深基坑工程地下水控制(纲要).doc

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1、深基坑工程地下水控制（纲要）一、 概述二、 地下水类型及含水层的地层组合特点 常用的地下水分类方法上层滞水、潜水、承压水综合分类表三、 与地下水控制相关的理论前言：地下水的基坑以三种不良作用涌水、固结沉降、渗流破坏（一） 土力学中的相关概念关于“固结沉降”关于渗流破坏（管涌、流砂、突涌）（二） 水文地质学中的几个基本概念渗流基本定律达西定律水力梯度（水力坡度）抽水井裘布依半径影响半径基坑涌水量估算与抽水井涌水量计算四、 各类含水层的宏观分布规律（冲积平原及河流阶地、滨海平原及三角洲、黄土高原及北方河流阶地，岩溶水）五、 深基坑地下水控制要点1、隔渗帷幕2、井点降水3、隔渗帷幕和井点降水联合使用

2、4、明排5、按地下水类型采取地下水控制措施（上层滞水、潜水、承压水控制）六、 深基坑地下水控制与环境影响七、 基本经验与体会一、概 述在影响基坑稳定性的诸多因素中，地下水的作用占有突出位置。历数各地曾发生的基坑工程事故，多数都和地下水的作用有关。因此，妥善解决基坑工程的地下水控制问题就成为基坑工程勘察、设计、施工、监测的重大课题。地下水对基坑工程的危害，除了水土压力中水压力对支护结构的作用之外，更重要的是基坑涌水、渗流破坏（流砂、管涌、坑底突涌）引起地面沉陷和抽（排）水引起地层不均匀固结沉降。基坑工程地下水控制的目的，就是要根据场地的工程地质、水文地质及岩土工程特点，采取可靠措施防止因地下水的

3、不良作用引起基坑失稳及其对周边环境的影响。基坑工程地下水控制的方法分为降（排）水和隔渗（帷幕）两大类，这两种方法各自又包括多种形式。根据地质条件、周边环境、开挖深度和支护形式等因素的组合，可分别采用不同方法或几种方法的合理组合，以达到有效控制地下水的目的。充分掌握场地的水文地质特征，预测基坑施工中可能发生的地下水危害类型，如基坑涌水、渗流破坏（流砂、管涌、坑底突涌）或排水固结不均匀沉降，是选择正确、合理方法，实现有效控制地下水的前提和基础。对基坑工程而言，水文地质特征主要是指场地存在的地下水类型（上层滞水、潜水、承压水）和含水层、隔水层的分布规律及主要水文地质参数（地下水位或承压水头深度、含水

4、层渗透系数和影响半径等）。水文地质参数是需要通过专门的水文地质勘探、测试、试验来取得的。比如，不同含水层的地下水位或水头必须用分层止水、分层观测得到，而不能用混合水位代替。渗透系数和影响半径则必须进行现场抽水试验来确定。这些专门水文地质工作的方法和技术要求，在相关的规程、规范和手册中均有详尽的论述，本文不作详细列述。大多数城市基坑工程处在第四纪土层中。由于我国地域广阔，第四纪沉积的地质条件复杂多变，但是，第四纪地层中的分布规律及其相应的水文地质、工程地质特点，是有宏观规律可循的。任一地区的第四纪地层的水文地质、工程地质特点，集中受控于地区所属的地貌单元、地层时代和地层组合这三个要素。也就是说，

5、地貌单元不同则地层时代和地层组合不同，因而地层中地下水的类型和相关的水文地质特点也不相同，因此也就决定了基坑工程地下水控制的重点和方法。总之，地质条件、开挖深度和周边环境是深基坑设计和施工的三大控制要素，地质条件是第一要素，而地下水的作用又是地质条件中的最重要因素。因此，可以说深基坑工程地下水控制是大多数基坑的核心课题。所谓的“岩土工程”实际是“岩、土、水”工程，也是从这个意义上讲的。本文将从地下水埋藏的宏观规律入手，阐述基坑工程的地下水控制要点。少数基坑工程涉及到基岩中的地下水控制问题，其中突出的是石灰岩中岩溶水的控制，本文也将作简要介绍。二、地下水类型及含水层的地层组合特点2.1地下水的基

