基坑工程中地下水的控制措施研究

付存华

湖北省核工业地质局，湖北 孝感 432000

高层建筑的不断增多，使基坑也在朝着更深的方向发展，超大超深基坑已经成为现代建筑的发展趋势。随着基坑的加深，地下水也成了基坑在开挖过程中的重要问题。当基坑受到地下水及降水影响时，为了保证施工环境的干燥，同时也为了防止流砂、坑底突涌、地面变形以及边坡失稳等危害，需要对地下水进行控制[1]。水位的下降会引起周边土体的固结沉降，对基坑周边的建筑物以及地下管线均会有诸多影响，因此为了避免或者减小不良地下水控制措施引起的严重后果，需要提前预测降水对基坑工程和周围环境的影响。进行基坑降水一方面要使基坑之内的水位能够满足要求，另一方面则需要控制周边土体的沉降。在实际的工程中大多运用隔水帷幕来进行基坑降水，能够避免地下水位变化对周边地基力学特性产生的不利影响[2]。

1 基坑工程中的地下水控制措施

若工程所处的场地地下水位较高，含水量较为丰富，再加上开挖过程中雨水及地表水的渗入，除了会影响工程的正常进度，还会导致坑底以及周边土体的强度骤然降低，对基坑的安全和工程的质量造成严重的威胁。因而在基坑开挖的过程中为了保持开挖面的干燥，并防止渗水漏砂等现象，需要对地下水的控制方法进行合理的选择，确保基坑安全，同时也减少对周围环境的影响。为了保持开挖面的干燥，一般会将地下水位降至开挖面以下0.5～1.0m。为了避免突涌破坏，对于有承压含水层的地下水需要降低其压力水头。

（1）降水。基坑降水整体上可以分为两类，即集水明排和井点降水。集水明排是通过在坑底设置集水井，然后设置排水沟将各个集水井相互联通，让水在重力的作用下流入井中然后被排出，此方法操作较为简单，但若遇到水量较大的情况，则容易造成边坡塌方以及流砂。轻型井点降水是井点降水的一种，需要在基坑周围安装一排小口径的井管，并且在地面上设置水泵来抽水，该方法同样操作方便，但是仅应用于基坑较浅的情况，一旦水位超过5m，仅靠一级井点无法完成，此时则需要设置多级井点。喷射井点降水需要在井管的内部装上喷射器，通过输入高压从而形成真空状态降水排出，该方法对于淤泥质土或者其他渗透性较低的土层的稳固效果较好，但不适用于地下水流速较快的工程[3]。管井降水是在基坑的周围钻出一排井眼，同时在井管之内装配上水泵来抽取基坑之内的水，该降水措施的深度不受限制，可以用在水稳较深的工程之中，但是该方法的操作性较差。井点降水方式的选择需要根据基坑的深度、轮廓综合确定，同时为了避免对后续施工产生影响，各降水井一般都设置在基坑的外围，如果遇到水流速较大的情况，则可以适当地在靠近地下水的一侧增加降水井的数量。

（2）隔水。地下水位的下降会对周围的建筑物造成影响，需要采取隔水的方式对地下水位进行控制，一般会采取隔水帷幕的方式。隔水帷幕大致上分为悬挂式隔水帷幕、落地式竖向隔水帷幕和水平向隔水帷幕。钢板桩是其中一种较为常见的隔水帷幕，主要是将相互咬合的钢桩打入地下，在基坑的四周形成一面隔水墙，该方式较为经济，能够作为临时性的隔水墙，在施工完成之后能够收回，但是该种方式应用于地基之下存在岩石或者其他障碍物时，其安装的难度会显著增加。混凝土地下防渗墙是通过连续钻孔并注入混凝土进而形成的墙体，防渗墙也可以作为地下连续墙，是永久性工程的一部分，还能够穿过坚硬的土层和岩石，但由于该方式具有永久性，会对地下水的自然流动产生一定的影响。压力注浆法是在钻孔之内喷射水泥浆，水泥浆通过渗透进入土层以及岩层之中，填充孔洞或者裂缝。冷冻法是在基坑的周围钻出一排槽，通过注入低温液体形成一面冻墙，该种方法能够适用于大部分的低温地区，在完后之后冻墙能够慢慢消融，但是该技术费用较高，且专业性很强，如果地下水的流速很快，则难以形成完整的冻墙。

