2024年深基坑工程地下水風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

第頁(yè)2024年深基坑工程地下水風(fēng)險(xiǎn)分析與控制摘要：經(jīng)濟(jì)化建設(shè)加速，伴隨這商業(yè)地產(chǎn)建筑的高度直逼云霄，面對(duì)這樣的工程需求，高層建筑項(xiàng)目的開(kāi)挖基坑的深度要求也隨之提高。面對(duì)已成型的密集城市規(guī)劃，超高建筑工程所面臨施工技術(shù)的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)是本文探索的重點(diǎn)，如何在確保深基坑自身支撐作用的同時(shí)保證臨近建筑群不受威脅，需要建筑施工單位在工程的各個(gè)環(huán)節(jié)增加風(fēng)險(xiǎn)分析和制定相應(yīng)的控制對(duì)策，確保建筑施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：深基坑工程；地下水；風(fēng)險(xiǎn)分析和控制

1深基坑工程簡(jiǎn)介

1.1深基坑工程定義

基坑支護(hù)體系的設(shè)計(jì)施工和土方開(kāi)挖的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為基坑工程，作為系統(tǒng)工程它的綜合性相對(duì)較強(qiáng)，需要結(jié)構(gòu)工程方面的技術(shù)人員與巖土工程設(shè)計(jì)人員密切合作才能順利完成。其中基坑作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)當(dāng)建筑工程地地下部分施工完成后就會(huì)被拆除。

所謂的深基坑則是根據(jù)建筑部的相關(guān)文件進(jìn)行定義，文件中將建筑中包含的地下室部分如果超過(guò)三層及以上，或者開(kāi)挖深度超過(guò)5米（含5米）的，都?xì)w納為深基坑的范圍內(nèi)，同時(shí)如果地下部分不足5米但是其他條件如地質(zhì)、環(huán)境、周邊管線特別復(fù)雜的情況，也列入深基坑工程的范疇。

基坑和基槽作為建筑物施工的基礎(chǔ)，存在平面形狀的差異，基坑的底邊長(zhǎng)與其短邊存在小于三倍的比例差距，底面積在27平方米范圍內(nèi)，更接近方形。而基槽更接近長(zhǎng)方形，同時(shí)槽底的寬度控制在3米范圍內(nèi)，槽長(zhǎng)與槽寬要達(dá)到3倍以上的比例差。

1.2深基坑的工程特點(diǎn)

上文提出土方的開(kāi)挖是基坑工程的基礎(chǔ)，也是基坑系統(tǒng)工程的重要組成，組織土方開(kāi)挖施工過(guò)程合理化對(duì)后期的支護(hù)體系成功完成起到重要的作用，錯(cuò)誤或者不合理的施工步驟和速度會(huì)對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成影響，嚴(yán)重的會(huì)使樁基變位或者變形情況出現(xiàn)，導(dǎo)致支護(hù)體系遭到破壞無(wú)法起到穩(wěn)定支撐的作用。所以在施工過(guò)程中必須加強(qiáng)信息化建設(shè)，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)力度，避免土方開(kāi)挖過(guò)程中不合理情況出現(xiàn)。

基坑開(kāi)挖的平面形狀和深度直接影響后期基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定性，特別是地質(zhì)情況出現(xiàn)軟粘土?xí)r，其自身較強(qiáng)的蠕變性會(huì)降低土體強(qiáng)度和土坡的穩(wěn)定性，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)壓力跟隨時(shí)間變化，所以在基坑的支護(hù)體系設(shè)計(jì)中充分考慮施工環(huán)境中的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)，保障施工過(guò)程中支架體系的穩(wěn)定性。

這就體現(xiàn)了基坑工程的區(qū)域性特點(diǎn)，施工地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件決定了基坑工程的差異性，不同區(qū)域設(shè)置是同一城市的不同地區(qū)的地基土質(zhì)都有可能出現(xiàn)明顯差異，這就需要功支護(hù)體系的設(shè)計(jì)和施工不能直接搬用原有經(jīng)驗(yàn)，必須因地制宜做好基礎(chǔ)勘探工作，因地制宜的進(jìn)行施工。不僅如此對(duì)于基坑工程的土方開(kāi)挖和支護(hù)體系設(shè)計(jì)和施工過(guò)程還必須考慮臨近建筑物的場(chǎng)地環(huán)境與條件，地下管道位置設(shè)置和周邊施工情況下抵御相應(yīng)變形的能力。不僅如此在土方開(kāi)挖的過(guò)程中，還會(huì)對(duì)施工周邊的地下水水位和應(yīng)力場(chǎng)造成影響，存在地基土質(zhì)變形的風(fēng)險(xiǎn)，有可能造成周?chē)ㄖ叵鹿芫€的移位，土方的外運(yùn)路線和棄置點(diǎn)的選擇也會(huì)對(duì)市政環(huán)境造成影響。這就使設(shè)計(jì)人員沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的施工方案借鑒，只能個(gè)別案例個(gè)別處理，設(shè)計(jì)出獨(dú)一無(wú)二的支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保障后期施工如期完成。