6、本类型常用的地下水分类方法有两种，一种是按含水层的埋藏条件和水力特征分为上层滞水、潜水和承压水；一种是按含水介质特性分为孔隙水、裂隙水和岩溶水，或以某两种水的组合分为孔隙裂隙水（黄土中水）、裂隙孔隙水（半胶结砂砾岩）和岩溶裂隙与溶洞、管道水。通常是考虑上面所述的两种因素进行综合分类（见表2-1）。地下水按其埋藏条件的水力特性划分的基本类型及其定义如下： 上层滞水是指地层的包气带中局部的、不成为连续含水层的土层中的地下水，多为孔隙水、无压力水头。如人工填土、淤泥透镜体和多年冻土融冻层中的地下水。它与周围、上下的其他含水层无水力联系。潜水是指地表以下至第一个隔水底板之上的含水层中的地下水，有孔隙水

7、，也有裂隙水或浅部岩溶带中地下水，无压力水头。承压水是指上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，亦称层间水。有孔隙水，也有裂隙水（裂隙孔隙水）或岩溶发育带中地下水。因顶板倾斜、含水层厚度变化，特别是补给区水位高于本区隔水层顶板时，该含水层形成压力水头并高于顶板，故称承压水。当承压水头高出地面且当顶板被揭穿时，承压水即溢出地面，称为自流水（井、泉）。各类地下水类型见下图1。图1.三种类型地下水地下水的综合分类及相应的基坑工程地下水控制原则见表1-1。 表1-1地下水综合分类表类型含水层性质水力特点分布区与补给区的关系动态特征含水层状态含水层分布 及水量特点附 注上层滞水孔隙水人工填土、淤泥透镜体中

8、水、多年冻土融冻层水无压一致随季节变化层状或透镜状空间分布的连续性差，有时水量较大基坑工程对此类水多采用竖向帷幕和坑内集水明排潜 水孔隙水第四系粉土、砂、卵砾石、黄土，第三系半胶结砂砾岩，冻土层中水，岩浆岩全、强风化带中水无压一致或临近地表水体补给随季节变化层状含水层分布及含水特性受所属的地貌单元、地层时代、地层组合控制，宏观规律性强基坑工程对此类水宜采用竖向帷幕，能落入隔水底板时采用封闭式降水，否则采用开放式降水。降水可采用大口集水井、轻型井点或管井裂隙水各类岩体的卸荷、风化裂隙带中水、或构造裂隙、破碎带内水无压、局部低压一致或相邻富水区补给随季节变化层状、带状分布及含水性受岩性和构造影响明

9、显，总体上水量不大基坑工程对此类水多采用集水明排岩溶水可溶岩体的溶蚀裂隙和溶洞中水一致或临近地表水体补给随季节变化层状、脉状受岩溶发育规律控制，包气带岩溶季节性含水，其水量不大。饱水带一般水量不大，有时较大基坑工程对此类浅部岩溶水可采用集水明排或管井降水 承 压 水孔隙水第四系层间粉土、砂、卵砾石、黄土，第三系半胶结砂砾岩层间含水层中水，或多年冻土层下部含水层中水承 压不 一 致随季节变化层状冲积平原、河流阶地、河间地块、古河道等均具有二元结构特征，承压水头较高，水量丰富；三角洲和滨海平原具有互层特性，多层层间水呈低压性，水量小于前者基坑工程对二元结构冲积层承压水宜采用管井降水或竖向及封底帷幕

10、加封闭式降水。临近江、河、湖、海并具有较高承压水头时，封底帷幕很少奏效，宜采用悬挂式帷幕加深井降水，或落底帷幕加封闭式降水裂隙水基岩构造盆地、向斜、单斜、断层带中水随季节变化不明显层状、带状分布受岩性、地质构造控制，一般水量不大基坑工程很少涉及此类水，如有涉及可集水明排岩溶水临近江、河、湖、海岩溶带中水或构造盆地、向斜、单斜构造中可溶岩层中岩溶水有季节性变化或随季节变化不明显层状、脉状临近地表水体的可溶岩体岩溶发育带呈层状分布，河间地块或高山区河流有时成地下河。总体上含水丰富、水量大一般基坑工程较少涉及此类水，超深基坑若涉及浅部岩溶承压水时，水量不大者可用管井降水或集水明排；水量很大且强排无效

