地下水对基坑工程的作用

基坑在开挖过程中受到周围土体、地表荷载和坑底承压水的浮托力等各种荷载的作用，往往产生一定的变形和位移，当位移和变形超过基坑支护的承受能力时，基坑就会产生破坏。调查表明，城市中的工程事故多是由于地下水处理不当而造成的。常见的基坑破坏形式和特征如表 8-7 所示。

基坑工程中为避免流砂、管涌，保证工程安全，必须对地下水采取有效的措施。控制地下水的措施可以从两方面进行，分为堵水措施和降排水措施，详见表 8-8。出于经济和安全的目的，常把堵水措施与降排水措施结合使用。

基坑开挖时，场地里的大量积水和地下水的渗流会影响工程施工；若坑底和坑壁长期处于地下水淹没的状态下，土体强度降低，则基坑的安全和稳定受到威胁。地下水在基坑工程施工过程中的危害主要表现为突涌、流砂和管涌等，往往发生在土壤颗粒细且含水量高的土层中，如粉土、粉砂等土层中。因此，基坑施工时经常采用基坑降水来降低地下水位，避免流砂和突涌，防止坑壁土体坍塌，保证施工安全和工程质量。

基坑降水具有如下作用：保证施工作业面干燥；减小动水压力，降低坑底的承压水水头；提高地基土的抗剪强度；增加边坡和基坑的稳定性；加速土体固结，可以加固地基。基坑降水导致周围土体中的孔隙水压力降低，有效应力增大，土体固结程度提高，将会引起周边管线和道路的附加沉降以及附近建筑物的不均匀沉降等问题。因此，降水过程中既要尽量保护坑底土，减少扰动，又要在确保安全的前提下以最短时间内完成基坑底板的施工，尽量减少对周围环境的影响。地下水对基坑工程的不良影响及基坑降水的作用列于表 8-9。

在黄土和岩溶等地区，渗透水流在较大的水力坡度下容易发生潜蚀。当土层的不均匀系数即 d60 /d10 >10 时，易产生潜蚀；两种互相接触的土层，当两者的渗透系数之比 k 1 /k 2 >2 时，易产生潜蚀；当水力坡度>5 时，水流呈紊流状态，即产生潜蚀。潜蚀的防治措施有加固土层如灌浆、人工降低地下水的水力坡度和设置反滤层等 。

流砂是指土体中松散颗粒被地下水饱和后，由于水头差的存在动水压力即会使这些松散颗粒产生悬浮流动的现象，如图 8-1 所示。克服流砂常采取如下措施：进行人工降水，使地下水水位降至可能产生流砂的地层以下；设置止水帷幕如板桩或冻结法用来阻止或延长地下水的渗径等。

管涌是地基土在动水作用下形成细小的渗流通道，土颗粒不断流失而引起地基变形和失稳的现象，如图 8-2 所示。发生管涌的条件为：土中粗细颗粒粒径比D / d >10 ；土体的不均匀系数d60/d10>10；两种互相接触的土层渗透系数之比k1/ k2>2 ~ 3；渗流梯度大于土体的临界梯度。防治管涌的措施有：增加基坑维护结构的入土深度以延长地下水的流线降低水力梯度；人工降低地下水位，改变地下渗流方向；在水流溢出处设置反滤层等。流砂和管涌的区别是：流砂发生在土体表面渗流逸出处，不发生于土体内部，而管涌既可发生在渗流逸出处，也可发生于土体内部。

突涌是指在基坑底部存在承压水时开挖基坑时将减小含水层上覆不透水层的厚度，当它减小到临界值时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板的现象。其表现形式为：基坑顶裂，形成网状或树枝状裂缝，地下水从裂缝中涌出，并带出下部的土颗粒；基坑底部发生流砂，从而造成边坡失稳；基坑发生类似“沸腾”的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动。

如图 8-3 所示的基坑可采用下式验算降低承压水水头以保证基坑底板稳定性。

若基坑底部的不透水层较薄，且存在有较大承压水头时，基坑底部可能会产生隆起破坏，引起墙体失稳。所以在基坑设计和施工前必须查明承压水水头，验算基坑抗突涌的稳定安全系数，保证其至少为 1.1~1.3。若不满足稳定安全要求，可以采取以下措施：设置隔水挡墙隔断承压水层；用深井井点降低承压水头；因环境条件等不允许采用降水法时可进行坑底地基加固，如化学注浆法和高压旋喷法等。总之，要采用合理的堵水和降排水措施确保基坑工程安全。