深基坑渗流问题及其技术处理要点

浅谈深基坑渗流问题及其技术处理要点摘要：本文对深基坑渗流的问题进行了探讨，并对基坑支护提出了抗渗透要求及基坑渗流控制措施，具有一定的参考价值。

关键词：基坑渗流要点方法出逸坡降水力坡降

1深基坑渗流特性

土体是由固体、液体和气体组成的三相体系。所谓基坑渗流，主要是指土中的自由水在压力作用下，在土壤孔隙中的流动；而土体在外荷载或自重作用下，也会发生运动，对孔隙水也要产生作用力。因此可以说，水的渗流是土与水相互作用的结果。

随着基坑的不断往下开挖，基坑内外土体的物理力学性能都将发生很大变化，其中渗透水流对土体的作用和影响也随之发生很大改变。此时，作用在基坑外侧的渗透水流的作用力是向下的，它对土体产生了压缩作用；同时由于渗流的作用，作用在地连墙等支护结构上的水压力也小于静水压力；当渗流穿过墙底进入基坑内侧时，渗透水流的方向变成了向上，渗流水压力就变成浮托力，对支护结构的水压力将加大。

2 基坑渗流计算

2.1基坑渗流计算和控制的目的

基坑渗流计算和控制的目的应当达到以下几个目标：

(1)坑内地基中的任何部位在整个运行期间都不会发生灾难性的管涌和流土。

(2)基坑底部地层不会因承压水的顶托而产生突涌(水)、流土、隆起等不良地质现象。

(3)基坑四周和底部涌(出)水量不能太大，不能由于抽水量太大或抽水时间太长而影响基坑开挖和混凝土的浇筑工作；也不会对周边环境造成影响和破坏。这种情况对于岩石透水性很强的基坑或者是很软弱的土基坑来说，是一个必须验算的项目。

(4)要使基坑内的软土(特别是淤泥质土)能够尽快地脱水固结，便于大型设备尽快进入坑内挖土，加快施工进度；避免软土的纵横向滑坡。

2.2渗流计算内容

渗流计算内容主要有：

(1)基坑整体渗流计算。通过计算，给出各计算点的渗透水压力和坡降以及基坑内的渗透流量和总出水量。

(2)核算基坑底面的渗流出逸坡降是否满足要求，是否会发生管涌。

(3)检验地连墙墙底进入隔水层内的深度是否满足渗透稳定要求。

(4)核算基坑底部抵抗承压水突涌的能力。此时，应进行下面两方面计算：①核算基坑底部土体的总体抗浮稳定性。②坑底为不均匀的成层地基时，而不透水层厚度较薄时，还必须进行渗透安全(水力坡降)核算。

(5)核算基坑的抽水井设计是否满足要求。

(6)通过分析计算和方案比较，提出该基坑的渗流控制措施。

对于深基坑来说，应进行专门基坑渗流计算。这里要指出的是，对于多层地基和承压水条件下的深基坑来说，现有的基坑设计规范中有关渗流的计算公式是不适用的，所以要进行专门计算。

2.3最不利的计算情况

最不利的计算情况有：(1)地基上部没有不透水层，砂层和透水基岩互相连通。(2)薄弱地层(如淤泥、流沙)或不透水层突然变化部位。(3)基坑局部超深部位或深度突然变化部位。(4)基坑的几种支护结构的连接部位。(5)承受特殊荷载部位。通常，选取一个或多个最不利的断面进行分析计算；但有些时候，也可能需要针对整个基坑，进行整体稳定计算。

2.4三维空间有限差分法

该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。

该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。对于有限差分格式，从格式的精度来划分，有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑，可分为中心格式和逆风格式。

考虑时间因子的影响，差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式，主要是上述几种形式的组合，不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格，网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。

构造差分的方法有多种形式，目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式：一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等，其中前两种格式为一阶计算精度，后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合，可以组合成不同的差分计算格式。

2.5基坑底部渗流稳定计算

基坑底部的渗流稳定计算，应包括以下三个方面：

(1)当坑底上部为不透水层，而其下的透水层中有承压水时，应进行抗突涌和流土的稳定性计算，即要保证透水层顶板以上到基坑底部之间的土体重量大于水的浮托力pw，安全系数为

(1)

式中：γsat为土的饱和重力密度(kn/m3)，t为透水层顶板到坑底的厚度(m)，pw=γwhw承压水的浮托力(kn)，hw为透水层顶板以上的水头(m)。一般要求k≥1.1～1.2。

(2)坑底以下为粉土和砂土时，要验算抗管涌稳定性，也就是要使该地基的渗透比降i小于该地层的允许渗透比降[i]。通常粉细砂地基约为[i]=0.2～0.3。

(3)当基坑底部以下地基为黏性土与砂土层互层时，应进行上面两项渗流稳定核算(见图6)，特别是当黏性土很薄时，应当核算该层土的渗透比降是否满足要求。通过基坑渗流计算，可以了解它的重要性。在多数情况下，应当把渗流计算出来的hd作为基坑地连墙入土(岩)深度的最小限值，以保证基坑不会发生渗透破坏事故。

3深基坑抗渗设计要点

(1)参考已建工程经验进行对比分析

在取得基本资料——初勘、详勘和补勘的基本参数之后，可参考已建成工程的经验，特别是当工程地质条件复杂，基坑规模大，承受的荷载变化很大时，应选用多种计算参数和计算方法，进行计算分析对比，以保证设计、施工工作的顺利进行。

(2)对于岩石基坑，要考虑岩石透水性的影响

有些岩石的弱风化层的透水性不但比上部的全风化和强风化层大，甚至比第四系砂层还大。因此，不能认为渗透破坏只发生在第四系的软弱地层(如淤泥和砂层)中。实际上，在超深(例如30～40m 以上)基坑中，其底部透水性较大岩层中也可能发生渗透破坏，此时可采用水泥帷幕灌浆的方法加以解决。

(3)基坑防渗体与地连墙的合理深度

通常在进行抗渗设计时，都是要把对渗透水流的防渗和降水统一考虑。例如某个深基坑工程，基坑深度达25～30m，地下水位很高且存在着几层承压水，有一部分地连墙墙底未深入隔水层内，使