11、时，宜做帷幕堵塞岩溶通道后降水疏干注：此表参照一些类似的分类表改编而成,为使基坑工程地下水控制更有针对性地使用此表，特另加附注。三、与地下水控制相关的理论深基坑工程地下水控制设计与施工主要涉及两个学科的理论，即水文地质学和土力学。简言之，深基坑工程要控制地下水位、涌水量和环境影响，就需要取得基本的水文地质参数和进行相关的水文地质计算。为此就应具备一定的水文地质学的理论知识；深基坑工程要把地下水的不良作用和环境影响降低到最小程度就需要具备一定的土力学相关理论知识。基坑工程中地下水的不良作用三大不良作用其一，强透水含水层的大量涌水；其二，地下水位下降、含水层疏干、地层固结沉降，导致周围地面沉降甚至

12、区域性地面沉降；其三，在含水层处于饱和状态下开挖或防渗漏帷幕失效，产生渗流破坏发生流砂、管涌和基底突涌。大量“流土”，将产生灾难性后果。深基坑地下水控制什么？就是控制这三样东西。为此，最低限度也要具备以下一些土力学和水文地质学的相关知识。（一）土力学中的相关概念1、关于“固结沉降”土体排水过程中固结沉降的原理，来源于太沙基（Karl Terzaghi）1923年提出的有效应力原理和渗流固结理论，这是土力学中最重要的原理，是土力学成为一门独立学科的重要标志。在这里不具体列举各种计算公式，但需指出以下基本概念： 所谓固结理论是指“饱和土体渗流固结”，而渗流是根据达西定律（V=ki），也就是说，没有

13、渗流就没有固结。 在应用固结理论分析地基沉降时，地基土是在建筑荷载作用下、地基土产生附加应力，即“被动”排水固结；而降水时是土中重力（自由）水自动渗出，造成负孔压进而增加有效应力，产生土层固结沉降。这两种固结沉降的条件和过程是不相同的，必须具体情况具体分析。 饱和土中水产生渗流运动的条件：一种是在附加应力作用下土的孔隙被挤压、孔隙水渗流排出；另一种是在自重作用下，孔隙中的自由（重力）水自动渗流排出。由于后者是“自动渗流”，这就需要土层具有一定的透水性。一般情况下，土的渗透系数K值小于10-6cm/s就是不透水层。这类土层中的孔隙水在自重作用下不会发生渗流排出。 目前大家引用“分层总和法”进行降

14、水引起地面沉降量预测计算时，并不完全符合“在建筑物荷载作用下，地基土在附加应力作用下固结沉降的作用条件”而是“自重作用”条件下孔隙水自动渗流排出的自动固结沉降。这就要求在使用计算公式时作具体分析。试将湖北省基坑工程技术规程中的计算公式做具体分析：式中：水位下降引起的地面沉降（cm）；Ms经验系数；Ms=M1M2。对于一般粘性土可取0.30.5；粉质粘土、粉土、粉砂互层M1可取0.50.7；淤泥、淤泥质土M1可取0.70.9。当降水维持时间3个月之内时可取0.50.7；当降水维持时间超过3个月时M2可取0.70.9。wi水位下降引起的各计算分层有效应力增量（KPa）hi受降水影响分层（自降水前的

15、水位至含水层底板之间）的分层厚度（cm）；n计算分层数；Esi各分层的压缩模量（KPa）。要强调指出的是，当存在两层以上含水层时，如上层为潜水或上层滞水，下层为承压水，两层之间有隔水层而只降下层承压水时（如图1），就应作具体分析： 上、下两层水之间有隔水层（K值10-6cm/s）时，上层滞水含水层（杂填土、淤泥）一般不应算作压缩层，只有在上下两层水之前的隔水层有缺口时才可算作压缩层； 主要的压缩层是承压含水层（粉质粘土、粉土、粉砂互层和粉细砂、粗砂、砾石层） 承压水头的位置只反映承压水压力高度，并不一定对应承压含水层，因而水位下降时不一定引起水位下降过程中所“经过”的所有土层产生有效应力增量；

