基坑工程中地下水控制方案設計應注意的問題

地下水控制方案是基坑工程方案設計的重要組成部分，需要統(tǒng)一考慮。根據(jù)不同地區(qū)的政策和技術標準，選擇施工降水方案、帷幕隔水方案、施工降水+回灌的地面沉降控制方案等。不論什么樣的地下水控制方案，都需要滿足技術可行和經(jīng)濟合理，并能滿足基坑工程施工對周邊環(huán)境安全的要求。

1、地下水控制方案的選擇

地下水控制方案的選擇必須符合當?shù)氐恼吆鸵?，同時符合技術的可行性和經(jīng)濟的合理性。

保護周邊環(huán)境的地下水控制方案選擇應根據(jù)地下水位降低后對周邊環(huán)境的影響程度和可能采取的措施綜合考慮，本著基坑工程安全和周邊環(huán)境安全至上的原則選擇施工降水、施工降水+回灌、帷幕隔水等地下水控制方案。

從保護地下水資源和地下水環(huán)境角度，以最大程度減少地下水抽排水量為前提，同時兼顧經(jīng)濟效益、環(huán)境效益，使基坑工程地下水控制符合“保護優(yōu)先、合理抽取、抽水有償、綜合利用”的原則，在地下水控制方案中應優(yōu)先選擇帷幕隔水，其次選擇施工降水＋帷幕隔水，再次選擇施工降水。

（1）帷幕隔水

有幾種原因需選擇帷幕隔水方案。一是工程地質條件較差，采用工程施工降水方案后，基坑工程仍存在邊坡失穩(wěn)等較大的安全風險；二是基坑周邊環(huán)境復雜，建（構）筑物對地面沉降較敏感，采用工程施工降水易引起建（構）筑物損壞等，并可能進一步引發(fā)其它災害；三是周邊臨近建（構）筑物離基坑較近，不具備施工降水條件；四是地下水資源和水環(huán)境保護需要，不允許工程施工降水；五是經(jīng)濟對比后，帷幕隔水方案較施工降水方案有明顯的優(yōu)勢等等。

是否選擇帷幕隔水方案是由各種因素綜合決定的，但基坑工程安全、地區(qū)政策和周邊環(huán)境條件是主要的因素。

（2）施工降水＋帷幕隔水

存在多層水影響基坑工程的場地，根據(jù)基坑工程施工需要，也可以采用施工降水＋帷幕隔水方案。例如直接影響基坑開挖的含水層，根據(jù)各種因素綜合分析后，需要采用帷幕隔水，但間接影響基坑工程的含水層（承壓水含水層）需要必要的降低水位，以避免承壓水突涌對基坑的影響，則可以采用施工降水＋帷幕隔水方案。靈活合理的采用施工降水＋帷幕隔水方案，可有效地降低基坑工程安全風險，減少抽取地下水量，同時也能夠降低基坑工程造價。

（3）施工降水

施工降水方法主要分為集水明排、井點降水、管井降水、輻射井降水等類型，適用于各類含水層。施工降水主要的控制要求是基坑內的地下水位降低至基底以下不小于 0.5m。

為避免施工降水過量抽取地下水資源或影響地下水環(huán)境，施工降水應遵循以下原則：

1) 分層抽水的原則：其重要前提是必須查清場地的水文地質條件，查清影響基坑工程的場地各層地下水的分布和影響程度，有針對性的布置降水井，控制各層地下水的水位。當能夠保證施工結束后有有效措施使上下層不連通，才可以考慮混層抽水。

2) 回灌補償原則：對于基坑排水量仍較大的情況，且具備地下水回灌條件，應制定地下水回灌計劃。

3) 有條件使用滲井降水原則：在上層水水質較好或施工結束后能夠有有效措施保證上下層不連通，則可以使用滲井降水。

4) 抽排水綜合利用的原則：對抽排的地下水應進行綜合利用，可以利用施工降水進行工地車輛的洗刷、沖廁、降塵、鋼筋混凝土的養(yǎng)護等，也可以利用施工降水用于綠地、環(huán)境衛(wèi)生以及排入地下雨水管道等。

