浅析深基坑工程与地下水的相互影响

陈 洁， 李 艳， 汪国圣

1 仲恺农业工程学院城市建设学院（510225） 2 武汉新区建设开发投资有限公司（430050）3 武汉大学城市设计学院（430050） 4 武汉市城市建设投资开发集团有限公司（430015）

0 前言

随着城市建设的飞速发展,土地作为载体便日益紧张起来。为了解决这一矛盾，城市建设逐步向高空和地下发展，即高层建筑物和地下结构工程。高层建筑一般都需要进行深基坑的开挖，以便于达到结构及人防的需要；地下结构工程中的大部分也要进行深基坑的开挖。因此，深基坑工程是工程建设成败的关键。而地下水是深基坑工程的天敌，是导致深基坑工程事故最直接的因素之一。从实际资料看，约有70%的基坑事故与地下水有关。[1]因此，必须研究地下水对深基坑工程的影响。事实上，这种影响是相互的，深基坑工程的施工对地下水环境也同样存在着影响,这种影响同样要引起我们的重视。

1 地下水对深基坑工程的影响

1.1 地下水的基本类型

在我国南方大多数地区,地层呈现典型的上部黏土层和下部砂砾层的二元结构，黏土层中的为上层滞水和潜水，存在于砂砾层中的为承压水。

1）上层滞水

上层滞水属于深基坑中地下水的第一含水层,与区域地下水及邻近地表水体均无水力联系,一般处于上部松散地层的包气带中，透水性较差，无统一水面，涌水量小且随季节和含水层性质的变化而有较大变化。上层滞水主要靠降雨、周边供水管道漏水、周边电（光）缆沟或废弃箱涵中的废水补给。

2）承压水

承压水是充满两个隔水层之间的含水层中的地下水，与附近的河流或湖泊可能有水力联系,水量由含水层构造的性质、含水层的渗透性等决定，水头相对稳定，一般不受当地气候因素的影响。承压水由于其埋深大、水头高、水量大等原因，对深基坑施工和地下室施工危害较大，治理因难。

1.2 地下水对深基坑的影响分析

在深基坑工程中，若对地下水处理不当，可能导致出现险情甚至事故。主要有:①地下水渗透引起的基坑开裂坍塌；②基坑突涌导致基坑底土开裂出现管涌;③暴雨袭击中基坑长期受雨水浸泡引起地基土强度降低;④基坑周围水管破裂漏水渗入基坑，引起岩土的力学性质发生改变；⑤降低地下水位引起的地面沉降及周围建筑物倾斜开裂。

引起的事故原因主要包括有设计和施工两个方面:①由于设计人员对水文地质的原理理解不透彻,对地下水的埋藏、排泄条件、补给路径研究不够，对开挖前后水文地质的变化及地下水的运动规律重视不足等,可能出现桩间距设计的过大，止水帷幕设计的深度、厚度不够，降水深度不足、止水措施不切合实际等；②施工单位不按设计要求施工，出现止水帷幕施工质量差，达不到止水效果、注浆工艺不完整、压力不够，使桩与桩之间不能连接密封等。

1.3 地下水治理的基本原则及方案

在深基坑设计过程中，治理地下水的基本原则是疏堵结合。疏是指排除基坑范围内的地表水和地下水，如采用明沟排水、井点降水等方法，以疏为主的处理方法施工简便，成本低，操作技术易于掌握，已广泛应用于各类基坑施工中；堵是指通过有效手段将地下水止于深基坑之外,一般做法是在深基坑周围形成止水帐幕，如粉（浆）喷桩帷幕、高压旋喷桩、沉井法、花管注浆、灌浆法以及地下连续墙等。相对而言，止水法成本较高，施工难度较大。

在深基坑设计过程中，地下水的治理方案与深基坑的开挖深度及土质情况有密切关系。对开挖深度不超过6 m的基坑，通常采用土钉支护、锚喷支护、重力式挡墙等，上层滞水一般采用埋管引流的方法,支护结构后土层的水经排水管汇集到坑底排水沟，最后由集水井排至地面。对开挖深度超过6 m的基坑，多采用桩排支护、板桩支护、地下连续墙支护等，同时注意基坑底部隆起和突涌的防护。

