深基坑工程地下水控制—、概述在影響基坑穩(wěn)定性的諸多因素中，地下水的作用占有突出位置。歷數(shù)各地曾發(fā)生的基坑工程事故，多數(shù)都和地下水的作用有關(guān)。因此，妥善解決基坑工程的地下水控制問題就成為基坑工程勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測的重大課題。地下水對基坑工程的危害，除了水土壓力中水壓力對支護結(jié)構(gòu)的作用之外，更重要的是基坑涌水、滲流破壞（流砂、管涌、坑底突涌）引起地面沉陷和抽（排）水引起地層不均勻固結(jié)沉降?；庸こ痰叵滤刂频哪康?，就是要根據(jù)場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及巖土工程特點，采取可靠措施防止因地下水的不良作用引起基坑失穩(wěn)及其對周邊環(huán)境的影響?；庸こ痰叵滤刂频姆椒ǚ譃榻担ㄅ牛┧透魸B（帷幕）兩大類，這兩種方法各自又包括多種形式。根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、開挖深度和支護形式等因素的組合，可分別采用不同方法或幾種方法的合理組合，以達到有效控制地下水的目的。充分掌握場地的水文地質(zhì)特征，預(yù)測基坑施工中可能發(fā)生的地下水危害類型，如基坑涌水、滲流破壞（流砂、管涌、坑底突涌）或滲流固結(jié)不均勻沉降，是選擇正確、合理方法，實現(xiàn)有效控制地下水的前提和基礎(chǔ)。對基坑工程而言，水文地質(zhì)特征主要是指場地存在的地下水類型（上層滯水、潛水、承壓水）和含水層、隔水層的分布規(guī)律及主要水文地質(zhì)參數(shù)（地下水位或承壓水頭深度、含水層滲透系數(shù)和影響半徑等）。水文地質(zhì)參數(shù)是需要通過專門的水文地質(zhì)勘探、測試、試驗來取得的。比如，不同含水層的地下水位或水頭必須用分層止水、分層觀測得到，而不能用混合水位代替。滲透系數(shù)和影響半徑則必須進行現(xiàn)場抽水來確定。這些專門水文地質(zhì)工作的方法和技術(shù)要求，在相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范和手冊中均有詳盡的論述，本文不作詳細列述。大多數(shù)城市基坑工程處在第四紀(jì)土層中。由于我國地域廣闊，第四紀(jì)沉積的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，但是，第四紀(jì)地層中的分布規(guī)律及其相應(yīng)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)特點，是有宏觀規(guī)律可循的。任一地區(qū)的第四紀(jì)地層的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)特點，集中受控于地區(qū)所屬的地貌單元、地層時代和地層組合這三個要素。也就是說，地貌單元不同則地層時代和地層組合不同，因而地層中地下水的類型和相關(guān)的水文地質(zhì)特點也不相同，因此也就決定了基坑工程地下水控制的重點和方法。本文將從地下水埋藏的宏觀規(guī)律入手，闡述基坑工程的地下水控制要點。少數(shù)基坑工程涉及到基巖中的地下水控制問題，其中突出的是石灰?guī)r中巖溶水的控制，本文也將作簡要介紹。二地下水類型及含水層的地層組合特點2.1地下水的基本類型常用的地下水分類方法有兩種，一種是按含水層的埋藏條件和水力特征分為上層滯水、潛水和承壓水；一種是按含水介質(zhì)特性分為孔隙水、裂隙水和巖溶水，或以某兩種水的組合分為孔隙裂隙水（黃土中水）、裂隙孔隙水（半膠結(jié)砂礫巖）和巖溶裂隙與溶洞、管道水。通常是考慮上面所述的兩種因素進行綜合分類（見表2-1）。地下水按其埋藏條件的水力特性劃分的基本類型及其定義如下：上層滯水一一是指地層的包氣帶中局部的、不成為連續(xù)含水層的土層中的地下水，多為孔隙水、無壓力水頭。如人工填土、淤泥透鏡體和多年凍土融凍層中的地下水。它與周圍、上下的其他含水層無水力聯(lián)系。潛水一一是指地表以下至第一個隔水底板之上的含水層中的地下水，有孔隙水，也有裂隙水或淺部巖溶帶中地下水，無壓力水頭。承壓水一一是指上下兩個隔水層之間的含水層中的地下水，亦稱層間水。有孔隙水，也有裂隙水（裂隙孔隙水）或巖溶發(fā)育帶中地下水。因頂板傾斜、含水層厚度變化，特別是補給區(qū)水位高于本區(qū)隔水層頂板時，該含水層形成壓力水頭并高于頂板，故稱承壓水。當(dāng)承壓水頭高出地面且當(dāng)頂板被揭穿時，承壓水即溢出地面，稱為自流水（井、泉）。地下水的綜合分類及相應(yīng)的基坑工程地下水控制原則見表2-1。