以上體現(xiàn)了深基坑施工過(guò)程中體現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計(jì)施工人員的綜合能力要求，不僅僅需要具備過(guò)硬的結(jié)構(gòu)工程和土力學(xué)理論知識(shí)外，還需要掌握施工機(jī)械和施工技術(shù)中的計(jì)算和測(cè)試。同時(shí)必須重視基坑的支護(hù)體系是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，它的諸多不穩(wěn)定特點(diǎn)增加了施工設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)，必須制定相應(yīng)的檢測(cè)和應(yīng)急措施，保障工程和人員的安全。

2深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)分析

深基坑的施工和環(huán)境的要求極高，面對(duì)工期長(zhǎng)、難度大等復(fù)雜因素，更加需要設(shè)計(jì)和技術(shù)人員把控質(zhì)量、安全、資金鏈管理和工程進(jìn)度等目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，只有將風(fēng)險(xiǎn)管理工作評(píng)估和預(yù)設(shè)到位，才能減少安全隱患，確保施工工程安全如期完工。

深基坑工程在勘探階段就是一個(gè)綜合性的巖土專(zhuān)業(yè)難題，它不僅涉及到土力學(xué)中的穩(wěn)定和強(qiáng)度問(wèn)題，還面臨這滲流和變形等專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，還需要參照后期支護(hù)結(jié)構(gòu)和土方的共同作用面臨的不可控風(fēng)險(xiǎn)。比如，在城市項(xiàng)目改建過(guò)程中，深基坑初期土方開(kāi)挖過(guò)程中需要保證基坑的穩(wěn)定，同時(shí)將變形控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以確保周邊建筑群、底線管線和道路等的安全。達(dá)到這一目標(biāo)不僅需要現(xiàn)代化分析工具，最重要的是前期土體參數(shù)選擇和測(cè)定的精準(zhǔn)性。只有將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析和結(jié)合，才能確保解決巖土層涉及的設(shè)計(jì)施工問(wèn)題。

2.1工程前期勘探面臨的風(fēng)險(xiǎn)

在深基坑工程設(shè)計(jì)初期就需要對(duì)工程所在地的地質(zhì)成分、水文地質(zhì)情況和地下管線資料進(jìn)行精確的準(zhǔn)備工作，如果勘測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差，巖土層機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)性能無(wú)法支撐深基坑的施工標(biāo)準(zhǔn)，或者勘測(cè)資料不詳細(xì)，忽略專(zhuān)業(yè)的水文地質(zhì)勘察工作，導(dǎo)致土方開(kāi)挖后產(chǎn)生水頭差，引發(fā)側(cè)壁的流沙和滲水等問(wèn)題，嚴(yán)重的導(dǎo)致深基坑的塌陷，這些因素將會(huì)影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，建筑施工將面臨嚴(yán)峻的工程風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)目前已知項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，60%的深基坑事故都直接或者間接的與地下水有關(guān)，因?yàn)榈叵滤軌驅(qū)е鹿こ處r土層工程性質(zhì)的劣化，產(chǎn)生巖石體的水損傷效應(yīng)，同時(shí)工程中存在的巖土體應(yīng)力和人類(lèi)動(dòng)力與地下水之間相互影響，發(fā)生耦合作用致使項(xiàng)目失敗。所以要求施工勘測(cè)人員加深對(duì)深基坑失穩(wěn)方向的理論研究并在支護(hù)系統(tǒng)中進(jìn)行指導(dǎo)，減少水損傷效應(yīng)對(duì)工程的損害。

