工程实践地下水对基坑工程的影响

地下水相关概念

     

     

含水层、隔水层、弱透水层

饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分，具有相对性：

· 含水层（Aquifer） ：是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土，砂岩等。

· 隔水层（Aquifuge) ：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）

· 弱透水层（Aquitard） ：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层——各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩。

上层滞水、潜水、承压水

·上层滞水： 当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。一般雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐耗失。

·潜水： 饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。潜水没有隔水顶板，或者只有局部的隔水顶板，潜水的表面为自由水面，称作潜水面；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋深深度。

图1 潜水、承压水及上层滞水

· 承压水： 是指充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。上、下均为连续的隔水层，分别是隔水顶板和隔水底板，两者之间的距离为该承压含水层厚度。承压性是承压水的重要特性，只有钻孔揭穿含水层顶板时，才可见承压水，水位将顺着钻孔上升到含水层顶板以上一定高度，高出含水层顶板的距离便是承压水头。如果钻孔中的水位高出地表，钻孔能够自溢出水。

承压水对基坑底板和基坑施工的危害较大，一般由于埋深大、水头高、水量大等因素，给深基坑的治水工作带来一定的困难。

图2 潜水、承压水及上层滞水

图3 基岩自流盆地中的承压水

地下水对基坑工程的影响

   

   

据不完全统计，地下工程事故85%与地下水控制不当有关。

突涌

图4 突涌

当基底以下存在承压含水层，基坑开挖减小了含水层上覆隔水层的厚度，当上覆土重小于承压水的顶托力时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌。

管涌

图5 管涌

地基土在具有一定渗流速度（或梯度）的水流作用下，其细小颗粒被冲走，土中的空隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道，从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象即为管涌。一般发生在无粘性土层中。

突涌与管涌的区别

图6 突涌管涌区别

地基土在具有一定渗流速度（或梯度）的水流作用下，其细小颗粒被冲走，土中的空隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通道，从而掏空地基或坝体，使之变形、失稳，此现象即为管涌。一般发生在砂性地层。

 图7 突涌管涌示意图

图8 管涌成因示意图（单位：m）

帷幕渗漏、地面塌陷

图9 帷幕渗漏

图10 基坑渗漏造成外侧地面塌陷

地面沉降

图11 地面沉降

降水引发地面沉降主要是地层失水后引起土体的压密固结，一般认为砂层的压缩量极小，且很快趋于稳定，而粘性土层压缩量大，固结沉降完成需要较长时间。

水位下降引起的地面沉降一般是均匀沉降；地层土体流失引起的是不均匀沉降，一般引起地面沉陷。

边坡滑移

图12 边坡滑移

挖机沉陷、影响施工效率

图13 挖机沉陷

图14 挖机沉陷

2014年7月31日杭州地铁4号线塌方透水事故

7月31日上午，地铁4号线江锦路站至市民中心站区间，右线盾构机进洞时，现场发现洞门左上方出现渗漏水，新塘河河水水位增高。上午11点，新塘河围堰內积水突然消失，进入市民中心站，随之围堰倒塌，河水迅速灌入地铁。

2014年7月1日武汉地铁4号线盾构机接收涌水涌砂事故

7月1日晚19时10分，盾构井在左线吊出过程中，隧道与车站结构底部出现涌水涌砂险情，致使靠基坑一侧的省人民医院检测中心沉降开裂，数十名病人转移。

 

     

   

     

地下水与社会效益及经济效益

 

郑机城际铁路新郑机场站

杭州庆春路过江隧道

原设计围护结构为地下连续墙，施工成本超过1.3亿；更改为放坡+降水，放坡施工成本低于6000万元，工期缩短2个月以上。充分发挥了混凝土的自防水效果，提高了结构的防水性能。

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