（3）回灌。目前在工程中常用的回灌技术主要是砂沟回灌和井点回灌，其是一种辅助基坑降水的措施，一般会在基坑降水井周围或者需要被保护的建筑物周围打一排井点，将降水井中的水直接泵送回回灌井内，达到减少被保护区域地下水流失的效果。砂沟回灌主要应用于建筑物离基坑较远，并且回灌的深度位于透水层的情况；井点回灌则主要应用于建筑物离基坑较近，同时回灌的深度位于上部具有弱透水层、承压水等的地区。

2 基坑工程中的地下水控制模型

2.1 敞开式地下水控制模型

应用敞开式的降水方法，基坑内外不存在水头差，其应用也最为广泛，当基坑周围的建筑物与基坑的距离超过3倍的基坑深度时，采用该类地下水控制模型更为合理。敞开式地下水控制模型如图1所示。

图1 敞开式地下水控制模型

2.2 全封闭式地下水控制模型

全封闭式地下水控制模型主要分为落地隔水帷幕与悬挂隔水帷幕，如图2所示。落地隔水帷幕主要应用于基坑与周边建筑物距离较近，地下水位较高且含水层厚度较小的情况。通过布设落地隔水帷幕能够阻断基坑内外的水力联系，同时还能满足坑内外水位的要求，其控制模型如图2（a）所示。若基坑之内的地下水位较高且含水层的厚度较大，综合考虑施工难度以及经济性因素，则可以在基坑周围布设全封闭式的悬挂隔水帷幕，此外还需要通过回灌来减少地下水位的下降，其控制模型如图2（b）所示。落地式的隔水帷幕的基坑内外水头差较大，坑壁之内一旦发生局部的破坏就会导致整体全局都会出现渗透破坏，因而在工程上更建议采用全封闭式悬挂隔水帷幕，需要以降水为主，封堵为辅。

图2 全封闭式地下水控制模型

2.3 半封闭式地下水控制模型

如果工程现场仅仅只有基坑一侧或者局部区域存在重要的建筑物，则仅需要在需要保护的一侧布设隔水帷幕即可，而其他的部分均可采取敞开式降水，其模型如图3所示。

图3 半封闭式地下水控制模型

3 基坑工程中的地下水控制设计方法

在设计基坑地下水控制方案时需要确保基坑侧壁及基坑底部渗透性的稳定，在开挖过程中不会受到地下水的影响，同时还需要确保在控制地下水的过程中，临近的建筑物都能够正常使用。在对地下水进行控制时不可对地下水造成污染破坏，需要综合考虑制订实施方案，最大限度地减少对地下水的影响。

地下水控制设计方案要考虑基坑所在场地的地质条件以及环境条件，还要综合考虑工程地质条件、降水对环境所造成的影响、施工的难易程度以及工程造价等方面的因素，进而选择合适的地下水控制模型。

敞开式地下水控制模型的具体设计步骤主要包括估算降水井深、计算基坑等效半径、确定降水井影响半径、计算基坑总涌水量、计算单井出水量、估算降水井数量以及井间距、验算基坑水位降深、计算地层降深。

4 结束语

综上所述，高层建筑的耸立使得建筑在建设过程中的基坑深度也在朝着更深的方向发展，基坑降水也成了目前基坑工程中的重要任务。文章简要阐述了降水、隔水、回灌对地下水的控制措施，介绍了敞开式、全封闭式、半封闭式地下水模型，同时还分析了地下水控制的设计方法和步骤，旨在为基坑工程的建设发展助力。