2.2地下水對(duì)巖石體的作用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地下水具有地質(zhì)營(yíng)力特性，和巖土層相互作用，不僅改變巖土層的物理、化學(xué)和力學(xué)特性，同時(shí)也改變自身的化學(xué)成分和力學(xué)特性。通常情況地下水通過(guò)自身力學(xué)作用（孔隙靜水壓和孔隙動(dòng)力壓力）影響巖土層中的有效應(yīng)力使其抗剪強(qiáng)度降低，物理作用和化學(xué)作用共同作用改變巖土層的結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變相應(yīng)的￠值的大小，影響巖土層的變形和強(qiáng)度。作為地質(zhì)環(huán)境中的活躍成分，其對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響不能忽視。

2.3設(shè)計(jì)中地下水的風(fēng)險(xiǎn)分析

前期勘察如果施工地域?yàn)檐浲翖l件，在土方開(kāi)挖前必須做止水帷幕的施工，否則地下水運(yùn)動(dòng)會(huì)攜帶細(xì)砂土通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)的縫隙流入深基坑，造成周邊地基的土壤流失。如果施工地域?qū)儆诘叵滤咚坏貐^(qū)，在深基坑施工過(guò)程中基坑水位變化會(huì)引起周?chē)鼗寥朗淘?huà)，導(dǎo)致深基坑周邊地基不均勻沉降，嚴(yán)重的造成周?chē)ㄖ簩?duì)的傾斜甚至市政配套設(shè)施的下沉和開(kāi)裂，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4深基坑支護(hù)體系中地下水的風(fēng)險(xiǎn)

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案是否合理直接關(guān)系到工程質(zhì)量安全問(wèn)題，如果在支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有充分考慮該項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)情況，而是套用原有設(shè)計(jì)方案或者在結(jié)構(gòu)計(jì)算中采用不當(dāng)?shù)暮奢d取值，對(duì)活荷載和施工荷載出現(xiàn)了漏算和偏差，都會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目支護(hù)形式設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，導(dǎo)致后期支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，嚴(yán)重增加施工項(xiàng)目的不安全性。

錨固體系和支撐是確保深基坑穩(wěn)定的重要措施，如果在這個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤會(huì)大幅增加深基坑的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)工程的平面尺寸超出一定范圍時(shí)，最好選用鋼支撐結(jié)構(gòu)完成支護(hù)體系，但鋼結(jié)構(gòu)的物理特性可能造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的移位，如果再出現(xiàn)連接設(shè)計(jì)不符合實(shí)際情況的話(huà)，會(huì)造成整個(gè)支撐系統(tǒng)失穩(wěn)。錨桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度必須符合施工要求，才能有效抵抗深基坑出現(xiàn)整體滑移現(xiàn)象出現(xiàn)，才能確保錨桿的豎向間距過(guò)大時(shí)也能支撐支護(hù)樁的抗彎曲。錨固體的長(zhǎng)度必須足夠長(zhǎng)才能固定在圖層中，產(chǎn)生抗拔力抵抗設(shè)計(jì)拉力值，確保深基坑土方開(kāi)挖后如果錨固體被拔出不會(huì)對(duì)深基坑產(chǎn)生安全威脅。

土體中含水量直接影響錨釘和土方之間的相互作用機(jī)制，對(duì)土釘產(chǎn)生作用改變工作環(huán)境中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果支護(hù)工程設(shè)計(jì)采用土釘方式，那么含水量不僅對(duì)土釘墻產(chǎn)生作用，還會(huì)影響土釘本身，降低甚至喪失錨釘和土方間的粘摩阻力。土釘在支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅作為加筋體也通過(guò)抗拉錨的固定起到約束作用，同時(shí)也將不同位置的土體連接固定擔(dān)任骨架作用，增強(qiáng)土體整體的抗剪能力。

地下水的介入會(huì)降低土釘和土體之間的接觸阻力，拉抗力的喪失最先體現(xiàn)為土體墻面的松動(dòng)和微量移位，緊接著就會(huì)降低移動(dòng)區(qū)土體和釘體之間的復(fù)合作用。如果土釘墻整體強(qiáng)度減弱形成軟弱松動(dòng)區(qū)，將會(huì)是土體分擔(dān)原本由土釘錨分擔(dān)的外荷載力，就會(huì)在土體內(nèi)部產(chǎn)生裂痕并逐漸加大，最終導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)的滑動(dòng)和破壞。水的壓力作用會(huì)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體自身的負(fù)荷，水的滲透中作用不僅增加支護(hù)系統(tǒng)的荷載還會(huì)在滲流過(guò)程中帶走土體中粗骨顆粒，增大土體中的空隙比例，降低抗剪壓強(qiáng)度，隨之土體內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)微小的裂紋，由于基坑中富水區(qū)的位置不同，也會(huì)造成土釘錨的受力不均勻，隨著土體抗剪力的不斷下降，釘體的位移直接影響著土體中骨架和釘錨之間的固定作用，伴隨著土釘位移量的不斷增加，裂紋會(huì)逐漸貫穿整個(gè)平面，直至土體整體發(fā)生位移，形式逐漸惡化直至支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

