水利水电工程受地下水影响的主要因素及控制策略

段 明

(江西省鄱阳湖水利枢纽建设办公室，南昌330096)

0 引言

在水利水电工程中，地下水的水位与工程有着密切的练习，在工程的勘察及设计和实践操作中具有十分重要的作用。地下水本身是是属于地下岩土的一部分，与岩土共同支持着工程的建立，作为工程建筑物存在的一个条件，直接影响了工程本身的持久耐用性及稳定性。但是，地下水作为岩土层的一个部分，对岩土层本身具有重大的作用，它与岩土层共同对工程建筑物产生很大的影响。因此，在工程的勘探时就要注意其对工程的影响，针对可能的影响对工程进行相关的设计，以便更好的进行实际操作。

1 地下水对水利水电工程的不利影响

1.1 流土与管涌

《水利水电工程地质勘察规范GB50287—99》中关于渗透破坏的类型的判定，若Pc＞=1/4(1-n)×100，那么渗透就变形为流土，相反则变成管涌，计算公式为:

临界水力比降的公式为:

根据公式(1)对流土，公式(2)对管涌进行相关的计算，计算结果代表了临界水力比的情况。

允许水力比降的确定是用计算的值除以安全系数的给出3级配不良中砂取3.0，4级配不良粗砂系数取2.0，级配良好细砂取系数1.5。

1.2 基坑的突涌

当基坑的下面有承压水层时，要及时勘察测量出开挖土地时所引起的承压水的水头压力，及其冲毁基坑底板所造成的水突涌的可能性。一般来说，这主要按照压力平衡进行测量。

地下水对深基坑产生的影响包括2个方面:①对深基坑本身的安全所带来的影响;②对深基坑的周边环境所带来的影响。

1.2.1 地下水对基坑本身的影响

1)地下水过多，基坑边坡不稳，坡脚很明显的向坑的内部滑动，向上突出的部分，则不利于工程桩及支护桩的平稳。

2)坑壁侧渗水或者出砂石，易造成基坑附近地面下降，从而影响周边环境建筑物及基坑本身的安全。基坑附近地下水大幅下降造成了周边地区地面大幅度下沉，这对周围边地区有较大的影响。

3)如果坑的底部涌水并且冒出了砂子，会易影响基坑工程的正常进行。

对深基坑采取降水措施是保证工程顺利进行有效的保证，也是一种相对经济的方法，与此相对的，地下水位的降低会引起基坑周边地区地面下沉，这个矛盾使在深基坑这项技术实施的时候出现了很大的困难。

1.2.2 地下水对深基坑设计的影响

从深基坑的整个设计来看，压力的计算是整个深基坑设计的基础。《建筑基坑的支持技术规程》中给出了人们在无经验时支护结构负荷的标准值和基坑内侧标准值的计算公式。对于沙石碎土，主要采用“水土分算”的方式来计算;粉土及黏合图则主要采用“水土合算”的方式进行计算，这种计算方式尚有不妥之处。

水土合算这种方法，如不存在渗流就比较适合黏土和粉土，但要是存在渗流，情况就会有所改变:对于那些有下渗的情况，地下水其中一部分就表现为下渗力作用于土质，剩下的部分则表现除了土下孔隙的水的压力;当渗流力主动区和被动去的方向相反时，主动区的压力变大;但主动区和被动区呈现一定的夹角时，工程设计师要根据自己的经验对黏土和粉土做一个简单的判断，同时还要考虑到渗流对土压力所造成的影响，从而是计算的结果更加科学合理。

基坑水的土压力的计算常常使用郎肯及库伦压力定律来进行运算，由于郎肯比库伦压力更加简单，所以工程师一般来说都是先采用郎肯定律来进行运算。土中水分的比例问题是土压力的计算难题，真正在进行实际的工程计算时，简单的水土合算或着水土分算是没法解决遇到的复杂问题。土中水的存在状态又可以分为浅层地下水、潜水和承压水。在基坑开挖的时候，一般来说基坑的水都是处流动的状态。在某些水土中，静水的压力和流动水的压力处于同一个维度上。这种情况下也只有郎肯理论才适用，如果是平面渗透的话就不适用了。库伦压力定率主要是基于土楔体的季极限平横来考虑的，因此，它比较适用于有渗透力的压力条件下使用。但当水流的渗流为二维时，由于水流渗透力的方向不统一，郎肯理论自然也就不适用了。此时，如果用郎肯和库仑定律分别进行计算就会发现存在着很大的差别。除此以外，水压力的分布还受到了不同土层渗透的情况影响。渗透力的方向有差别对水土基坑的压力也有会产生很大的影响。

1.3 水利工程地下水的勘察

1.3.1 地下水主要的勘察要求

1)地下水类型和存在的状态。2)要对含水层有一定的了解。3)对于那些重大的工程项目要注意对当地的水纹状况作出相应的检测。4)对于那些水质条件对地基和基础抗浮及工程降水有要求时要注意加强对水纹及地质条件进行勘探检测。

