基坑工程中地下水控制方案設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

地下水控制方案是基坑工程方案設(shè)計(jì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理，并能滿足基坑工程施工對(duì)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(dāng)?shù)氐恼吆鸵?，同時(shí)符合技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)的合理性。

保護(hù)周邊環(huán)境的地下水控制方案選擇應(yīng)根據(jù)地下水位降低后對(duì)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(hù)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(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，使基坑工程地下水控制符合“保護(hù)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(yīng)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(zhì)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(fēng)險(xiǎn)；二是基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，建（構(gòu)）筑物對(duì)地面沉降較敏感，采用工程施工降水易引起建（構(gòu)）筑物損壞等，并可能進(jìn)一步引發(fā)其它災(zāi)害；三是周邊臨近建（構(gòu)）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(hù)需要，不允許工程施工降水；五是經(jīng)濟(jì)對(duì)比后，帷幕隔水方案較施工降水方案有明顯的優(yōu)勢(shì)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(chǎng)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(kāi)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(duì)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(fēng)險(xiǎn)，減少抽取地下水量，同時(shí)也能夠降低基坑工程造價(jià)。

（3）施工降水

施工降水方法主要分為集水明排、井點(diǎn)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(nèi)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(guò)量抽取地下水資源或影響地下水環(huán)境，施工降水應(yīng)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(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，查清影響基坑工程的場(chǎng)地各層地下水的分布和影響程度，有針對(duì)性的布置降水井，控制各層地下水的水位。當(dāng)能夠保證施工結(jié)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(bǔ)償原則：對(duì)于基坑排水量仍較大的情況，且具備地下水回灌條件，應(yīng)制定地下水回灌計(jì)劃。

3) 有條件使用滲井降水原則：在上層水水質(zhì)較好或施工結(jié)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(duì)抽排的地下水應(yīng)進(jìn)行綜合利用，可以利用施工降水進(jìn)行工地車輛的洗刷、沖廁、降塵、鋼筋混凝土的養(yǎng)護(hù)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(dòng)態(tài)管理的原則：根據(jù)基坑開(kāi)挖的需要和基坑降水的水位情況，對(duì)降水設(shè)施進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，達(dá)到按需降水，減少基坑抽排水量。

（4）施工降水+回灌

當(dāng)?shù)叵滤唤档鸵鸬牡孛娉两祵?duì)周邊黃金安全產(chǎn)生影響時(shí)，可以考慮采用回灌的方法，控制對(duì)地面沉降敏感的建（構(gòu)）筑物附近含水層的地下水位，避免施工降水對(duì)周邊敏感的建（構(gòu)）筑物的影響。需要注意的是，一是敏感建（構(gòu)）筑物附近含水層的地下水位應(yīng)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(guò)高；二是施工降水井停抽后，對(duì)回灌井的水位控制仍能保持一定時(shí)間，避免基坑周邊地下水位恢復(fù)時(shí)，被保護(hù)敏感建（構(gòu)）筑物附近含水層的地下水位降低。

2、降水設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)的取值

降水方案設(shè)計(jì)中用到的參數(shù)主要包括含水層的厚度（對(duì)承壓水含水層為 M，對(duì)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(dāng)含水層的頂?shù)装鍢?biāo)高相差不大，含水層厚度則取場(chǎng)地范圍內(nèi)鉆孔揭露的含水層厚度的平均值。

當(dāng)含水層頂?shù)装鍢?biāo)高差異較大時(shí)，應(yīng)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(chǎng)地的含水層厚度。

（2）水位降深

設(shè)計(jì)降水深度在基坑范圍內(nèi)不宜小于基坑底面以下 0.5m。當(dāng)施工降水涉及多層地下水時(shí)，方案設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)各含水層的地下水位確定水位降深值；當(dāng)采用大井法計(jì)算水量時(shí)，可以根據(jù)各含水層的設(shè)計(jì)水位降深值計(jì)算流量；對(duì)于降水管井的井內(nèi)水位則為基坑中心點(diǎn)的水位降深與管井至中心點(diǎn)的距離與水力坡度乘積之和，同時(shí)應(yīng)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(jì)算簡(jiǎn)單，將井點(diǎn)系統(tǒng)看成一口大井，以便引用已有的公式計(jì)算這個(gè)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(diǎn)系統(tǒng)的影響半徑可以表示為

對(duì)于 R 的取值可以采用兩種方法獲得。若有抽水試驗(yàn)資料時(shí)，應(yīng)按照觀測(cè)孔的試驗(yàn)資料求得 R；若沒(méi)有抽水試驗(yàn)資料時(shí)，應(yīng)用比擬法選用當(dāng)?shù)仡愃频乃牡刭|(zhì)條件下其它地段的參數(shù)值或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值；當(dāng)基坑安全級(jí)別比較低的情況下，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式。