5) 動態(tài)管理的原則：根據(jù)基坑開挖的需要和基坑降水的水位情況，對降水設施進行動態(tài)管理，達到按需降水，減少基坑抽排水量。

（4）施工降水+回灌

當?shù)叵滤唤档鸵鸬牡孛娉两祵χ苓咟S金安全產(chǎn)生影響時，可以考慮采用回灌的方法，控制對地面沉降敏感的建（構）筑物附近含水層的地下水位，避免施工降水對周邊敏感的建（構）筑物的影響。需要注意的是，一是敏感建（構）筑物附近含水層的地下水位應保持在一定高度（最好處于施工降水前的狀態(tài)），不能是含水層的水位過高；二是施工降水井停抽后，對回灌井的水位控制仍能保持一定時間，避免基坑周邊地下水位恢復時，被保護敏感建（構）筑物附近含水層的地下水位降低。

2、降水設計有關參數(shù)的取值

降水方案設計中用到的參數(shù)主要包括含水層的厚度（對承壓水含水層為 M，對潛水含水層為 H），水位降深 s，影響半徑 R，大井等代半徑 r 0 ，滲透系數(shù) K 等。

（1）含水層厚度

當含水層的頂?shù)装鍢烁呦嗖畈淮?，含水層厚度則取場地范圍內鉆孔揭露的含水層厚度的平均值。

當含水層頂?shù)装鍢烁卟町愝^大時，應分析所有勘探資料，用有代表性的含水層厚度平均值為工程場地的含水層厚度。

（2）水位降深

設計降水深度在基坑范圍內不宜小于基坑底面以下 0.5m。當施工降水涉及多層地下水時，方案設計不能為了安全而各層地下水統(tǒng)一取水位降深值為第一層地下水降低至基底以下的水位降低值。應根據(jù)各含水層的地下水位確定水位降深值；當采用大井法計算水量時，可以根據(jù)各含水層的設計水位降深值計算流量；對于降水管井的井內水位則為基坑中心點的水位降深與管井至中心點的距離與水力坡度乘積之和，同時應考慮井損和水躍值。

（3）大井等效半徑

一般的降水井群在基坑外緣采用封閉式的布置，為了計算簡單，將井點系統(tǒng)看成一口大井，以便引用已有的公式計算這個等效大井。等效半徑即指大井的半徑 r 0 ，通常按照降水范圍和基坑形狀確定。

（4）影響半徑

井點系統(tǒng)的影響半徑可以表示為

對于 R 的取值可以采用兩種方法獲得。若有抽水試驗資料時，應按照觀測孔的試驗資料求得 R；若沒有抽水試驗資料時，應用比擬法選用當?shù)仡愃频乃牡刭|條件下其它地段的參數(shù)值或當?shù)亟?jīng)驗值；當基坑安全級別比較低的情況下，可以采用經(jīng)驗公式。

（5）滲透系數(shù)

在目前的施工降水方案設計中，滲透系數(shù)取值大小不僅對降水工程實施可行性有直接影響，而且對降水方案合理性至關重要。原則上應用場地各含水層的滲透系數(shù)應根據(jù)抽水試驗求得。當鄰近本工程 100m 范圍內存在抽水試驗資料，且水文地質單元類似，則可以借用鄰近工程的滲透參數(shù)。對于基坑安全級別比較低的情況，可以采用當?shù)氐臐B透系數(shù)經(jīng)驗值。