16、 承压含水层顶板为不透水粘性土层（K值10-6cm/s）时，该层不能自动排水固结，故不能算作压缩层； 承压含水层顶板直接为淤泥时，该淤泥层可作为压缩层； 承压含水层顶板直接为淤泥质粉质粘土，且降水位已降至其下的承压含水层中时，该顶板层可视为部分压缩层；当降水位（头）仍在顶板以上时，顶板层可不视为压缩层，因此时只反映承压含水层本身孔隙水压力变化，它和顶板层的孔隙水无水力联系。 倘若能如此细致分析、计算，对降水引起的沉降预测势将更接近实际。否则将会得到预估沉降远大于实际沉降的结果。2、关于“渗透破坏”在经典土力学中，渗透破坏亦称渗透变形。为理解渗透变形，首先要明确两个概念渗透力j和临界水力坡降（梯

17、度）icr。（1） 渗透力由于水头差的存在，土中水产生渗流，同时产生向上的渗透力，即每单位土体内所受的渗透作用力，用j表示。其值：j=rwi渗透力的大小和水力坡降i成正比，其方向与渗透方向一致。（2） 临界水力坡降土中水的渗透水力坡降逐渐增大时，渗透力也随之增大。当水力坡降（水头差）增大到某一数值即临界水力坡降时，即向上的渗透力克服了向下的重力时，土体就会浮起或受到破坏，俗称流土。临界水力坡降用icr表示。其值：式中：icr临界水力坡降 r土的浮容重； rw水的容重由于故式中：Gs、e分别为土的颗粒比重和土的空隙比。可见临界水力坡降是针对每一种土而言的。土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形

18、或破坏称为渗透变形或渗透破坏，如土层剥落、地面隆起、细颗粒被水带出以及出现集中渗流通道等。单一土层的渗透变形主要是流土和管涌两种基本形式： 流土（流砂）在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象称为流土。任何类型的饱和土，只要水力坡降达到一定的大小（临界值）都会发生流土破坏。发生流土时，地表将普遍出现小泉眼，冒气泡，继而土颗粒群向上鼓起，发生浮动、跳跃，俗称砂沸。基坑坑底“突涌”时就常出现这些现象。 管涌在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以致流失；随着孔隙的不断扩大，渗透流速不断增加，较粗的颗粒也相续被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通

19、的渗流通道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌发生在一定级配的无粘性土中，发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部，故有人也称之为渗流的潜蚀现象。渗透破坏的判别流土若iicr，土体处于稳定状态； iicr，土体发生流土破坏； i=icr，土体处于临界状态。管涌主要取决于两种条件（限于无粘性土）：其一是土的颗粒级配特点，级配均匀（Cu10）的不易发生管涌，不均匀（Cu10）的则易发生；其二是水力条件，即达到管涌水力坡降时发生，管涌水力坡降可由试验得出。在深基坑开挖中，最普遍发生的是流土，因为直立开挖中水力坡降很容易超过临界水力坡降，只要是开挖深度超过地下水位以下，坑内与坑外的水头差必然超过

20、临界值。所以，只要是在地下水位以下开挖，必定发生流土。突涌指承压水对基坑底作用的渗流破坏。当基坑开挖减小了承压水顶板不透水层厚度。当剩余厚度不足时，承压顶穿基坑底板，便发生突涌（冒砂或砂沸）。判别式：H1010110.010.010.00110-210-210-310-310-510-510-610-6注：微透水及不透水基坑工程不需采取地下水控制措施。四、各类含水层的宏观分布规律第四系土层分布区的水文地质和工程地质条件，在宏观上明显地受地貌单元、地层时代、地层组合的控制。单就地下水的区域性特点而言，地貌单元、地层时代和地层组合关系也决定着地下水的类型、分布、水力特性和水量大小等重要特性。针对基

21、坑工程地下水控制方法的需要，列举主要地貌单元上各类含水层的宏观规律如下：1 冲积平原（包括山前平原、中部平原和滨海平原，本文只介绍中部平原和滨海平原）大江大河的中部冲积平原，通常都是由不同地质时期形成的多级堆积阶地构成的，其中还常有河湖相淤积沼泽或古河道存在。如长江中下游的江汉平原就是由长江、汉水的一、二、三级阶地构成的，其中还有冲积湖积相、漫滩沼泽相和古河道沉积等（图2）。平原中的各级阶地是由不同时代（自早更世Q1到全新世Q4）地层组合构成的。由于地层时代和地层组合类型不同，其中地下水的埋藏类型、含水性及水量和水力性质有很大差别，因而对基坑工程选择地下水控制的方法也是至关重要的。 图2 江汉