表2-1地下水綜合分類表類型含水層性質(zhì)水力特點分布區(qū)與補給區(qū)的關(guān)系動態(tài)特征含水層狀態(tài)含水層分布及水量特點附注上層滯水孔隙水人工填土、淤泥透鏡體中水、多年凍土融凍層水無壓一致隨季節(jié)變化層狀或透鏡狀空間分布的連續(xù)性差，有時水量較大基坑工程對此類水多采用豎向帷幕和坑內(nèi)集水明排潛水孔隙水第四系粉土、砂、卵礫石、黃土，第三系半膠結(jié)砂礫巖，凍土層中水，巖漿巖全、強風(fēng)化帶中水無壓一致或臨近地表水體補給隨季節(jié)變化層狀含水層分布及含水特性受所屬的地貌單元、地層時代、地層組合控制，宏觀規(guī)律性強基坑工程對此類水宜采用豎向帷幕，能落入隔水底板時采用封閉式降水，否則采用開放式降水。降水可采用大口集水井、輕型井點或管井裂隙水各類巖體的卸荷、風(fēng)化裂隙帶中水、或構(gòu)造裂隙、破碎帶內(nèi)水無壓、局部低壓一致或相鄰富水區(qū)補給隨季節(jié)變化層狀、帶狀分布及含水性受巖性和構(gòu)造影響明顯，總體上水量不大基坑工程對此類水多采用集水明排LU石溶水可溶巖體的溶蝕裂隙和溶洞中水一致或臨近地表水體補給隨季節(jié)變化層狀、脈狀受巖溶發(fā)育規(guī)律控制，包氣帶巖溶季節(jié)性含水，其水量不大。飽水帶一般水量不大，有時較大基坑工程對此類淺部巖溶水可采用集水明排或管井降水

基坑工程對二元結(jié)構(gòu)沖積層沖積平原、河流承壓水宜采用階地、河間地塊、管井降水或豎第四系層間粉土、砂、卵礫石、黃土，第三系半膠結(jié)砂礫巖層間含水層中水，或多年凍土層下部含水層中水古河道等均具有向及封底帷幕二元結(jié)構(gòu)特征，加封閉式降水?？纂S季層狀承壓水頭較高，臨近江、河、湖、隙節(jié)變水量豐富；三角海并具有較高水化洲和濱海平原具承壓水頭時，封有互層特性，多底帷幕很少奏層層間水呈低壓效，宜米用懸掛性，水量小于前式帷幕加深井者降水，或落底帷承承不幕加封閉式降水壓裂基巖構(gòu)造盆地、向一隨季節(jié)變化不明顯層狀、帶狀分布受巖性、地基坑工程很少涉及此類水，如有涉及可集水明排水隙水斜、單斜、斷層帶中水壓致質(zhì)構(gòu)造控制，一般水量不大一般基坑工程較少涉及此類有季臨近地表水體的水，超深基坑若臨近江、河、湖、海巖溶帶中水或構(gòu)造盆地、向斜、單斜構(gòu)造中可溶巖層中巖溶水節(jié)性可溶巖體巖溶發(fā)涉及淺部巖溶LU石溶水變化層育帶呈層狀分承壓水時，水量或隨狀、布，河間地塊或不大者可用管季節(jié)脈高山區(qū)河流有時井降水或集水變化狀成地下河?？傮w明排；水量很大不明上含水豐富、水且強排無效時，顯量大宜做帷幕堵塞巖溶通道后降水疏十注:此表參照一些類似的分類表改編而成，為使基坑工程地下水控制更有針對性地使用此表，特另加附注。地層透水性的強弱，主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是地層的滲透系數(shù)k值。按地層滲透系數(shù)k值劃分的地層透水性強弱等級見表2-2。表2-2巖土透水性等級表類別強透水透水弱透水微透水不透水滲透系數(shù)km/d>1010?11?0.010.01?0.001<0.001值cm/S>10-210-2?10-310-3?10-510-5?10-6<10-6注：微透水及不透水基坑工程不需采取地下水控制措施。2.2各類含水層的宏觀分布規(guī)律

第四系土層分布區(qū)的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，在宏觀上明顯地受地貌單元、地層時代、地層組合的控制。單就地下水的區(qū)域性特點而言，地貌單元、地層時代和地層組合關(guān)系也決定著地下水的類型、分布、水力特性和水量大小等重要特性。針對基坑工程地下水控制方法的需要，列舉主要地貌單元上各類含水層的宏觀規(guī)律如下：1沖積平原（包括山前平原、中部平原和濱海平原，本文只介紹中部平原和濱海平原）程40302010-10-20-30-40-50圖2-1江漢平原武漢地區(qū)概化地質(zhì)剖面示意圖大江大河的中部沖積平原，通常都是由不同地質(zhì)時期形成的多級堆積階地構(gòu)成的，其中還常有河湖相淤積沼澤或古河道存在。如長江中下游的江漢平原就是由長江、漢水的一、二、三級階地構(gòu)成的，其中還有沖積湖積相、漫灘沼澤相和古河道沉積等（圖2-1）。平原中的各級階地是由不同時代（自早更世程40302010-10-20-30-40-50圖2-1江漢平原武漢地區(qū)概化地質(zhì)剖面示意圖高403020100-10-20-30-40-50（1）河流的一級階地分布在現(xiàn)代江河河床兩岸的狹長地帶上，沖刷岸一側(cè)階地較窄，堆積岸一側(cè)很寬，是江河沖積平原中最近形成的一部分。其地層是屬第四紀(jì)全新世（q4），為近1至1.2萬年沖積層。一級階地的地層組合呈典型的二元結(jié)構(gòu)特征，即上部為以粘性土為主的一套地層，下部為砂土、礫石、卵石組成的下粗上細的一套地層。其基底多為基巖，有時為全新世（q4）以前的老土層。近地表部分常分布有湖沼相軟土層或粉土層。上部粘性土與下部砂層之間，通常都存在厚度不等的粘性土隔水層及粉砂與粘性土互層（過渡層），與下層砂均為連續(xù)含水層。一級階地的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，常有多層地下水埋藏。