3、施工降水的風險控制

施工降水設計人員應有工程風險意識，以保證基坑工程的施工安全。在設計階段的風險控制主要注意以下幾個方面。

（1）設計人員應全面了解、掌握基坑降水區(qū)域的地質及水文地質條件。在此基礎上，對深基坑工程而言，應盡可能進行三維地下水滲流計算。

（2）在進行地下水滲流分析時，應正確把握水文地質概念模型、滲流數(shù)值模型的可靠性。

（3）設計人員應充分了解基坑圍護結構特點及各工況條件，在此基礎上確定降水方案并進行降水設計。

（4）應選取滿足基坑開挖、施工安全與周邊環(huán)境和地下水環(huán)境保護要求的最佳方案。

（5）考慮到計算參數(shù)的可靠性以及地質條件的變異性，降水井施工質量及成井后的保護程度、設備運行異常等，降水設計計算要留有一定的安全系數(shù)。

（6）設計前應掌握充分的設計依據(jù)，應準確掌握場地的水文地質資料，從源頭開始控制基坑降水設計的可靠性。

考慮到施工降水過程中存在的風險因素，在設計階段應編制有針對性的應急預案。

（1）應編制施工降水工程專項應急預案，也可與基坑工程應急預案一并編制。

（2）施工降水應急預案應主要包括以下內容：

涉及消防、醫(yī)療急救、防汛防風、用電安全等常規(guī)預案；

深基坑工程可能發(fā)生的基坑突涌、圍護滲漏涌水涌砂等險情編制具有針對性、可操作性的應急搶險預案；

應急物資、設備的堆放、保管的日常檢查措施；

因停電、潛水泵損壞等造成地下水位升高應編制應急預案，并確定應急生效時間。

4、帷幕隔水的要求

豎向截水帷幕的形式有兩種：一種是插入隔水層，另一種是含水層相對較厚，帷幕懸吊在透水層中。前者須進行基底滲流穩(wěn)定、隆起驗算，必要時可加深豎向截水帷幕深度或采用基坑內設降壓井保證施工安全。后者需要考慮繞過帷幕涌入基坑的水量，評價基坑內降水井數(shù)量和布置及其可能造成的周邊環(huán)境問題，必要時進行封底或采用其它方法。

（1）縱向截水帷幕

1) 同一工程可采用多種止水帷幕方式，根據(jù)地層特點、基坑開挖深度、支護型式、周邊環(huán)境條件等，在不同的部位選用適合的止水帷幕。

2) 落底式豎向截水帷幕應插入下臥不透水層，其插入深度宜不小于 2～3m 或按下式計算：

式中

l——帷幕插入不透水層的深度，m；

h w ——作用水頭，m；

b——帷幕厚度，m。

3) 當?shù)叵潞畬訚B透性較強，厚度較大時，可采用懸掛式豎向截水與坑內井點降水相結合或采用懸掛式豎向截水與水平封底相結合的方案，以減少抽取地下水量和基坑周邊地下水位的降低值，降低地面沉降對基坑周邊環(huán)境安全的影響。

4) 截水帷幕插入弱透水地層中，需進行基底滲流穩(wěn)定、隆起驗算。如果不符合要求，則坑外或坑內布設降壓井。

5) 基坑內需根據(jù)弱透水地層的滲透性、基坑內外水頭差、基坑底面與含水層底板的關系、含水層巖性、基坑面積等確定采用明排、或布設降水井以控制地下水位在基底以下。

6) 采用止水帷幕后，因地層中的地下水不能排出，除了對支護結構產(chǎn)生水壓力外，土層的強度指標 φ 、 c 值與降水條件下的指標也有所不同。無相關試驗數(shù)據(jù)時，帷幕止水條件下的 φ 、 c 值宜適當降低。

（2）橫向截水帷幕

1) 當含水層較厚，采用懸掛式帷幕截水和基坑內降水方案仍不能滿足基坑開挖需要或采用全封閉式截水帷幕施工時，在完成縱向截水帷幕的同時，也應進行橫向截水帷幕的實施。

2) 橫向截水帷幕厚度和深度應根據(jù)含水層的水頭和基坑開挖深度，通過基底抗隆起驗算確定。

3) 為了減少橫向截水帷幕出現(xiàn)漏點數(shù)量，降低發(fā)生涌砂等破壞地基、支護結構等事故，旋噴樁搭接厚度不低于 10~20cm，基坑越深，搭接厚度越大。

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