建筑工程基坑施工中的地下水處理

楊瑜澤，吳 溪

(1.湖北建科國際工程有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省核工業地質局湖北核工業勘察設計院，湖北 孝感 432000)

0 引 言

地下水能夠嚴重的威脅基坑工程的穩定安全，地下水的作用會顯著削弱地下水的粘聚力和內摩擦角。此外地下水入滲至土體的空隙之中，產生的靜空隙水壓力會對土體的有效應力產生影響，降低土體的強度。由于地下水的作用導致巖土體中的土顆粒局部產生了移動和流失，導致了土體的失穩變形破壞。在基坑中由于地下水的影響，如果不采取措施，極其容易引發流砂、管涌、潛蝕等病害，對基坑以及周圍建筑的穩定性造成了嚴重的威脅[1]。隨著基坑的開挖，當時基坑中上覆土層的重度不能夠抵抗承壓水水頭的壓力，承壓水水頭就會頂破基地板，涌入基坑之內。因此在基坑施工時尤其需要注意加強對地下水的處理。

1 基坑工程地下水控制措施

如若工程所處的場地地下水位較高，含水量較為豐富，同時再加上開挖過程中雨水以及地表水的滲入，除了會影響工程的正常進度，還會導致坑底以及周邊土體的強度驟然降低，對基坑的安全以及工程的質量造成嚴重的威脅[2]。因而在基坑開挖的過程中為了保持開挖面的干燥，同時還要防止滲水漏砂等現象，需要對地下水的控制方法進行合理的選擇，確保基坑安全，同時也減少對周圍環境的影響。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0.5-1.0 m。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。

1.1 降水

基坑降水整體上可以分為兩類，其一為集水明排，其二為井點降水[3]。其中集水明排是通過在坑底設置集水井，然后設置排水溝將各個集水井相互聯通，讓水在重力的作用下流入井中然后被排出。該種方法操作較為簡單，但是如果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，并且在地面上設置水泵來進行抽水。該方法同樣操作方便，但是僅僅使用于基坑較淺的情況，一旦水位超過5 m，僅僅靠一級井點就無法完成，此時則需要設置多級井點。噴射井點降水需要在井管的內部裝上噴射器，通過輸入高壓從而形成真空狀態降水排出，該方法對于淤泥質土或者其他滲透性較低的土層的穩固效果較好，但是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，同時在井管之內裝配上水泵來抽取基坑之內的水，該降水措施的深度不受限制，可以用在水穩較深的工程之中，但是該種方法的操作性較差。井點降水的方式的選擇需要根據基坑的深度、輪廓綜合確定，同時為了避免對后續施工產生影響，各降水井一般都設置在基坑的外圍，如果遇到水流速較大的情況，則可以適當的在靠近地下水的一側增加降水井的數量。

1.2 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行控制，一般會采取隔水帷幕的方式。所謂的隔水帷幕就是一個幕墻狀的防滲體系，能夠有效的隔斷或者降低基坑內外地下水的滲流。在基坑工程中，將隔水帷幕施工在基坑的外圍使其形成閉合，在設置止水帷幕后相當于形成了新的流網，增加了水流的路徑。基坑的開挖會使得坑內外存在一個水位差，也就導致了基坑內的水會向基坑外部滲流，可能會存在流砂和突涌的病害。而隔水帷幕的設置也就使得基坑之內的地下水更易被疏干，減小基坑外地面由于地下水水位降低而產生的沉降。當場地的地下水埋深較淺，且土層的滲透系數較大時，通常需要考慮設置隔水帷幕，隔水帷幕一般需要穿透透水層并插入隔水層內。

根據隔水帷幕的空間形態可以將其劃分為豎向隔水帷幕和橫向隔水帷幕；根據插入透水層的深度又可以劃分為懸掛式和落底式；按照制作工藝又可以劃分為地下連續墻、攪拌樁、旋噴樁、凍結法、復合工藝等。如表1所示為常用隔水帷幕的結構特點[4]。

1.3 回灌

回灌技術是控制地下水的一項有效輔助措施，通過回灌能夠消減基坑降水對周圍環境的影響，補充地下水資源，穩定地下水位，防治地面沉陷等病害，相對而言更加經濟、簡便和可行。回灌就是將地表水通過井管注入到目標層中，保持地下水位處于平衡狀態。目前工程中常用的砂溝回灌和井點回灌技術。井點回灌就是將井點設置在基坑降水井周圍或者是需要保護的建筑物周圍，然后將降水井中的水直接泵送至回灌井之中，從而能夠做到有效降低需保護區域的地下水流失。當建筑物離基坑的距離較遠，同時回灌的深度位于均勻透水層或者中間沒有隔水層的淺層潛水層中，則需要應用砂溝回灌技術。

在設置回灌井之前需要做好勘察或者是補充勘察，在打算設置回灌井的區域先打入勘察孔來探明地層的分布情況，以及含水層的位置和厚度。在查明以上情況之后，合理的設計回灌的設計方案，其中主要確定回灌井的深度、回灌量等。在回灌的過程中，一方面需要密切的監測基坑內外的水位，另一方面還要監測被保護對象的沉降變化。同時還要動態的對回灌井的啟、閉以及回灌量的大小進行動態的調控。在確保回灌過程不會給坑內降水造成較大的壓力之外，還需要保證坑外的目標含水層的水位能夠保持穩定，防止水位突變而造成的影響。待回灌結束之后，回灌井需要分批次、緩慢的進行關閉，再次過程中還應當對水位以及沉降變化實時監測，以免出現二次沉降的現象。

2 地下水控制設計方法

在設計基坑地下水控制方案時需要確保基坑側壁以及基坑底部的滲透性穩定，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過程中，臨近的建筑物等能夠正常的使用。在對地下水控制時不可對地下水造成污染破壞，需要綜合的制定實施方案，最大限度的減少對地下水的影響。

地下水控制設計方案需要考慮到基坑所在場地的地質條件以及環境條件。綜合考慮到工程地質條件、降水對環境所造成的影響、施工的難易程度以及工程造價等方面的因素，進而選擇合適的地下水控制模型，其設計流程圖如圖1所示。其中地下水的控制模型也就是對降水措施、隔水措施以及回灌措施的一種組合形式。一般將地下水的控制模型分為三類，分別為敞開式、封閉式和半封閉式。敞開式的兩側均為降水井，并未隔水帷幕，封閉式和半封閉式的分別在兩側和一側設置了隔水帷幕。三種控制模型所適用的條件有所不同，需要根據實際的來合理的選擇適合該區域的地下水控制模型。

對于地下水控制模型的具體設計步驟主要包括為：(1)估算降水井深；(2)計算基坑等效半徑；(3)確定降水井影響半徑；(4)計算基坑總涌水量；(5)計算單井出水量；(6)估算降水井數量以及井間距；(7)基坑水位降深驗算；(8)計算地層降深。

圖1 基坑工程地下水控制設計流程圖

3 結束語

地下水是影響基坑穩定的重要因素，地下水的作用產生的靜空隙水壓力會對土體的有效應力產生影響，降低土體的強度，極其容易引發流砂、管涌、潛蝕等病害。文章闡述基坑工程中地下水控制措施主要可以從降水、隔水以及回灌三個方面進行入手。詳細介紹了井點降水和集水明排、隔水帷幕、回灌方式的分類、優缺點以及適用范圍，最后還提出了基坑工程中地下水控制的設計流程。