淺部有上層滯水（分布于人工填土、淤泥和淤泥質(zhì)土中）或潛水（分布于臨江一帶或支流故道中）。下部砂層及礫卵石層中有承壓水埋藏，由于該含水層緊鄰現(xiàn)今江河，含水層中水與江河水有直接的水力聯(lián)系，因而具有較高的承壓水頭，且承壓水滲流方向有垂直向上滲流的特點，是造成深基坑坑底突涌的根本原因。一級階地中的基坑工程，視其開挖深度大小，將會遭遇上層滯水、潛水、承壓水的困擾。淺基坑一般只涉及上層滯水或潛水，深基坑及超深基坑則往往遇到承壓水。上層滯水和潛水因埋藏淺、透水性弱且與深層很少聯(lián)系，故一般只需側(cè)（豎）向隔滲或簡單降水即可通過。深層承壓水則需復(fù)雜、細致的地下水控制方法，如較深或超深的側(cè)（豎）向帷幕和坑內(nèi)或坑內(nèi)外深井降水。且各種降水方法均要考慮對周邊環(huán)境的影響。一級階地中局部存在的現(xiàn)代河流故道（河床相）、洼地沼澤相和牛軛湖相沉積層的地層組合、地下水埋藏類型和特點與廣大的一級階地具有明顯差別，基坑工程的地下水控制方法也將有所區(qū)別。（2）河流的二級階地分布在近河一級階地外側(cè)，是江河沖積平原早期形成的組成部分，地層時代屬第四紀(jì)晚更新世（Q3），絕對年齡2萬年至13萬年之間。與一級階地地層截然不連續(xù)，呈陡坎式接觸。二級階地地層也具有典型的二元結(jié)構(gòu)組合特征，即上部為粘性土，下部為砂、卵礫石層，其基底有的為基巖，有的為中更新世Q2老土層。由于古氣候等原因，包括江漢平原、江淮平原、華北平原、及松遼平原在內(nèi)的二級階地的上部粘性土普遍具有黃土狀土特征（大孔隙、直立性及鈣質(zhì)結(jié)核），其下的砂、卵礫石層一般厚度不大，密實度較高。二級階地的水文地質(zhì)條件較一級階地簡單，地下水埋藏類型多為潛水，賦存于粉土質(zhì)土中，但水位較深。局部存在砂、卵礫石層層間水時，具有承壓性，但因密實度高和粘粒含量多，故含水透水性均小于一級階地，尤其因其與現(xiàn)代河床無直接水力聯(lián)系，因而承壓水頭不會太高。二級階地中基坑工程的地下水控制方法也較一級階地簡單。對于上部潛水，采用豎向隔滲帷幕加坑內(nèi)集水明排或輕型井點降水即可通過。對于下部的層間承壓水，可采用深井降水。由于上部土層和下部砂、卵礫石層均屬超固結(jié)地層，只要不發(fā)生管涌，降水引起的固結(jié)沉降是很小的，一般不擔(dān)心降水對周邊環(huán)境的影響。應(yīng)注意的是，二級階地中局部有時存在近代河流故道或沼澤相軟土及粉土，也會發(fā)生管涌之類的滲流破壞，這種情況不屬于二級階地的現(xiàn)象，而是一級階地迭加在二級階地之上，應(yīng)予個別對待。（3）河流的三級階地分布于一、二級階地之外，是江河沖積平原更古老的組成部分，地層時代屬第四紀(jì)中更新世Q2,絕對年齡在73萬年至13萬年之間，與二級階地或一級階地地層截然不連續(xù)，呈陡坎式接觸。三級階地多被長期剝蝕成隆崗或波狀平原。三級階地的地層組合，除早一中更新世Q1至Q2的老古河道具二元結(jié)構(gòu)外，一般多以老粘性土為主，二元結(jié)構(gòu)不明顯，只在底部有碎石夾粘性土層。三級階地的水文地質(zhì)條件簡單，老粘性土屬不透水非含水層，底部碎石夾粘土中相對富水。因此，三級階地中的基坑工程一般不需考慮特殊地下水控制。三級階地中的老古河道也具有二元結(jié)構(gòu)的組合特征，下部砂、卵石層具有承壓含水性，也存在基坑涌水、管涌及坑底突涌現(xiàn)象。但是，由于這類砂、卵石層屬極密實土且砂中含粘粒很多，卵石呈半膠結(jié)狀態(tài)，屬弱透水層。基坑工程可采用井點降水加以控制，降水對地面沉降影響甚微。2濱海平原及三角洲濱海平原處于大江河下游河口部分，成因上屬于沖積海積平原，海侵形成海相沉積，與河口三角洲沖積層交互沉積而成。濱海平原并不像中部沖積平原那樣在平面上有不同時代的階地構(gòu)成，而是在垂向地層上由新至老順序向下排列（由Q4—Q1），水平方向則只有相變之分，即河口三角洲以江河沖積層為主間夾海相層。海灣帶則以瀉湖相、沼澤相淤積層為主。濱海平原及三角洲沉積層的最大特點是存在深厚軟土和由多層粘性土、軟土與砂土、粉土的頻繁互層。砂土和粉土作為含水層夾于軟土和一般粘性土之間，形成多層層間水，雖然厚度都不大，但具弱承壓性（見圖2-2和2-3）?；庸こ逃蓽\入深將分別遇到深厚軟土中的上層滯水和下部多層砂、粉土組成的層間弱承壓含水層。除深部晚更新世（Q3以前）之外，淺部幾十米地層大部分為欠固結(jié)地層。其中含水層（砂、粉土）因有承壓性，易發(fā)生管涌、突涌或流砂，多層欠固結(jié)土在排水后易產(chǎn)生較大的固結(jié)沉降，且沉降差較大。鑒于上述特點，濱海平原及三角洲中基坑工程的地下水控制，普遍以隔滲帷幕為主，即帷幕盡量進入相對隔水層中，然后采用坑內(nèi)封閉式疏干的方法。由于含水層透水性弱，降水多采用強汲水井型（如真空井等）。其他地貌單元如山前平原、湖積平原等，因地下水埋藏很深或很少，含水層地下水對基坑工程影響很小，故不贅述。