22、平原武汉地区概化地质剖面示意图(1)河流的一级阶地分布在现代江河河床两岸的狭长地带上，冲刷岸一侧阶地较窄，堆积岸一侧很宽，是江河冲积平原中最近形成的一部分。其地层是属第四纪全新世（Q4），为近1至1.2万年冲积层。一级阶地的地层组合呈典型的二元结构特征，即上部为以粘性土为主的一套地层，下部为砂土、砾石、卵石组成的下粗上细的一套地层。其基底多为基岩，有时为全新世（Q4）以前的老土层。近地表部分常分布有湖沼相软土层或粉土层。上部粘性土与下部砂层之间，通常都存在厚度不等的粘性土隔水层及粉砂与粘性土互层（过渡层），与下层砂均为连续含水层。一级阶地的水文地质条件较为复杂，常有多层地下水埋藏。浅部有上层滞

23、水（分布于人工填土、淤泥和淤泥质土中）或潜水（分布于临江一带或支流故道中）。下部砂层及砾卵石层中有承压水埋藏，由于该含水层紧邻现今江河，含水层中水与江河水有直接的水力联系，因而具有较高的承压水头，且承压水渗流方向有垂直向上渗流的特点，是造成深基坑坑底突涌的根本原因。一级阶地中的基坑工程，视其开挖深度大小，将会遭遇上层滞水、潜水、承压水的困扰。浅基坑一般只涉及上层滞水或潜水，深基坑及超深基坑则往往遇到承压水。上层滞水和潜水因埋藏浅、透水性弱且与深层很少联系，故一般只需侧（竖）向隔渗或简单降水即可通过。深层承压水则需复杂、细致的地下水控制方法，如较深或超深的侧（竖）向帷幕和坑内或坑内外深井降水。且

24、各种降水方法均要考虑对周边环境的影响。一级阶地中局部存在的现代河流故道（河床相）、洼地沼泽相和牛轭湖相沉积层的地层组合、地下水埋藏类型和特点与广大的一级阶地具有明显差别，基坑工程的地下水控制方法也将有所区别。(2)河流的二级阶地 分布在近河一级阶地外侧，是江河冲积平原早期形成的组成部分，地层时代属第四纪晚更新世（Q3），绝对年龄2万年至13万年之间。与一级阶地地层截然不连续，呈陡坎式接触。二级阶地地层也具有典型的二元结构组合特征，即上部为粘性土，下部为砂、卵砾石层，其基底有的为基岩，有的为中更新世Q2老土层。由于古气候等原因，包括江汉平原、江淮平原、华北平原、及松辽平原在内的二级阶地的上部粘性

25、土普遍具有黄土状土特征（大孔隙、直立性及钙质结核），其下的砂、卵砾石层一般厚度不大，密实度较高。二级阶地的水文地质条件较一级阶地简单，地下水埋藏类型多为潜水，赋存于粉土质土中，但水位较深。局部存在砂、卵砾石层层间水时，具有承压性，但因密实度高和粘粒含量多，故含水透水性均小于一级阶地，渗透系数K值5m/d，远小于一级阶地，尤其因其与现代河床无直接水力联系，因而承压水头不会太高。二级阶地中基坑工程的地下水控制方法也较一级阶地简单。对于上部潜水，采用竖向隔渗帷幕加坑内集水明排或轻型井点降水即可通过。对于下部的层间承压水，可采用深井降水。由于上部土层和下部砂、卵砾石层均属超固结地层，只要不发生管涌，降

26、水引起的固结沉降是很小的，一般不担心降水对周边环境的影响。应注意的是，二级阶地中局部有时存在近代河流故道或沼泽相软土及粉土，也会发生管涌之类的渗流破坏，这种情况不属于二级阶地的现象，而是一级阶地迭加在二级阶地之上，应予个别对待。(3)河流的三级阶地分布于一、二级阶地之外，是江河冲积平原更古老的组成部分，地层时代属第四纪中更新世Q2，绝对年龄在73万年至13万年之间，与二级阶地或一级阶地地层截然不连续，呈陡坎式接触。三级阶地多被长期剥蚀成隆岗或波状平原。三级阶地的地层组合，除早中更新世Q1至Q2的老古河道具二元结构外，一般多以老粘性土为主，二元结构不明显，只在底部有碎石夹粘性土层。三级阶地的水文

