著增加。混凝土地下防滲墻是通過連續(xù)鉆孔并注入混凝土進(jìn)而形成的墻體，防滲墻也可以作為地下連續(xù)墻，是永久性工程的一部分，還能夠穿過堅硬的土層和巖石，但由于該方式具有永久性，會對地下水的自然流動產(chǎn)生一定的影響。壓力注漿法是在鉆孔之內(nèi)噴射水泥漿，水泥漿通過滲透進(jìn)入土層以及巖層之中，填充孔洞或者裂縫。冷凍法是在基坑的周圍鉆出一排槽，通過注入低溫液體形成一面凍墻，該種方法能夠適用于大部分的低溫地區(qū)，在完后之后凍墻能夠慢慢消融，但是該技術(shù)費用較高，且專業(yè)性很強，如果地下水的流速很快，則難以形成完整的凍墻。

（3）回灌。目前在工程中常用的回灌技術(shù)主要是砂溝回灌和井點回灌，其是一種輔助基坑降水的措施，一般會在基坑降水井周圍或者需要被保護(hù)的建筑物周圍打一排井點，將降水井中的水直接泵送回回灌井內(nèi)，達(dá)到減少被保護(hù)區(qū)域地下水流失的效果。砂溝回灌主要應(yīng)用于建筑物離基坑較遠(yuǎn)，并且回灌的深度位于透水層的情況；井點回灌則主要應(yīng)用于建筑物離基坑較近，同時回灌的深度位于上部具有弱透水層、承壓水等的地區(qū)。

2 基坑工程中的地下水控制模型

2.1 敞開式地下水控制模型

應(yīng)用敞開式的降水方法，基坑內(nèi)外不存在水頭差，其應(yīng)用也最為廣泛，當(dāng)基坑周圍的建筑物與基坑的距離超過3倍的基坑深度時，采用該類地下水控制模型更為合理。敞開式地下水控制模型如圖1所示。

圖1 敞開式地下水控制模型

2.2 全封閉式地下水控制模型

全封閉式地下水控制模型主要分為落地隔水帷幕與懸掛隔水帷幕，如圖2所示。落地隔水帷幕主要應(yīng)用于基坑與周邊建筑物距離較近，地下水位較高且含水層厚度較小的情況。通過布設(shè)落地隔水帷幕能夠阻斷基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，同時還能滿足坑內(nèi)外水位的要求，其控制模型如圖2（a）所示。若基坑之內(nèi)的地下水位較高且含水層的厚度較大，綜合考慮施工難度以及經(jīng)濟性因素，則可以在基坑周圍布設(shè)全封閉式的懸掛隔水帷幕，此外還需要通過回灌來減少地下水位的下降，其控制模型如圖2（b）所示。落地式的隔水帷幕的基坑內(nèi)外水頭差較大，坑壁之內(nèi)一旦發(fā)生局部的破壞就會導(dǎo)致整體全局都會出現(xiàn)滲透破壞，因而在工程上更建議采用全封閉式懸掛隔水帷幕，需要以降水為主，封堵為輔。

圖2 全封閉式地下水控制模型

2.3 半封閉式地下水控制模型

如果工程現(xiàn)場僅僅只有基坑一側(cè)或者局部區(qū)域存在重要的建筑物，則僅需要在需要保護(hù)的一側(cè)布設(shè)隔水帷幕即可，而其他的部分均可采取敞開式降水，其模型如圖3所示。

圖3 半封閉式地下水控制模型

3 基坑工程中的地下水控制設(shè)計方法

在設(shè)計基坑地下水控制方案時需要確保基坑側(cè)壁及基坑底部滲透性的穩(wěn)定，在開挖過程中不會受到地下水的影響，同時還需要確保在控制地下水的過程中，臨近的建筑物都能夠正常使用。在對地下水進(jìn)行控制時不可對地下水造成污染破壞，需要綜合考慮制訂實施方案，最大限度地減少對地下水的影響。

地下水控制設(shè)計方案要考慮基坑所在場地的地質(zhì)條件以及環(huán)境條件，還要綜合考慮工程地質(zhì)條件、降水對環(huán)境所造成的影響、施工的難易程度以及工程造價等方面的因素，進(jìn)而選擇合適的地下水控制模型。

敞開式地下水控制模型的具體設(shè)計步驟主要包括估算降水井深、計算基坑等效半徑、確定降水井影響半徑、計算基坑總涌水量、計算單井出水量、估算降水井?dāng)?shù)量以及井間距、驗算基坑水位降深、計算地層降深。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑的聳立使得建筑在建設(shè)過程中的基坑深度也在朝著更深的方向發(fā)展，基坑降水也成了目前基坑工程中的重要任務(wù)。文章簡要闡述了降水、隔水、回灌對地下水的控制措施，介紹了敞開式、全封閉式、半封閉式地下水模型，同時還分析了地下水控制的設(shè)計方法和步驟，旨在為基坑工程的建設(shè)發(fā)展助力。