隔水帷幕的深度对基坑降水的影响

(昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650224)
摘 要： 针对在降水设计中的降压井布置在坑内还是坑外这一容易引起争论的问题，文章根据 隔水帷幕在基坑中的插入深度，具体分析了基坑内降水和基坑外降水的本质差别。
关键词：基坑；降水；维护结构
中图分类号：TU753.66  文献标识码：A  文章编号： 1007—6921(2008)18—0132—02

基坑的开挖和维护，在天然含水层及其自然存在的边界以外，在含水层内部形成了一个人为 的边界。无隔水帷幕的基坑开挖排水时，基坑四边形成了一个排泄边界；有隔水帷幕的基坑 开挖时，在一定深度内形成了一个隔水边界；在降水管井抽水条件下，这些管井都在含水层 中形成了一个个点状的排水边界。深基坑在群井抽水的情况下，隔水帷幕深入含水层的什么 部位，降压井的平面布置和过滤器放在什么深度范围内，形成的地下水渗流场形态是不同的 。由于渗流场的形态变化，降压降水时，在基坑内承压水头降到安全深度时，不同的设计就 会使坑外承压水头的下降不同，同时对坑外环境的影响程度也不相同。下面根据具体的情况 作具体的分析。
1 隔水帷幕的插入深度没有超过降压降水目的含水层的顶板(见图1)

此时在降压降水目的含水层中没有形成一个人为的边界，为了降低基坑下部承压含水层顶板 处的水头，可以在坑内或坑外布置降压群井，计算在干扰抽水条件下，基坑底部任意点的水 位降，尤其是基坑中心和边缘角点处的水位降。此时在水平方向上，干扰井的布置应使坑外 的水位降尽可能的少下降，以减少对环境的影响。

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2 隔水帷幕深入降水目的的含水层的深度很小时(见图2)

此时隔水帷幕插入降压目的含水层的上部，深入含水层中3～6m或插入含水层的深度占含水 层厚度的20%～30%左右。在这种情况下，由于基坑隔水帷幕插入含水层中较浅，如坑内降水 过滤器不超过隔水帷幕的深度，则滤水管太短，进水面积太小，单井出水量太小，在基坑面 积较大的情况下，需要布置较多的井才能达到降水的设计要求；如过滤器超过隔水帷幕的深 度，井布置在坑内或坑外并无太大的区别，此时坑外降水的优点可充分显现出来，而坑内降 水的缺点更为突出。因此，一般情况下选择坑外降水降压井的过滤管顶部位置放在隔水帷幕 墙角以下。 

对于以上两种情况，群井抽水时维护结构对渗流场造成的影响可以忽略，在无限大含水层中 群井抽水对基坑内外任意点的水位降满足叠加原理，可以按下式计算基坑内外任意点的水位 降。

对于非完整井，当任意点到单井的距离大于1.5m时，可以不考虑非完整井阻力系数；反之任 意点到任意单井的距离小于1.5m时应加上非完整阻力系数。
3 隔水帷幕深入降水目的的含水层的深度很大时(见图3) 

隔水帷幕深入到降压降水目的含水层内达10～15m或15m以上，或占到含水层厚度的30%～80% 时，采用坑内降水更为优先，降压井的过滤器不超过隔水帷幕的深度，群井抽水后含水层的 地下水通过隔水帷幕底部绕流进入井内，由于地下水流程增加，水力坡度变小，基坑范围内 承压含水层顶板处地下水位达到设计深度时，抽水量要比坑外降水小。坑外的承压水头下降 小，对坑外的环境影响小，坑内降水的优点得到充分发挥。

此时，维护结构对渗流造成的影响不可忽略。若井群位置在坑内，过滤器不超过维护 结构的底部，坑内外的水位降可借助三维数值模型进行计算；若井群布置在坑外，过滤器底 部低于维护结构底部或与之相平。这种情况下可以用考虑各向异性的非完整井公式计算各单 井对任意点水位降的叠加；若某个单井到任意点的距离大于1.5m时，可以用泰斯公式计算该 井抽水引起任意点的水位降(m为含水层的厚度)。即：

式中：S(r,t)——距离抽水井r处任意时间的水位降(m)；其余符号同前面的公式一致。
4 隔水帷幕深入到降水目的含水层的底板以下时(见图4)

即隔水帷幕将含水层全部切断 ，使降水目的含水层在坑内、坑外失去了水力联系的情况下，犹如含水层中出现了一个封闭 的隔水边界，边界内外不发生侧向的水力联系。此时，坑内降水是最优的方法。我们可以把 多边形的隔水边界概化为一个圆形的隔水边界，在这个圆形的隔水边界内降水，则会出现两 种情况：
4.1 含水层的底板不透水时，则坑内任意点的水位降，可按下式计算(见图5)

4.2 含水层的底板弱透水时

由于相邻承压含水层发生水头降，在基坑内外形成一个很复杂的渗流场。此时，可以借助三 维数值模型来估算由于坑内外的水位差引起的地面沉降。虽然在这样的模式下进行降水，在 坑外引起的水头降和地面变形数值不大，但在环境要求非常严格的情况下，这种计算也是必 不可少的。
5 结语

从上面的分析来看，坑内或坑外降水以井布置在坑内或坑外来区别，只是形式上的区别。实 质上的坑内降水，不仅井布置在坑内，关键是井过滤管的位置是否超过隔水帷幕的深度，如 果超过基坑隔水帷幕，地下水的渗流场还是以径向流为主，与井布置在坑外并无太大的区别 ；真正意义上的坑内降水不但降水井布置在坑内，而且过滤管的下部不超过基坑隔水帷幕的 深度。而坑外降水，不但降水井布置在坑外，过滤管的顶部必须在基坑隔水帷幕以下。

采用坑内还是坑外降水，应该对水文地质条件、基坑的大小、形状、施工方法、维护设计的 特点、环境对基坑降水的要求等因素进行综合考虑，再加上经济比较后得出合理的方案。有 时为了必须满足某些要求，再多的不利因素也要克服；再多的有利因素也只能放弃。因此， 基坑降水的设计无定式。
［参考文献］
［1］ 姚天强，石振华.基坑降水手册北京［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006. 
［2］ 陈忠汉，黄书秩，程丽萍.深基坑工程(第2版)［M］.北京：机械工业出版社， 1999.10.
［3］ 陈仲颐，叶书麟.基础工程学［M］.北京：中国建筑工业出版社，1990. 
［4］ 宋建学，周乃军，邓攀.基坑降水引起的环境变形研究［J］.建筑科学，2006 ，(6).

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