1.3.2 加强对水文地质参数的检测

一般来说，水文地质的检测要符合下表的参数设置。见表1。

表1 水文地质参数的测定方法选择表

1)要使地下水位的测量符合要符合一定的规定:①当遇到地下水的时候要对水位进行测量。②稳定的水位应该要在初见时对水位进行一个测量，经过一段比较稳定时间后，再次对水位进行测量，以保证测量的科学性。③对多层涵水的涵水层进行水位的测量时，要注意采取相应的止水措施，将要被测量的含水层与其他的含水层进行分离。④初次见到的水位和比较稳定的水位可以在已经钻的孔和探井或测压管内进行直接的测量。对于比较稳定的水位，它的检测时间的间隔可根据不同地层的渗透性来确定。对于那些砂质土和碎石土可根据相应的参数进行测量。

2)抽水检测需要符合相关的规定:①抽水测验的方法可根据相关的渗透系数所使用的范围来选定。②抽水试验适合采用3次降深的方法，最大的深度最好是接近工程师设计时所需的地下水位的深度的要求。③对于同一个地方，水位的测量最好采用同一种仪器和方法。④地下水的涌水量和动水量与时间关系的曲线，在一定的范围内来回波动而不是持续的上升或下降时，就可被认为是是比较稳定了。⑤抽水结束之后要注意复水位的复水测量。

3)渗水试验及注水实验可以在试坑和钻孔中进行测量，对于砂质土和粉质土，则可以用试抗旦环法对于黏性土则可以用试抗双环法，试验那些深度较大的地方可以使用钻孔的方式。

4)压水试验的方法:压水试验也要根据相应的工程要求进行，再结合工程地区的地质测绘情况及相关的钻探资料，对孔位进行试验。按照岩层本身渗透的特性可将试验分段进行并根据需要确定试验开始和结束时的压力，及最大的压力及绘制压力等的关系曲线。除此以外，还要注意不同实验段的透水情况。

5)孔隙力水的压力的测量:在一些处于水分饱和状态的地基土层中进行地基的处理，时常会出现孔隙水压力产生变化的情况，孔隙水的压力对土体本身的情况及其稳定性具有较大的影响，因此，在施工时，很重视对孔隙水压力的测量。

2 地下水作用的评价

1)对于一些建筑基础、挡土墙以及地下的结构物，应该要考虑到最不利的组合下，地下水对物体的支撑作用，原则上应该要按照工程设计时的水位来确定相关的浮力。对与那些竭力发育不全的岩石和黏土，如果工程设计师有相关的工作经验可根据自己的经验来确定相关的数据。

2)对于边缘坡度稳定性的验算，要考虑到影响地下水与流动水压力对边坡稳定性的因素。

3)在可能受到地下水水位下降影响区域内，要注意考虑地面下沉对工程及周边环境所带来的不利的影响。地下水位归位的时候，还要注意可能引起的反弹力及附加的浮力。

4)在有水头压差的沙石土层中，应该要注意考虑产生流土及管涌的可能性。

5)在某一地下水位下进行开掘基坑及地下工程作业时，要根据岩土本身的渗透性、地下水补给所需的条件，对降水或隔水措施实施的可行性进行分析评价。

3 水利工程施工中对地下水的控制措施

在水利工程的建设中，深基坑工程的挖掘中，要注意确保在“干”的基础上进行作业。目前，解决这个问题的方法主要是止、降、排。

止水主要以止水帷幕进行止水，主要包括了深层的搅拌桩、旋喷止水以及地下水冻结等方法。但效果往往不如人意，在止水的过程中常常出现止水帷幕漏水，并且还伴有许多的漏沙及建筑物的倒塌及地面的塌陷的情况。主要有2方面的原因:①止水这种方法本身所存在的缺陷，如透水层处呈现出来的蜂窝洞，旋喷止水桩在水下不规则的成型，这些弊端的存在使得止水措施在实际的运用中大打折扣。②深基坑场地的水纹条件不佳，开挖的深度太大，而周围动水的压力相对较大，使得止水帷幕变形。

降水主要是使地下水位保持在施工设计的地下水要求之上，以方便深掘及其它干作业。降水的方法包括管井井点、深井井点等。以管井井点为例进行说明:首先，在开掘前要进行降水的测量，一般来说在湿泥土中的降水效果很不明显;接着水泵不能在地下连续的运转，这些都有可能导致周边地面的不均衡下降，一定程度上给周边的环境带来较大的消极影响。

排水主要是用于解决上部土层及降雨时的滞水问题。对于土层的滞水及降水出现的水潭主要采用人工水渠进行疏排，当发现基坑出现裂痕时要采取措施防止雨水倒灌并及时修复以防止裂痕的进一步扩大而导致地面的地面塌陷，甚至基坑的整体失衡。

［1］弥俊峰.影响水利工程施工质量的主要因素与控制措施［J］.科协论坛(下半月)，2012(9):6-7.

［2］戴长雷.地下水人工补给影响因素探究［J］.广东水利水电，2003(6):42-43，50.

［3］张联洲.深基坑地下水控制与高喷灌浆技术在工程中的应用研究［D］.河海大学，2006.

［4］王欣安.浅议水利工程施工质量的影响因素及其控制措施［J］.城市建设理论研究，2012(23):12.

［5］水利电力部水利水电规划设计院.水利水电工程地区手册［K］.北京:水利水电出版社，1985.

［6］中华人民共和国水利部.GB50287—99水利水电工程地区勘察规范［S］.北京:中国计划出版社，2009.