圖2-2上海市區(qū)真大路一一龍華路水文地質(zhì)工程地質(zhì)剖面示意圖圖2-3上海市中心城區(qū)工程地質(zhì)剖面示意圖3黃土高原及北方河流二、三級階地（包括黃土塬、梁、峁，山前傾斜平原及大河的n.rn級階地）黃土高原地處干旱少雨的西北地區(qū)，總體上地下水不豐富。深基坑工程的地下水問題不突出。黃土高原中的黃土塬、梁、峁地貌單元（地層時代為更新世Q3——Q1），由于河流及沖溝深切，地下水位很深，深基坑無地下水；北方河流的二、三級階地（地層時代為更新世Q—Q），也因現(xiàn)代河流的浸蝕基準(zhǔn)面低，高階地土層中也很少有Q 匕地下水。如北京建國門一帶為永定河高階地，更新世（Q3—Q2）地層中也無地下水。但是，北方及西北的大河（如黃河、渭河、汾河等）的一級階地則和南方河流一樣，存在二元結(jié)構(gòu)地層中的潛水、承壓水。深基坑地下水控制問題依然突出。4巖溶區(qū)地下水巖溶地下水的埋藏和運動特點是一個非常復(fù)雜的課題，但基坑工程一般只涉及巖溶發(fā)育帶的上部垂直循環(huán)帶，巖溶水的危害一般可控。為了掌握巖溶地下水的宏觀規(guī)律，首先應(yīng)認識到巖溶水的垂直分帶性，即由淺部至深部順序分為垂直循環(huán)帶（充氣帶）、季節(jié)變化帶、全飽和帶（上部水平循環(huán)亞帶和下部虹吸管式循環(huán)亞帶）和深循環(huán)帶（見圖13-4）。其中的垂直循環(huán)帶厚度可達數(shù)十米，在山區(qū)有一百米以上，可見基坑工程一般都在垂直循環(huán)帶中。在此帶中基坑的巖溶水，可采用管井降水和坑內(nèi)集水明排。若基坑工程處在巖溶水的全飽和帶的水平循環(huán)帶中，就需要帷幕阻隔和管井降水聯(lián)合使用才行。正如某些水電工程地下廠房所做的那樣，其工程量和造價是很大的。圖2-4巖溶水的垂直分帶示意圖綜上所述，在討論深基坑工程地下水控制問題時，首先應(yīng)從所處的地貌單元、地層時代、地層組合入手，查明地下水類型后對癥下藥。從上述的各類地貌單元中地下水的類型、特點來看，沖積平原和三角洲的地下水控制問題最為突出。下面就以長江沖積平原為重點進行討論。三、武漢地區(qū)深基坑地下水控制要點武漢地區(qū)深基坑施工中的地下水危害，主要發(fā)生在長江一級階地上。深基坑施工中，地下水的變化對周邊環(huán)境的影響主要表現(xiàn)有兩種：一種是正常的含水層固結(jié)沉降，引起的地面輕微沉降；另一種是滲透破壞引起的周邊環(huán)境嚴(yán)重破壞。為澄清地下水變化引起周邊環(huán)境變化的性質(zhì)、特點并進一步總結(jié)出深基坑地下水控制要點，本文將從地層分布組合及其地下水類型和地下水失控對環(huán)境影響的特點、武漢地區(qū)深基坑地下水控制的歷史回顧和基礎(chǔ)理論的回顧這三個方面進行分析，進而總結(jié)出地下水控制要點。3.1地層分布組合、地下水類型及地下水失控對環(huán)境影響的特點1、地層分布特點一一（上、中、下三段）TOC\o"1-5"\h\z上段：①雜填土（或素填土） ]②淤泥 >上層滯水中段：③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土、粉砂 ，④粉質(zhì)粘土夾粉土、粉砂或粘土層及粉質(zhì)粘土 隔水層下段：⑤粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層 '⑥粉細砂 卜承壓水⑦中粗砂、礫砂、卵礫石2、地下水類型上層滯水：含于①層雜填土、②層淤泥和③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中的粉土、粉砂夾層中。為不連續(xù)的、厚度及含水性很不均勻的含水層。下層承壓水：含于⑤層粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層土和⑥層粉細砂及⑦層中粗砂、礫砂、卵礫石中。與長江水體有直接的水力聯(lián)系，因而具承壓性，其壓力水頭受長江水位漲落控制，承壓水頭年變幅3—5米，最大可達8米。由于中段隔水層③、④層（滲透系數(shù)K小于10-5cm/s）的存在，上層滯水與承壓水之間沒有水力聯(lián)系；承壓含水層中的⑤層互層土（夾花層）與其下的⑥、⑦層雖同屬承壓含水層，但在降水過程中由于這兩層土的滲透系數(shù)K值差別很大，第⑤層垂直滲透系數(shù)遠遠小于⑥、⑦層，故在降水過程中⑤層土中水位降存在滯后并將恒定高于⑥、⑦層中水位。3、地下水失控對周邊環(huán)境影響的特點所謂地下水失控，是指除正常的井點降水或有效的帷幕隔滲之外的不正常情況，如：上段：上層滯水（①、②、③層）失控（豎向帷幕封閉不嚴(yán)）造成雜填土失水固結(jié)沉降和④層中粉土、粉砂夾層流土（滲透破壞），引起地表不均勻沉陷。其表現(xiàn)為：沉降量大（流土?xí)r表現(xiàn)為沉陷），很不均勻（局部陷坑）。對道路、管線和淺基礎(chǔ)建筑物或深基礎(chǔ)建筑物附屬的淺基礎(chǔ)部分（門廳、臺階、散水等）影響較大。如紅日大廈、君安大廈、時代廣場、藍天嬉水樂園和最近的中華城、國稅局等。