27、地质条件简单，老粘性土属不透水非含水层，底部碎石夹粘土中相对富水。因此，三级阶地中的基坑工程一般不需考虑特殊地下水控制。三级阶地中的老古河道也具有二元结构的组合特征，下部砂、卵石层具有承压含水性，也存在基坑涌水、管涌及坑底突涌现象。但是，由于这类砂、卵石层属极密实土且砂中含粘粒很多，卵石呈半胶结状态，属弱透水层。基坑工程可采用井点降水加以控制，降水对地面沉降影响甚微。2滨海平原及三角洲滨海平原处于大江河下游河口部分，成因上属于冲积海积平原，海侵形成海相沉积，与河口三角洲冲积层交互沉积而成。滨海平原并不像中部冲积平原那样在平面上有不同时代的阶地构成，而是在垂向地层上由新至老顺序向下排列（由Q4Q

28、1），水平方向则只有相变之分，即河口三角洲以江河冲积层为主间夹海相层。海湾带则以泻湖相、沼泽相淤积层为主。滨海平原及三角洲沉积层的最大特点是存在深厚软土和由多层粘性土、软土与砂土、粉土的频繁互层。砂土和粉土作为含水层夹于软土和一般粘性土之间，形成多层层间水，虽然厚度都不大， 但具弱承压性（见图3和4）。基坑工程由浅入深将分别遇到深厚软土中的上层滞水和下部多层砂、粉土组成的层间弱承压含水层。除深部晚更新世（Q3以前）之外，浅部几十米地层大部分为欠固结地层。其中含水层（砂、粉土）因有承压性，易发生管涌、突涌或流砂，多层欠固结土在排水后易产生较大的固结沉降，且沉降差较大。鉴于上述特点，滨海平原及三角

29、洲中基坑工程的地下水控制，普遍以隔渗帷幕为主，即帷幕尽量进入相对隔水层中，然后采用坑内封闭式疏干的方法。由于含水层透水性弱，降水多采用强汲水井型（如真空井等）。其他地貌单元如山前平原、湖积平原等，因地下水埋藏很深或很少，含水层地下水对基坑工程影响很小，故不赘述。3黄土高原及北方河流二、三级阶地（包括黄土塬、梁、峁，山前倾斜平原及大河的、级阶地）图3 上海市区真大路龙华路水文地质工程地质剖面示意图图4上海市中心城区工程地质剖面示意图黄土高原地处干旱少雨的西北地区，总体上地下水不丰富。深基坑工程的地下水问题不突出。黄土高原中的黄土塬、梁、峁地貌单元（地层时代为更新世Q3Q1），由于河流及冲沟深切，

30、地下水位很深，深基坑无地下水；北方河流的二、三级阶地（地层时代为更新世Q3Q2），也因现代河流的浸蚀基准面低，高阶地土层中也很少有地下水。如北京建国门一带为永定河高阶地，更新世（Q3Q2）地层中也无地下水。但是，北方及西北的大河（如黄河、渭河、汾河等）的一级阶地则和南方河流一样，存在二元结构地层中的潜水、承压水。深基坑地下水控制问题依然突出。4 岩溶区地下水岩溶地下水的埋藏和运动特点是一个非常复杂的课题，但基坑工程一般只涉及岩溶发育带的上部垂直循环带，岩溶水的危害一般可控。为了掌握岩溶地下水的宏观规律，首先应认识到岩溶水的垂直分带性，即由浅部至深部顺序分为垂直循环带（充气带）、季节变化带、全饱

