基坑工程中地下水控制措施的研究

白蓝翼

(黑龙江省林业设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 控制地下水的目的

基坑开挖过程中，在施工作业面上有大量积水和地下水渗流都会影响施工。基坑底板和四周长期被地下水淹没，会使土体强度降低，使基坑的稳定性和安全性都受到威胁。地下水有以下几个不良作用：增加土体和支护结构的荷载，水位以下的土体和建筑的基础产生上浮力，不利于基坑的稳定；基坑开挖时，由于基坑内外会产生水头差，使地下水形成渗流，水力梯度超过临界值时，易发生流土或是管涌，流土都是突发性的，严重威胁基坑的稳定性；基坑底存在承压水，容易发生突涌，严重的会冲毁底板，危险性极大。

控制地下水的目的，即保证工程施工作业面干燥；减小渗透的水力梯度，降低坑底的承压水头，增加基坑的稳定性；提高地基土体的抗剪强度，增加边坡和基坑的稳定性；降水同时能加快土体固结，达到加固地基的效果。但是，在基坑降水过程中，会引起周边管线和道路，以及降水漏斗范围内建筑物的不均匀沉降。因此，在降水施工过程中，尽量减少对坑底土的扰动，保护基坑底板土体，在保证施工安全的前提下，缩短基坑底板的施工时间，降低对周围环境的影响。

2 基坑工程中地下水的控制措施

在基坑工程中，为了保证工程安全，一定要避免管涌和流砂，必须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，并在基坑外围设置回灌水系统，作为一种补充措施配合其他方法共同使用，削弱降水所带来的危害。当降水对基坑周围环境影响不大，并且在法律法规允许范围内，优先选择降水，否则采用截水方法。根据工程的实际情况，可采用单一的方法，也可以采用多种方法相结合的方式。

组合方式有：①悬挂式截水帷幕+坑内降水②基坑周边控制降深的降水+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。

集水明排分为两种，一是明沟与集水井排水，需要在基坑的一侧或四周挖排水明沟，在基坑的四角或沿着排水沟每隔30～50m设置集水井，并在集水井内设置抽水泵，将井内地下水排出基坑。适用于工程地质条件好、地下水量不大的基坑。二是分层明沟排水，基坑中土体都是由不同土层组成的，当多层土中夹有渗透系数较大的砂类土时，为了防止上层地下水冲刷基坑下部边坡，宜在基坑边坡上分层设置明沟和集水井[1]。

降水是指在地下水较高场地中进行大面积基坑开挖时，明沟排水难以排干基坑内上涌的地下水，此时应采用井点降水的人工降水方法施工。人工降水方法主要有：喷射井点、轻型井点、电渗井点、管井井点等，这些方法统称井点降水[1]，如表1所示。井点降水主要为了防止涌水、增加边坡的稳定性、防止基坑底土体发生管涌和流砂、减少支挡结构的横向荷载，并且降低地下水水位后，还能使土体固结，提高土体抗剪强度，增加地基土的承载力。

表1 各种降水方法的适用性

在井点降水过程中，在降水影响范围内会形成降水漏斗，周围土体产生不均匀沉降。为减少井点降水对周围建筑为及地下管线造成影响，可在降水井线外侧6m以外范围设置回灌井点，将降水井点中的水沉淀后用压力注入回灌井中，形成一道水墙。设置截水帷幕(采用坑内降水)也可以减少井点降水引起的不良影响。

截水的主要形式有落底式和悬挂式两种。第一，落底式截水帷幕是将基坑支挡板止水帷幕深入到隔水层中(一般要求深入长度不宜小于1.5m)，井点降水主要为了排干基坑内的地下水。这类围护结构需深入到潜水含水层的底板，将基坑内外的地下水隔开。由于止水帷幕的截水作用，使基坑内、外的地下水没有水力联系，因此，在降水过程中，不影响基坑外的地下水。这类井点降水优点在于对基坑周围环境影响范围较小。第二，悬挂式截水帷幕这种截水方法并没有完全隔开基坑内外的地下水，井点降水主要是为了降低基坑下部的地下水的压力水头，防止基坑底板隆起，并且降低水力梯度，防止基坑底突发流砂。由于这种截水方法，并没有完全隔开基坑内外地下水，所以这种井点降水对基坑周围环境影响范围较大，但降水漏斗较平缓，使基坑周围地面沉降较为均匀，削弱对周围地下管线和建筑物的不利影响。根据规范要求，采用悬挂式帷幕时，应同时采用坑内降水，并宜根据水文地质条件结合坑外回灌措施[2]。

3 控制基坑降水不良影响的措施

在基坑中进行施工降水时，使降水漏斗范围内的地下水水位下降，减小了周围土体中的孔隙水压力，不仅使土体的有效应力增加，而且在影响半径范围内，水力梯度增加，以体积力形式作用在土体上的渗透力增大。这两者的共同作用，会使基坑周围土体发生沉降变形。因此，在基坑降水过程中采取相应的措施，既要保证开挖施工的顺利进行，又要减少降水对周围环境的影响。

具体措施：①在降水前做好对周围环境的调研工作。查明场地的工程地质条件和地下贮水体；查明场地周围的地下管线情况，考虑是否需要预先采取加固措施；查清场地周围地上和地下建筑物情况，考虑建筑物对差异沉降的承受能力。②合理使用井点降水，首先在场地的典型区域进行抽水试验，进行降水及沉降预测；采取相应的围护措施保护土层中的细颗粒土；根据地质勘察报告，把滤管尽量布置在水平连续分布砂类土中，使降水漏斗坡度平缓，减少不均匀沉降；井点降水应该连续作业，应尽可能避免反复抽水；基坑开挖时应避免产生坑底流砂引起的坑周围地面沉陷。③根据施工现场情况，可以在基坑外侧设置一圈隔水帷幕，减小降水的影响范围。常用的隔水帷幕有：钢板桩、地下连续墙和深层水泥搅拌桩等。④在基坑外侧设置回灌水系统(主要包括：回灌井及回灌砂沟、砂井)，回灌井点向土层注入适量的水，形成一道水幕，尽量维持基坑外围地下水位不变，保护周围环境。在选择回灌水源时必须慎重考虑水源的水质，避免污染周围环境。

4 结语

基坑降水不仅能保证坑底干燥便于施工，还有利于加固地基和减小支挡结构的位移量，增加边坡的稳定性。但是在降水的过程中会引起基坑降水漏斗范围内的地面沉降，对周围的建筑物和地下管线带来不利影响。因此，需要收集已有的水文地质资料，进行现场勘测，查明周围的建筑物及地下管线情况，并结合基坑的开挖深度和支挡结构设计，制定降水方案。在施工降水过程中，根据现场实际情况更新降水方案，尽可能减少对周边建筑物，以及相邻道路的影响。