下段（承壓水）：失控是指降水水位未達到開挖深度以下，帶壓開挖引起側(cè)壁管涌或底板突涌（流土）一一滲透破壞。經(jīng)常發(fā)生在第⑤層（互層土中的承壓水）。其表現(xiàn)為地表大范圍（數(shù)十米）沉陷（數(shù)十厘米）破壞嚴(yán)重。如太和廣場、天安酒店、金色雅園，其中以金色雅園最為典型。以上兩種主要是地下水的滲透破壞。3.2武漢長江一級階地深基坑地下水控制的歷史回顧武漢地區(qū)深基坑地下水控制作為重要課題始于1994年，當(dāng)年深基坑因地下水作用引起重大環(huán)境破壞的基坑有威格大廈和泰和廣場。前者由于在沒做任何控制措施的情況下大開挖，產(chǎn)生管涌、突涌，導(dǎo)致坑外煤氣管線破裂，使數(shù)萬居民供氣中斷;后者由于豎向及水平（封底）帷幕局部失效，產(chǎn)生大范圍側(cè)壁管涌和基底突涌，導(dǎo)致周邊環(huán)境嚴(yán)重破壞一一武勝路路面下沉40—50cm，高架橋歪斜、周邊居民樓破壞。之后，又曾在世貿(mào)廣場、武廣大廈、建設(shè)大道的金融大廈、時代廣場、市婦聯(lián)大樓等基坑因淺部管涌而引起周邊環(huán)境破壞。對這些事故分析的結(jié)果，使人們進一步認識到：武漢長江一級階地的承壓水光靠帷幕封堵是不行的，制止管涌、突涌的根本措施應(yīng)該是減壓或疏干降水，深井降水是有效措施。1995年建設(shè)大道的國貿(mào)大廈基坑采用深井降水取得了成功，開創(chuàng)了武漢地區(qū)深基坑降水的先例，之后在佳麗廣場、天一大廈、友誼大廈、陽光大廈等深基坑相續(xù)采用深井降水，均取得良好效果。經(jīng)過實踐檢驗、理論分析，逐步形成了一套較完整的設(shè)計概念：對上段的上層滯水和潛水，采用豎向隔滲帷幕“封堵”對下段承壓水采用深井降水“減壓”或“疏干”。這種概念完全符合中華民族自古以來的治水理念：疏導(dǎo)為主，封堵為輔的原則。1995年7月《武漢地區(qū)深基坑工程技術(shù)指南》中對地下水處理的規(guī)定正是在上述理念指導(dǎo)下制定的。在1995年至2008年間的14年，武漢地區(qū)大范圍推廣了以深井降水為主、豎向帷幕為輔的設(shè)計、施工原則，成百上千個基坑基本上“平安無事”，這在全國也是最突出的成就，可以說是武漢特色。大約自2008年之后，由于武漢市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的急劇擴大，基坑工程向深、大發(fā)展，也因外地設(shè)計、施工隊伍的進入，對武漢地質(zhì)條件特點理解不深，相續(xù)發(fā)生了一些因地下水控制沒做好而造成較大的環(huán)境事故。在逐一分析每個事故基坑之后不難看出：這些事故發(fā)生的特點是涌水冒砂（管涌、流土），其原因是上段帷幕封閉不嚴(yán)或下段承壓水降深不到位而帶壓開挖。涌水冒砂（管涌、流土）的機理是“滲透破壞”，這和在正常的抽水降低承壓水位（水頭）產(chǎn)生的“固結(jié)沉降”有本質(zhì)區(qū)別。但是，最近卻流傳著一種說法：“這些基坑環(huán)境事故都是因為降水引起的”，這種說法既不準(zhǔn)確，也不正確。比較準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是：這些基坑的環(huán)境事故是因為地下水控制沒做好造成的。具體有兩種情況，一是上段豎向帷幕封閉不嚴(yán)產(chǎn)生水土流失，一是下段降水不到位卻帶壓開挖產(chǎn)生管涌、流土。為了證實這種提法的正確性，特將94年至今武漢市因地下水控制沒做好而引起環(huán)境事故的典型基坑列于下表1，以正視聽。表中所列的基坑，包括了上世紀(jì)90年代初至今因地下水失控而造成環(huán)境事故的絕大部分項目。對這些項目進行分析，加之對十幾年中數(shù)百個治水成功的基坑總結(jié)，得出以下基本認識：(1)、武漢長江一級階地的基坑工程事故，除一小部分因軟土失穩(wěn)之外，大部分基武漢市典型基坑事故分析表序號工程名稱支護及防水措施事故特點事故原因分析1威格大廈護坡樁、無帷幕、無井點降水涌水冒砂、大量流土，破壞煤氣管道管涌、突涌、流土一一滲透用2紅日大廈粉噴樁支護兼帷幕側(cè)壁冒粉土、周邊建筑下沉、粉噴樁倒塌豎向帷幕失效，粉土含水*（潛水）管涌一一滲透破土3君安大廈排樁支護加單管高噴“填空”側(cè)壁冒粉土，周邊道路下沉、房屋開裂豎向隔滲失效，粉土含水層（管涌一一滲透破壞4時代廣場樁錨支護、粉噴樁帷幕錨桿鉆孔冒粉土、坑外大片房屋破壞拆除豎向帷幕被錨孔打穿，粉土含（潛水）管涌一一滲透破土5泰和廣場樁錨支護，豎向咬合樁帷幕，底板用3米厚的高噴水平封底側(cè)壁冒粉土、粉砂，底板冒水、冒砂，道路下沉、高架橋歪斜、房屋開裂豎向咬合樁不止水，高噴封底百出，側(cè)壁管涌，底板突涌、滲透破壞6武漢廣場樁錨支護、高噴豎向落底式帷幕加坑底深井降水錨桿孔冒砂、側(cè)壁管涌、周邊房屋開裂、道路下沉豎向帷幕被錨孔打穿，局部帷閉不嚴(yán)，造成側(cè)壁管涌一一￥破壞；深井降水保證了底板不7國貿(mào)大廈樁錨支護、淺井降水后期改用深井降水前期用淺井降水失敗，產(chǎn)生側(cè)壁和底板涌水冒砂?？