31、和带（上部水平循环亚带和下部虹吸管式循环亚带）和深循环带（见图5）。其中的垂直循环带厚度可达数十米，在山区有一百米以上，可见基坑工程一般都在垂直循环带中。在此带中基坑的岩溶水，可采用管井降水和坑内集水明排。图5 岩溶水的垂直分带示意图若基坑工程处在岩溶水的全饱和带的水平循环带中，就需要帷幕阻隔和管井降水联合使用才行。正如某些水电工程地下厂房所做的那样，其工程量和造价是很大的。综上所述，在讨论深基坑工程地下水控制问题时，首先应从所处的地貌单元、地层时代、地层组合入手，查明地下水类型后对症下药。从上述的各类地貌单元中地下水的类型、特点来看，冲积平原和三角洲的地下水控制问题最为突出。下面就以长江冲积

32、平原为重点进行讨论。五、深基坑地下水控制方法要点 如前所述，深基坑地下控制主要是解决强透水层大量涌水、防止渗流破坏（流砂、管涌、基底突涌）和控制地层固结引起的地面沉降这三大不良作用。控制方法基本上分为两大类帷幕隔渗和井点降水（减压或疏干）。多数情况下，两类方法联合使用。 1、隔渗帷幕在基坑开挖之前，为防止地下水渗入坑内，沿基坑周边或在基坑坑底构筑的连续、封闭的隔渗体，称为隔渗帷幕(如图6所示)。主要作用是在基坑开挖过程中，阻隔地下水或延长渗径，防止基坑发生渗透破坏，使地下开挖可顺利进行，同时避免基坑周边发生过大的沉降变形。图6.竖向隔渗帷幕示意图按照不同的分类标准，隔渗帷幕有不同的分类：1)

33、按帷幕施工工艺，隔渗帷幕可分为：水泥土搅拌法帷幕：包括深层搅拌法(湿法)和粉体喷搅法(干法)；高压喷射注浆法帷幕；地下连续墙帷幕和SMW工法帷幕。2) 按帷幕体材料，隔渗帷幕可分为：水泥土帷幕；混凝土或塑性混凝土帷幕；钢筋混凝土帷幕，如地下连续墙。3) 按帷幕所处的位置，隔渗帷幕可分为：竖向隔渗帷幕，包括悬挂式和落底式帷幕两种(如图7所示)；水平隔渗帷幕。(帷幕一般指竖向的，这个名称最早来自于水利工程，水平防渗称为铺盖。)(a) (b)图7、竖向隔渗帷幕类别(a) 落底式帷幕；(b) 悬挂式帷幕4) 按帷幕隔渗机理，隔渗帷幕可分为：悬挂式帷幕；落底式帷幕。5)按帷幕发挥功能，隔渗帷幕可分为：隔

34、渗帷幕（以隔渗为主，如高压喷射注浆、水泥土搅拌墙等帷幕）；支护隔渗帷幕（该帷幕既能发挥防水隔渗功能，又有足够的强度与刚度承受土压力，维持基坑的稳定。如地下连续墙、SMW工法挡墙、水泥土重力式挡墙等）。 隔渗帷幕适用性：一般情况下，隔渗帷幕方案的工程造价是降水的2.55倍Error! Reference source not found.，并存在渗漏的风险。也可采用隔渗帷幕和降水相结合。在选择隔渗方案前，须掌握场址的地下水类型、水文地质特征，并结合基坑周边环境条件等进行综合的评估。隔渗帷幕主要适用于以下两种情况：1) 地下水资源保护的要求。在我国北方、西北等地区，地下水资源匮乏，为保护地下水资源

35、，不允许采用降水方案。为使基坑开挖顺利，有关部门要求采用隔渗方法。2) 环境保护的要求。基坑周边存在对沉降变形敏感的建（构）筑物或地下管网等设施。为避免渗透破坏和因降水引发过大的附加沉降影响其正常使用或安全性，须采用隔渗帷幕方法。 2、井点降水井点降水包括轻型井、喷射井、管井、电渗井等多种形式。 轻型井：适用于土体中存在上层滞水和水量有限的潜水、含水层主要以细砂、粉土等为主、降水深度不大的情况。 喷射井：适用于降水深度要求大于6m，由于场地狭窄不允许布置轻型井点及含水层以砂土为主的情况。 管井：适用于粉土、粉砂、碎石等高渗透性含水层，地下水以丰富的潜水和承压水形式存在及降水深度较大的情况。 电