在混凝土和砂漿凝結(jié)完成后，其內(nèi)部存在許多微裂和毛細(xì)孔，成為多孔性材料，而水對(duì)其就有很強(qiáng)的吸附作用，會(huì)在這些孔隙周邊形成相對(duì)富水區(qū)。富水區(qū)的存在增加了深基坑土層的含水量，在表面凝結(jié)形成粘結(jié)水膜，這種水膜會(huì)包裹在土層支護(hù)結(jié)構(gòu)表面，使釘錨與土層無(wú)法緊密結(jié)合，降低兩者之間的粘結(jié)力，嚴(yán)重的可能會(huì)使兩者完全分離致使粘結(jié)力喪失。富水區(qū)具有很強(qiáng)的潤(rùn)滑作用，降低摩擦力，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的骨架聯(lián)接作用減弱，降低穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)支付系統(tǒng)造成安全威脅。

2.5施工過(guò)程中地下水風(fēng)險(xiǎn)分析

在深基坑的現(xiàn)場(chǎng)施工期間，嚴(yán)格控制施工單位正在深基坑邊緣隨意堆放建筑材料，杜絕施工過(guò)程中一邊對(duì)深基坑進(jìn)行排水做作業(yè)，還不注意生活用水的排放，將廢水任意排放在施工的深基坑的邊緣。如果項(xiàng)目施工過(guò)程中，周邊建筑或者市政水管線沒(méi)有得到相應(yīng)的保護(hù)，施工造成水管泄露的情況，直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，致使結(jié)構(gòu)變形。有些施工單位為了方便土方運(yùn)輸，隨意開(kāi)挖基坑側(cè)壁，破話(huà)原有的止水帷幕和支護(hù)結(jié)構(gòu)，造成地下水回灌回流進(jìn)入深基坑底部，嚴(yán)重的會(huì)造成坑壁的滑塌。

3深基坑工程中地下水的控制措施

3.1地下水控制措施

深基坑工程施工過(guò)程中，必須保證基礎(chǔ)工程施工時(shí)土方含水量達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能避免產(chǎn)生流沙、基坑壁穩(wěn)固，保障施工的質(zhì)量和安全。所以正在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，必須對(duì)地下水進(jìn)行有效的治理，通常采取截水法、降水法、排水法。

目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的截水法為在施工地建立地下連續(xù)墻、夾心墻、防滲垂直幕墻、防滲水平幕墻、鋼板樁等，其中地下連續(xù)墻最為常用。鋼筋混凝土的幕墻深入土層，針對(duì)滲透性小的土層效果明顯，不僅能夠承擔(dān)較大對(duì)的測(cè)墻壓力，同時(shí)能阻止地下水的回流。垂直防滲帷幕是用高壓噴射注漿深基坑四周，運(yùn)用深層攪拌和滲透注漿等技術(shù)方法，在深基坑底部和四周形成連續(xù)幕墻，這樣不僅可以起到防滲阻水的效果，同時(shí)可以有效的支撐四周邊坡，有效的解決深基坑底部防滲和變形問(wèn)題，這種方式的使用范圍比較小，適用工程場(chǎng)地不支持降水和防滲垂直帷幕的工程項(xiàng)目。

如果地下水的水位高于深基坑底面是，就需要對(duì)基坑進(jìn)行降水處理，一般采用明溝排水和井點(diǎn)降水兩種方式。在深基坑內(nèi)或者外部設(shè)置排水溝和集水井，用抽水設(shè)備將集水井中的積水抽走，保持施工場(chǎng)地干燥的方式為明溝排水法。這種方法施工操作簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉而被大范圍使用。在深基坑施工前，就在場(chǎng)地四周埋設(shè)能滲水的井點(diǎn)管，配置相應(yīng)的設(shè)備，進(jìn)行不簡(jiǎn)短的抽水操作，將地下水抽走降低水位已達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求，這種方法稱(chēng)為井點(diǎn)法適用于不同幾何形狀的深基坑。由于降低水位作業(yè)在開(kāi)挖土方前進(jìn)行，能夠保證施工場(chǎng)地的干燥，有利于施工機(jī)械的施工，同時(shí)能夠縮短工期保障項(xiàng)目的安全和質(zhì)量，屬于現(xiàn)代化的施工措施。

