排水廊道对坡地地下水环境的影响分析

(华南理工大学土木与交通学院 广东 广州 510640)

一、引言

随着城市化进程加快，人口膨胀、土地紧缺、交通拥堵、环境污染和城市内涝等问题越来越严重，坡地地下空间开发利用是缓解城市资源匮乏、改善城市居民生活环境及提升城市品质的重要途径。坡地地下空间的利用与发展将不可避免会遇到地下水的问题，无论是阻水结构还是减压抗浮结构，都会不同程度地改变、干扰地下水环境，表现为地下水位的升高或降低、地下水流量的增加减少，将可能改变土体结构和工程性质、危害周边建筑物及地下管线的安全、恶化地下生化环境或影响地表植被生长等[2]。

排水廊道是一种重要的减压抗浮结构物，降水或排水的过程中可能对周围的环境造成影响或破坏，评定排水廊道对周边地下水环境影响及影响是否可控具有重要意义。

二、计算模型

假定坡地岩土层自上而下划分为两层：残积土、基岩，饱和渗透系数分别取3×10-3cm/s、1×10-8cm/s，坡地坡比为1:4，上游远场地下水位埋深2m。假定廊道上游降水点距地下结构物上游侧壁2m，下游补水点距地下结构物下游侧壁2m，廊道上下游端均采用自流排水，压力水头为0m；防渗墙厚度为0.6m；地下室底板第一级阶梯埋深14m、高程为143m，第二级阶梯埋深14m、高程为133m；根据排水廊道在实际工程中可能存在以下12种工作状态，工况见表1。采用GeoStudio软件对各工况的工作状态进行计算分析。

表1 排水廊道工况参数

三、计算结果分析

各工况的流场分布情况见图1中a)～l)，具体分析如下：

工况1：深嵌入比的防渗墙能保证地下室底板承受较很小的浮力，但是会导致上游地表出溢流量增大。工况2：在防渗墙前设浅埋深的排水廊道，排水廊道降水点具有降水作用，但由于排水廊道降水点埋深浅，降水作用比防渗墙的阻水作用小，上游地下水位仍然由防渗墙的阻水作用主导。对于下游来说，下游排水点是一个水源，能够抬升下游地下水位。工况3：在防渗墙失效、不设排水廊道的情况下，上下游地下水环境受到的影响较工况1小，地下室底板需要承受较大的浮力，如果不采用防渗墙截渗法或减压法抗浮，则需要设置较多的抗拔锚桩，成本较大。工况4：仅降水点埋深浅的排水廊道排水引流，对上下游地下水环境的影响较工况1、2、3都小，但起不到减压抗浮作用。工况5：将排水廊道设置在防渗墙前方，与工况2相比，防渗墙不能“阻隔”削弱排水廊道降水作用，上游的地下水位由排水廊道降水作用主导，降水点埋深深，降水作用大，严重影响上游地下水环境。工况6：在无防渗墙的情况下设置深降的排水廊道，上游地下水位受影响程度较工况5更大。工况7：排水廊道前方设防渗墙，墙底埋深比上游降水点深，防渗墙能够“隔挡”并削弱排水廊道对上游地下水环境的不利影响，同时因为排水廊道降水点高程与地下室底板第一级阶梯平齐，又能保证较好的抗浮效果。

图1 流网图

工况7基础上，改变降水点的埋深或改变建立了工况8～工况12。对上游地下水位的影响程度大小从低到高排序为：工况10<工况9<工况11<工况12<工况7<工况8，其中工况10、工况9及工况11对上游的影响程度较小；对下游地下水位的影响程度大小从低到高排序为：工况10<工况11<工况12<工况9<工况7<工况8，六者相差不大；对下游地下水流量的影响程度大小从低到高排序为：工况10<工况11<工况12<工况9<工况7<工况8；对底板第一级阶梯的浮力大小从小到大排序为：工况8<工况7<工况9<工况12 <工况11<工况10；对底板第二级阶梯的浮力大小从小到大排序为：工况8<工况7<工况9<工况12 <工况11<工况10。

四、结论

(1)排水廊道能够起到降低上游地下水位、抬高下游地下水位作用，同时能够实现“导水引流”，将上游地下水疏导至下游，降低上游地表出溢流量，增加下游地下水流量。

(2)排水廊道的上游降水点埋深是决定降水作用的关键因素，下游排水点埋深是决定补水作用的关键因素。排水廊道的下游排水点通常设置为浅埋深，有利于恢复下游地下水位，对地下水环境有利，上游降水点的位置需要保护上游地下水位和底板减压抗浮在二者之间权衡。

(3)防渗墙与排水廊道降水点的空间关系体现在：埋深、前后位置。埋深或前后位置不同，防渗墙与排水廊道对地下水环境、底板浮力的组合效应也不同。