36、渗井：适用于黏土、淤泥质土等渗透性很小的含水层，以及水量有限的上层滞水、潜水等地下水的情况。 3、 隔渗帷幕和井点降水联合使用以下两种情况可考虑联合使用隔渗帷幕和井点降水方法： 开挖深度范围内既存在上层滞水或潜水，也涉及到承压水，基坑同时存在侧壁发生渗漏和坑底发生突涌的可能性。通常的做法：设置侧向帷幕（深层搅拌、或双管高喷、或钢筋混凝土地下连续墙），进入坑底以下一定深度，形成悬挂式或者嵌入承压水隔水层顶板的垂直隔渗帷幕，同时布设井点，进行减压或疏干降水。 在基坑周边环境严峻及对地面沉降很敏感的情况下，可采用落底式竖向帷幕。将地下连续墙嵌入隔水层底板中，并辅以坑内深井降水或疏干。这种情况下，竖向

37、帷幕须彻底隔断坑外地下水，确保隔渗效果。地下水控制措施的适用条件4、明排明排有基坑内排水和基坑外地面排水两种情况。明排适用于收集和排除地表雨水、生活废水和填土、黏性土、粉土、砂土等土体内水量有限的上层滞水、潜水，并且土层不会发生渗透破坏的情况。5、按地下水类型采取地下水控制措施（1）基坑处于“上层滞水”含水层中。 由于此类含水层（淤泥、淤泥质土、人工填土）欠固结、透水性差且厚度变化大，一般很难用井点降水措施控制。另一方面，如果任其失水固结又会引起周边地面较大的不均匀沉降。多数情况下都采用竖向隔渗帷幕加坑内集水明排。（1）填土；（2）淤泥；（3）粘土；（4）粉质粘土图8.上层滞水控制（2）基坑处

38、于潜水含水层中。有三种情况分别处理：潜水含水层厚度不大（隔水底板很浅），采用竖向隔渗帷幕加坑内井点降水或集水明排。潜水含水层较厚，含水层透水性较强。采用悬挂或竖向帷幕加管井降水。（1） （2）图9.一般潜水含水层的控制潜水含水层很厚，透水性很强，且以卵石层为主，很难做帷幕。采用管井强降水。图10.深厚强透水潜水的控制（3）承压水控制措施承压水控制问题比较复杂，一是承压含水层一般不是单独存在，往往是在上层滞水或潜水含水层的隔水底板之下存在承压水（两层水的水位是不一致的）；其二是基坑开挖深度有时是挖至承压含水层中，有时只挖到承压含水层的隔水顶板中。多数情况下是将上层水和下层承压水统一考虑，采取帷幕

39、隔渗和深井降水联合措施。图11.两层水、两个水位开挖深度进入承压含水层中，采用深井降水将承压水位降至承压含水层中疏干降水。其上的“上层滞水”或“潜水”用竖向帷幕，且将帷幕插入承压含水层中并超过坑底35m。基坑底未进入承压含水层中，只挖至承压含水层顶板隔水层中。采用深井降水，但降水的动水位仍处于顶板地层中减压降水（仅为防止突涌）。超深基坑，采用“落底”式帷幕，坑内封闭式降水。此种方式会形成坑内外较大水头差。如果帷幕有渗漏，将发生管涌或突涌。所以我说：落地式帷幕是一把双刃剑。 综上所述，按照地下水类型进行地下水控制的实质是，地下水类型不同则控制方法也不同。但问题并不那么简单，因为很多场地可能同时存

40、在两种以上的地下水类型，且含水层的透水性和每种含水层的厚度也是千差万别的，所以多数情况下是要具体条件具体分析，采取帷幕（深浅不同）和降水（疏干、减压及根据透水性选用井型）等综合控制措施，才能合理、有效地控制地下水。六、深基坑地下水控制与环境影响深基坑地下水控制对环境的影响基本上可分为两大类：一类是渗流破坏引起的管涌、流砂和基底突涌；一类是含水层排水固结引起的地面沉降。1、渗流破坏引起的管涌、流砂和基底突涌（1） 原因：含水层（砂、粉土）处在饱和状态，坑内开挖后与坑外形成水头（位）差，当水力梯度超过临界梯度时发生渗流破坏，其本质是含水层未被疏干或未被固化；（2） 表现：基坑侧壁出现管涌隔渗帷幕渗涌，或侧壁大面积流砂（无帷幕、无