（5）滲透系數(shù)

在目前的施工降水方案設(shè)計(jì)中，滲透系數(shù)取值大小不僅對(duì)降水工程實(shí)施可行性有直接影響，而且對(duì)降水方案合理性至關(guān)重要。原則上應(yīng)用場(chǎng)地各含水層的滲透系數(shù)應(yīng)根據(jù)抽水試驗(yàn)求得。當(dāng)鄰近本工程 100m 范圍內(nèi)存在抽水試驗(yàn)資料，且水文地質(zhì)單元類似，則可以借用鄰近工程的滲透參數(shù)。對(duì)于基坑安全級(jí)別比較低的情況，可以采用當(dāng)?shù)氐臐B透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值。

3、施工降水的風(fēng)險(xiǎn)控制

施工降水設(shè)計(jì)人員應(yīng)有工程風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，以保證基坑工程的施工安全。在設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制主要注意以下幾個(gè)方面。

（1）設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面了解、掌握基坑降水區(qū)域的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上，對(duì)深基坑工程而言，應(yīng)盡可能進(jìn)行三維地下水滲流計(jì)算。

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

（3）設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各工況條件，在此基礎(chǔ)上確定降水方案并進(jìn)行降水設(shè)計(jì)。

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

（5）考慮到計(jì)算參數(shù)的可靠性以及地質(zhì)條件的變異性，降水井施工質(zhì)量及成井后的保護(hù)程度、設(shè)備運(yùn)行異常等，降水設(shè)計(jì)計(jì)算要留有一定的安全系數(shù)。

（6）設(shè)計(jì)前應(yīng)掌握充分的設(shè)計(jì)依據(jù)，應(yīng)準(zhǔn)確掌握?qǐng)龅氐乃牡刭|(zhì)資料，從源頭開(kāi)始控制基坑降水設(shè)計(jì)的可靠性。

考慮到施工降水過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)編制有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案。

（1）應(yīng)編制施工降水工程專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，也可與基坑工程應(yīng)急預(yù)案一并編制。

（2）施工降水應(yīng)急預(yù)案應(yīng)主要包括以下內(nèi)容：

涉及消防、醫(yī)療急救、防汛防風(fēng)、用電安全等常規(guī)預(yù)案；

深基坑工程可能發(fā)生的基坑突涌、圍護(hù)滲漏涌水涌砂等險(xiǎn)情編制具有針對(duì)性、可操作性的應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案；

應(yīng)急物資、設(shè)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(yīng)編制應(yīng)急預(yù)案，并確定應(yīng)急生效時(shí)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(duì)較厚，帷幕懸吊在透水層中。前者須進(jìn)行基底滲流穩(wěn)定、隆起驗(yàn)算，必要時(shí)可加深豎向截水帷幕深度或采用基坑內(nèi)設(shè)降壓井保證施工安全。后者需要考慮繞過(guò)帷幕涌入基坑的水量，評(píng)價(jià)基坑內(nèi)降水井?dāng)?shù)量和布置及其可能造成的周邊環(huán)境問(wèn)題，必要時(shí)進(jìn)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(diǎn)、基坑開(kāi)挖深度、支護(hù)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(yīng)插入下臥不透水層，其插入深度宜不小于 2～3m 或按下式計(jì)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(dāng)?shù)叵潞畬訚B透性較強(qiáng)，厚度較大時(shí)，可采用懸掛式豎向截水與坑內(nèi)井點(diǎn)降水相結(jié)合或采用懸掛式豎向截水與水平封底相結(jié)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(duì)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(jìn)行基底滲流穩(wěn)定、隆起驗(yàn)算。如果不符合要求，則坑外或坑內(nèi)布設(shè)降壓井。

5) 基坑內(nèi)需根據(jù)弱透水地層的滲透性、基坑內(nèi)外水頭差、基坑底面與含水層底板的關(guān)系、含水層巖性、基坑面積等確定采用明排、或布設(shè)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(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水壓力外，土層的強(qiáng)度指標(biāo) φ 、 c 值與降水條件下的指標(biāo)也有所不同。無(wú)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，帷幕止水條件下的 φ 、 c 值宜適當(dāng)降低。

（2）橫向截水帷幕

1) 當(dāng)含水層較厚，采用懸掛式帷幕截水和基坑內(nèi)降水方案仍不能滿足基坑開(kāi)挖需要或采用全封閉式截水帷幕施工時(shí)，在完成縱向截水帷幕的同時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行橫向截水帷幕的實(shí)施。

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

3) 為了減少橫向截水帷幕出現(xiàn)漏點(diǎn)數(shù)量，降低發(fā)生涌砂等破壞地基、支護(hù)結(jié)構(gòu)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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