舆呭仩t和煙囪炸掉，改成深井降水后才控制住周邊下沉前期淺井降水不到位，帶壓開成管涌和突涌一一滲透破壞；改用深井降水消除了滲透破壞源8世貿(mào)廣場樁錨支護、豎向高壓擺噴懸掛式帷幕、底板3m厚高噴水平封底坑底發(fā)現(xiàn)21處漏點，大量涌水冒砂，周邊房屋、道路下沉；加打6口深井降水挽救了基坑底板高噴封底帷幕失效，底板:流土一一滲透破壞；補打深井1清除了滲透破壞根源9天新大廈排樁支護、深井降水沿著降水井四周涌水冒砂，臨近樓房下沉開裂；加大深井抽水力度后消除了涌砂降水井上段止水不嚴(yán)，井點處抽水時產(chǎn)生管涌一一滲透破壞前抽水，加大降深后消除了滲透破壞根源。10藍天嬉水樂園排樁支護，一側(cè)單管高噴“堵空”止水側(cè)壁漏水冒砂，緊鄰的房屋下沉開裂；補打深井降水挽救了基坑未形成四面帷幕，單側(cè)帷幕（高噴堵空）效果很差，造成側(cè)涌一一滲透破壞；補打深井降消除了滲透破壞根源11順道街六角亭糧食學(xué)校排樁支護、深井降水基坑南側(cè)邊涌水冒砂，坑邊六層教學(xué)樓嚴(yán)重損壞拆除降水井降深不到位，互層土沒I導(dǎo)致管涌、突涌流土一一滲透12航空路新世界大廈樁錨支護、攪拌樁豎向帷幕、深井降水地礦局大樓內(nèi)外兩種不同基礎(chǔ)類型的兩部份沉降差異顯著錨桿鉆孔穿過互層土含水層時——滲透破壞；深井降水時下ZaET』、r-1-r頊/d V及 =1、\坑事故和地下水失控密切相關(guān)。因此，必須高度重視基坑工程中的地下水控制；（2） 、在因地下水失控造成的基坑環(huán)境事故中，基本上都是表現(xiàn)為涌水、冒砂（管涌、流土）一一滲透破壞，而引起滲透破壞的具體原因是：隔滲止水帷幕失效或降水不到位的情況下帶壓開挖。這類滲透破壞與正常降水引起的固結(jié)沉降有本質(zhì)區(qū)別；（3） 、深基坑地下水控制的基本方法是“帷幕隔滲和深井降水相結(jié)合”。通常做法是：豎向隔滲帷幕隔斷上層滯水（或潛水），阻止雜填土、淤泥中水和粘性土中粉土、粉砂夾層及互層土中粉土、粉砂涌出；對下部承壓水則采用深井降水（水位降至坑底以下）防止底板突涌（流土）。（4） 、合理有效的深井降水引起的含水層固結(jié)沉降量很小，且沉降差小于1%。，不會造成顯著的環(huán)境破壞。（5） 、至95年之后不再采用水平封底式帷幕，也不宜提倡豎向落底式帷幕，而宜采用懸掛式豎向帷幕與合理有效的深井降水以防止側(cè)壁管涌和承壓水突涌；（6） 、經(jīng)驗證明，采用單管高噴在兩個護坡樁之間堵空隔滲的效果很差，而宜采用深層攪拌咬合樁或地下連續(xù)墻；若采用落底式豎向帷幕時，在深厚砂層承壓含水層中，不宜采用高壓旋噴（或擺噴），而宜采用砼連續(xù)墻或開槽法施工的水泥土（或自凝灰漿）連續(xù)墻。上述認識是在分析失敗教訓(xùn)和大量成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上取得的，并且有土力學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)理論作為支撐，這些認識也是近17年數(shù)百個項目工程實踐取得的，應(yīng)當(dāng)珍惜并不斷深化。3.3基礎(chǔ)理論的回顧1、關(guān)于“固結(jié)沉降”土體排水過程中固結(jié)沉降的原理，來源于太沙基（KarlTerzaghi）1923年提出的有效應(yīng)力原理和滲流固結(jié)理論，這是土力學(xué)中最重要的原理，是土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的重要標(biāo)志。在這里不具體列舉各種計算公式，但需指出以下基本概念：所謂固結(jié)理論是指“飽和土體滲流固結(jié)”，而滲流是根據(jù)達西定律（V=k-i）,也就是說，沒有滲流就沒有固結(jié)。在應(yīng)用固結(jié)理論分析地基沉降時，地基土是在建筑荷載作用下、地基土產(chǎn)生附加應(yīng)力，即“被動”排水固結(jié)；而降水時是土中重力（自由）水自動滲出，造成負孔壓進而增加有效應(yīng)力，產(chǎn)生土層固結(jié)沉降。這兩種固結(jié)沉降的條件和過程是不相同的，必須具體情況具體分析。飽和土中水產(chǎn)生滲流運動的條件：一種是在附加應(yīng)力作用下土的孔隙被擠壓、孔隙水滲流排出；另一種是在自重作用下，孔隙中的自由（重力）水自動滲流排出。由于后者是“自動滲流”，這就需要土層具有一定的透水性。一般情況下，土的滲透系數(shù)K值小于10-5cm/s就是不透水層。這類土層中的孔隙水在自重作用下不會發(fā)生滲流排出。目前大家引用“分層總和法”進行降水引起地面沉降量預(yù)測計算時，并不完全符合“在建筑物荷載作用下，地基土在附加應(yīng)力作用下固結(jié)沉降的作用條件”而是“自重作用”條件下孔隙水自動滲流排出的自動固結(jié)沉降。這就要求在使用計算公式時作具體分析。