具体的治理方案主要有“全封”方案、“半封半降”方案和“全降”方案。

“全封”隔渗（包括水平封底隔渗和落底式竖向隔渗），是为了阻止承压水向基坑内运动,一般在基坑周边及坑底用人工方法设置一定厚度的隔水帷幕。这类隔渗通常采用高压旋喷灌浆工艺，该方法施工周期长，工程造价大，施工质量难以保证，往往在全封底之后又出现涌水的现象，这就必须重新采用降水井来救险。

“半封半降”是一种封降结合的做法，它是将隔渗帷幕厚度变薄，同时辅以深井减压降水，尽可能减少抽水量，主要用于降水对周边环境影响较大而不宜采用“全降”地区的基坑，但是其工程造价更大，要高出“全降”方案数倍。

“全降”即在基坑周边及坑内优化布置一定数量的降水井，通过降水井抽排承压水，使基坑内承压水头降低至不会引起坑底突涌、流砂的高度，从而保证基坑的安全施工。这种方法虽然施工周期短，施工质量易于控制，工程造价低，但是其缺点是可能引起基坑周边一定范围内地面沉降。

因此,研究地下水对深基坑的影响及其治理办法是非常必要的。

2 深基坑工程对地下水环境的影响

2.1 深基坑工程对地下水的影响类型

出于对深基坑工程本身安全的考虑,在研究如何降低地下水的影响方面，人们做了大量的工作。但对于深基坑工程对地下水环境的影响则很少有人问津,一方面是由于常见的高层建筑深基坑施工对地下水环境构成的影响,短期内并不显著;另一方面也是由于人们还没有认识到这个问题的严重性。

深基坑工程对地下水环境的影响可分为两类:①施工期间所产生的影响；②建成后的潜在影响。这种潜在影响主要表现在两个方面:阻滞地下水的排泄和引起地下水位的升降。

2.2 深基坑工程对地下水的影响分析

深基坑在开挖过程中为保证开挖面的稳定,往往需要大面积的人工降水。这种“漏斗式”的下降，会使地下水的动力场和化学场发生变化,进而引起地下水中某些化学组分和微生物含量发生变化，从而导致地下水污染逐步加剧，水质恶化。为提高土体的防渗性及增强土体强度所进行的化学注浆，施工产生的废水、废浆以及施工机械漏油等，也可能引起地下水的化学污染,影响到地下水的水质。但总的来说，深基坑工程施工期间对地下水环境产生的影响是局部范围内的，在一个较长的时间内是能够得到缓解的。而完工后的整体工程对地下水环境的影响则是大范围的,并且有明显的滞后性和累积效应。完工后的工程对地下水径流的“拦截”，会造成迎水面地下水位抬升，而背水面地下水位下降。同时还阻碍地下水的补给、径流和排泄，影响地下水的循环，降低潜水污染的稀释。[8]地下工程建成后，产生的生活污水、废水更容易渗入地下造成地下水的污染。

3 结语

在深基坑工程中，要转变治水原则，在搞清工程地质及水文地质特征的同时,还需研究深基坑工程对地下水环境的潜在影响。要综合考虑两方面的影响因素来确定较为科学的设计施工方案，在保证深基坑工程安全完成的基础上，尽量不能对地下水环境造成破坏。

[1]蒋红星,李龙.深基坑支护工程中的地下水防治问题研究[J].中国煤田地质,2003,2.

[2]郭志业.建筑基坑的地下水防治[J].军工勘察,1996,2.

[3]张锦屏.基坑工程的特点和若干问题分析[J].低温建筑技术,2003,3.

[4]杜家春,贾德明.基坑施工中的地下水处理及工程实例[J].西部探矿工程,2004,8.

[5]梁卫东,张俊平.深基坑工程中地下水问题的研究[J].施工技术,2005,6.

[6]徐有前.沿江沿淮地区建筑物基坑降低地下水研究[J].治淮工程,2005,4.

[7]许锡昌,徐海滨.深井降水对支护结构和周边建筑物影响的研究[J].岩石力学与工程学报.2005,11.

[8]杨晓婷,张徽,等.地下工程建设对城市地下水环境的影响分析[J].铁道工程学报,2008,11.