國(guó)內(nèi)常用的井點(diǎn)降水法主要包括輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)等，其中自滲井點(diǎn)屬于目前應(yīng)用過(guò)程中比較新型的降水方法，如果深基坑中的降水場(chǎng)地有一定深度內(nèi)存在兩層以上的含水層，并且出現(xiàn)下層比上層的滲透能力強(qiáng)，就需要在下層水位增加降水深度，并且人為將上下水層進(jìn)行溝通，利用水位差使得上冊(cè)地下水能夠通過(guò)井孔向下層自然流動(dòng)，降低抽水設(shè)備的使用，同時(shí)能夠達(dá)到降低深基坑地下水水位的效果。

對(duì)于上層土體的滯留水和降雨形成的積水精細(xì)型疏通的方法稱(chēng)作排水法，一般都是在土層上對(duì)于滯留水地區(qū)挖出截水溝或者集水井的方式，對(duì)明水進(jìn)行疏導(dǎo)，并用抽水泵設(shè)備將水排出基坑。

3.2降水控制措施

降水工程是一項(xiàng)復(fù)雜的巖土工程，需要對(duì)深基坑坐在區(qū)域按照巖土工程的流程進(jìn)行勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工，整個(gè)過(guò)程必須做好地下水的檢測(cè)工作。在降水工程的設(shè)計(jì)中，需要充分評(píng)估地下水和降水可能引起的不良影響，做好前期的處理措施方案。如果項(xiàng)目施工過(guò)程中遇到降水情況，需要對(duì)深基坑的周邊進(jìn)行周密的檢測(cè)工作，采取合理的防護(hù)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。

在深基坑的周邊設(shè)置止水帷幕，最好在邊線外設(shè)置垂直防滲帷幕，將降水對(duì)周邊的影響降到最低同時(shí)必須滿(mǎn)足施工過(guò)程要求。豎直方向的止水帷幕能夠設(shè)置到不透水層為最佳，這樣的效果最好。但是由于豎向止水帷幕的造價(jià)過(guò)高的因素，也可以在深基坑底部設(shè)置水平的止水帷幕。

井點(diǎn)降水措施的合理運(yùn)用，將深基坑中的降水自然形成降落漏斗，這樣就產(chǎn)生周?chē)孛娉两档娘L(fēng)險(xiǎn)，只有將井點(diǎn)凈水措施實(shí)施到位，才能在周?chē)翆有纬闪己玫某惺苣芰?，避免土層受到降水的影響。要達(dá)到這個(gè)效果需要結(jié)合施工實(shí)際情況，選擇符合周?chē)翆犹攸c(diǎn)的濾網(wǎng)。不僅如此，埋設(shè)的井管的成孔和回填濾料質(zhì)量也必須嚴(yán)格把控，這樣才能確保抽水過(guò)程中土層中的細(xì)顆粒不隨著控水施工而流失。同時(shí)注意檢測(cè)降水漏斗先的坡度，在降水深度同等的情況下，如果降水漏斗坡度設(shè)計(jì)平緩，增大影響的深基坑范圍，這樣產(chǎn)生不均勻沉降的幾率就會(huì)相應(yīng)減小，地下管先和建筑為受損成的程度風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)相應(yīng)降低。在施工過(guò)程中避免反復(fù)抽水或者間歇式抽水，如果這樣操作有可能引起土層的沉降。

在深基坑項(xiàng)目結(jié)束后，要有相應(yīng)的回灌工程措施。深基坑降水對(duì)周?chē)叵滤挥幸欢ǖ挠绊?，致使水位下降，這種情況有可能引起周邊地下建筑和地下管線受到影響，造成不同程度的損壞。要想降低這種影響風(fēng)險(xiǎn)，需要在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)回灌工程的措施，在深基坑降水的同時(shí)，需要對(duì)周邊地下水水層注入一定的水量，形成滲水帷幕，使得降水影響范圍不超過(guò)地下水