試將湖北省《基坑工程技術(shù)規(guī)程》中的計算公式做具體分析：式中：——水位下降引起的地面沉降（cm）；SWMs——經(jīng)驗系數(shù)；Ms=M1?M2。對于一般粘性土可取0.3—0.5；粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層M1可取0.5—0.7；淤泥、淤泥質(zhì)土M1可取0.7—0.9。當(dāng)降水維持時間3個月之內(nèi)時可取0.5—0.7；當(dāng)降水維持時間超過3個月時M2可取0.7—0.9。awi——水位下降引起的各計算分層有效應(yīng)力增量（KPa）△hi——受降水影響分層（自降水前的水位至含水層底板之間）的分層厚度（cm）；n 計算分層數(shù)；Esi——各分層的壓縮模量（KPa）。需要指出的是，武漢長江一級階地二元結(jié)構(gòu)組合的地層中分布著兩層地下水（上層滯水和下層承壓水），而降水井的結(jié)構(gòu)僅僅針對下層承壓水，上層滯水多用豎向帷幕進行隔滲，其中的地下水不能由降水井抽排。這就要求在進行沉降計算時分清以下情況：上、下兩層水之間有隔水層（K值W10-5cm/s）時，上層滯水含水層（雜填土、淤泥）不應(yīng)算作壓縮層；主要的壓縮層是承壓含水層（粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層和粉細砂、粗砂、礫石層）承壓水頭的位置只反映承壓水壓力高度，并不一定對應(yīng)承壓含水層，因而水位下降時不一定引起水位下降過程中所“經(jīng)過”的所有土層產(chǎn)生有效應(yīng)力增量；承壓含水層頂板為不透水粘性土層（K值W10-5cm/s）時，該層不能自動排水固結(jié)，故不能算作壓縮層；承壓含水層頂板直接為淤泥時，該淤泥層可作為壓縮層;承壓含水層頂板直接為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，且降水位已降至其下的承壓含水層中時，該頂板層可視為部分壓縮層；當(dāng)降水位（頭）仍在頂板以上時，頂板層可不視為壓縮層，因此時只反映承壓含水層本身孔隙水壓力變化，它和頂板層的孔隙水無水力聯(lián)系。倘若能如此細致分析、計算，對降水引起的沉降預(yù)測勢將更接近實際。否則將會得到預(yù)估沉降遠大于實際沉降的結(jié)果。2、關(guān)于“滲透破壞”在經(jīng)典土力學(xué)中，滲透破壞亦稱滲透變形。為理解滲透變形，首先要明確兩個概念——滲透力j和臨界水力坡降（梯度）icr。（1）滲透力一一由于水頭差的存在，土中水產(chǎn)生滲流，同時產(chǎn)生向上的滲透力，即每單位土體內(nèi)所受的滲透作用力，用j表示。其值：j=rw?i滲透力的大小和水力坡降i成正比，其方向與滲透方向一致。（2）臨界水力坡降土中水的滲透水力坡降逐漸增大時，滲透力也隨之增大。當(dāng)水力坡降（水頭差）增大到某一數(shù)值即臨界水力坡降時，即向上的滲透力克服了向下的重力時，土體就會浮起或受到破壞，俗稱流土。臨界水力坡降用i表示。其值:cr式中：i——cr-臨界水力坡降r土的浮容重；rw水的容重由于r，二1+^故i=Pcr1+e式中：Gs、e分別為土的顆粒比重和土的空隙比。可見臨界水力坡降是針對每一種土而言的。土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞，如土層剝落、地面隆起、細顆粒被水帶出以及出現(xiàn)集中滲流通道等。單一土層的滲透變形主要是流土和管涌兩種基本形式：流土一一在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流土。任何類型的飽和土，只要水力坡降達到一定的大小（臨界值）都會發(fā)生流土破壞。發(fā)生流土?xí)r，地表將普遍出現(xiàn)小泉眼，冒氣泡，繼而土顆粒群向上鼓起，發(fā)生浮動、跳躍，俗稱砂沸?；涌拥住巴挥俊睍r就常出現(xiàn)這些現(xiàn)象。管涌一一在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以致流失；隨著孔隙的不斷擴大，滲透流速不斷增加，較粗的顆粒也相續(xù)被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流通道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌發(fā)生在一定級配的無粘性土中，發(fā)生的部位可以在滲流溢出處，也可以在土體內(nèi)部，故有人也稱之為滲流的潛蝕現(xiàn)象。滲透破壞的判別流土 若iVir，土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；i>ir，土體發(fā)生流土破壞；i=i,土體處于臨界狀態(tài)。cr管涌一一主要取決于兩種條件（限于無粘性土）：其一是土的顆粒級配特點，級配均勻（CuV10）的不易發(fā)生管涌，不均勻（Cu>10）的則易發(fā)生；其二是水力條件，即達到管涌水力坡降時發(fā)生，管涌水力坡降可由試驗得出。在深基坑開挖中，最普遍發(fā)生的是流土，因為直立開挖中水力坡降很容易超過臨界水力坡降，只要是開挖深度超過地下水位以下，坑內(nèi)與坑外的水頭差必然超過臨界值。所以，只要是在地下水位以下開挖，必定發(fā)生流土。3、關(guān)于水文地質(zhì)學(xué)中的幾個基本概念要理解地下水變化對環(huán)境的影響，主要要明確以下兩個概念:（1）滲流的基本定律——達西定律U=k?i或Q=k?i?W理解達西定律中關(guān)鍵是滲透系數(shù)K，它是一個常數(shù)，代表土的滲透性，以K值劃分土的滲透性能見下表2：巖土滲透性等級表 表2類別強透水透水弱透水微透水不透水滲透系數(shù)K值m/d>1010—11—0.010.01—0.001V0.001cm/s>10-210-2—10-310-3—10-510-5—10-6V10-6在研究滲流固結(jié)問題時，透水性等級很重要。強透水至弱透水土層中可以產(chǎn)生滲流運動，微透水至不透水土層中不能產(chǎn)生滲流運動。其次是水力坡降i（水力坡度、水力梯度），即水頭差A(yù)h。在研究滲透破壞時，i值很重要。（2）抽水井的裘布依半徑一一影響半徑R裘布依假定含水層是一個半徑為R的圓柱體，在此圓柱體外周界保持一個常水

頭H，構(gòu)成在含水層中抽水時的一個邊界條件，習(xí)慣上稱R為影響半徑。這個影響半徑有兩個特點：1、 它是一個常數(shù)，不隨抽水井的出水量及降深的變化而變化；水位下降多深，均不2、 距降水井距離為R處降深為零，即不論出水量多大，影響到影響半徑之外。水位下降多深，均不也可由經(jīng)驗公式計算

單井抽水和群井抽水關(guān)于影響半徑的確定，有時用帶觀測孔的抽水試驗確定：確定（R=2S、.誨）。雖然用不同方法確定的R值不盡相同、的影響半徑也不相同，但有一個基本概念是肯定的，即在一定的降深、一定滲透系數(shù)和一定厚度的含水層中抽水的影響半徑是有限的。影響半徑的經(jīng)驗值見下表3。由此可引申出一個概念，即降水引起的地面沉降也必然是在影響半徑的范圍之內(nèi)的，因為R周界之外的自然水位是不變的。也可由經(jīng)驗公式計算

單井抽水和群井抽水根據(jù)顆粒直徑確定影響半徑R經(jīng)驗值 表3巖土類別主要顆粒粒徑（mm）影響半徑R（m）粉砂0.05—0.125—50細砂0.1—0.2550—100中砂0.25—0.5100—300粗砂0.5—1.0300—400極粗砂1.0—2.0400—500小礫2.0—3.0500—600中礫3.0—5.0600—1500粗礫5.0—10.01500—3000（3）關(guān)于影響半徑與地面沉降差從影響半徑的經(jīng)驗公式R=2S、H中各參數(shù)之間的關(guān)系可得到以下認識：R值與降深S成正比，降深越大，影響半徑越大；wR值與成正比，含水層厚度H和滲透系數(shù)K值越大，影響半徑越大;③影響半徑R的大小，實質(zhì)上反映了在降水影響范圍內(nèi)的水位降落漏斗的坡度（水力坡度i）的大小。這個水力坡度即是降水中心向外各點間的降深差，從而影響地層固結(jié)差的大小，即R值大的沉降差小，反之則大。引伸到地質(zhì)條件上，二元結(jié)構(gòu)的長江沖積平原中武漢的一級階地，粘性土層之下的承壓含水層的連續(xù)厚度有30—40m，其綜合滲透系數(shù)K>15m/d，因此R值>200m；長江三角洲中上海的粉土、粉砂含水層與粘性土互層單層厚度只有幾米至十幾米厚，且滲透系數(shù)K值一般小于10m/d。則R值小于100m。兩個地貌單元中，在相同降深時的影響半徑R值相差很大，水力坡度相差很大，加之地層固結(jié)程度的差異，結(jié)果導(dǎo)致兩者的固結(jié)沉降差有顯著差別（圖3-1）。因此，兩地在深基坑地下水控制的原則和方法上應(yīng)有較大區(qū)別。如武漢地區(qū)常采用懸掛式帷幕加開放式降水，上海則常采用落底式帷幕和封閉式降水。圖3-1不同地貌單元中R值與水力坡度（4）隔滲帷幕深度與內(nèi)外水頭差隔滲帷幕插入含水層的深度不同，它與降水井底面和含水層隔水底板的位置關(guān)系，將決定降水時的滲流場特點和坑內(nèi)外水頭差，進而決定是否存在滲透破壞的可能性。一般有三種情況（圖3-2）：1） 淺的懸掛式帷幕（圖3-2a）——帷幕底在抽水井底以上。開放式降水后，坑內(nèi)外深井曲線是連續(xù)的，坑內(nèi)外無水頭差，不存在側(cè)壁管涌和坑底突涌；2） 較深的懸掛式帷幕（圖3-2b）——帷幕底在抽水井底之上，半開放式降水后，坑外地下水流繞滲后才能進入井中，因而造成坑內(nèi)外形成一定的水頭差（Ah），因而可能在Ah范圍內(nèi)因帷幕滲漏而發(fā)生側(cè)壁管涌或坑底突涌；3） 落底式帷幕（圖3-2c）——帷幕底落入含水層的隔水層板中?？觾?nèi)封閉式降水后，坑內(nèi)外形成較大的水頭差（Ah）。當(dāng)帷幕存在縫隙或孔洞時，必然會發(fā)生側(cè)壁管涌或坑底突涌。圖3-2隔滲帷幕深淺不同的三種情況人們?yōu)榱藴p小坑外因降水引起的固結(jié)沉降量，往往追求將隔滲帷幕插入含水層的深度