不同類型止水帷幕基坑涌水量計算方法探討

張雅潔

（河北省滄州水文勘測研究中心，河北 滄州 061000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市建設(shè)步入了快車道，尤其是城鎮(zhèn)住宅小區(qū)建設(shè)近些年得到了較快發(fā)展，以滿足城市化進(jìn)程加快帶來的住房需求。河北省中東部地區(qū)地勢低平，淺層地下水埋深相對較小，地下水位較高，在住宅小區(qū)建設(shè)過程中，需要抽取地下水進(jìn)行基坑降水。按照《取水許可和水資源費征收管理條例》規(guī)定，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)要求進(jìn)行建設(shè)項目水資源論證，提交水資源論證報告書，省人民政府水行政主管部門審查同意后，依法辦理取水許可審批手續(xù)?；咏邓克康挠嬎闶腔咏邓Y源論證中的一項重要內(nèi)容，直接關(guān)系到項目取水量的大小[1]。由于建設(shè)的住宅小區(qū)多處于城區(qū)，根據(jù)建設(shè)住宅小區(qū)的周邊環(huán)境，多數(shù)基坑設(shè)置止水帷幕，以避免基坑降水對周邊環(huán)境造成影響。因此，在水資源論證報告書編制時，應(yīng)根據(jù)基坑所設(shè)止水帷幕類型，依據(jù)相關(guān)規(guī)范采用相應(yīng)的涌水量計算公式，提高水資源論證報告書質(zhì)量，為取水許可審批和水資源費收取提供依據(jù)。

1 基坑降水類型

基坑施工中，為增加邊坡和坑底的穩(wěn)定性，減少被開挖土體含水量，便于施工或防止突涌發(fā)生，需要對基坑進(jìn)行降水，基坑降水分為疏干降水和減壓降水[2]。減壓降水主要涉及承壓水，平原地區(qū)住宅小區(qū)基坑降水主要涉及潛水，因此減壓降水涌水量的計算在此不予討論。本文主要對基坑疏干降水進(jìn)行分析討論。疏干降水主要分為以下3種類型。

（1）開放式降水?；又車床扇「羲胧┑慕邓こ谭Q之為開放式降水，一般為坑內(nèi)與坑外疏干降水。

（2）封閉式降水。基坑周邊設(shè)置了止水帷幕（隔水帷幕），止水帷幕隔斷了基坑內(nèi)外含水層之間的地下水水平方向水力聯(lián)系，一般為坑內(nèi)疏干降水[3]。根據(jù)止水帷幕樁端插入土層的巖性，封閉式止水帷幕分為落地式止水帷幕和懸掛式止水帷幕[4]。止水帷幕樁端插入到黏土、粉質(zhì)黏土層的止水帷幕稱之為落地式止水帷幕；止水帷幕樁端插入到粉土、粉砂層的稱之為懸掛式止水帷幕。從理論上講，落地式帷幕割斷了基坑內(nèi)外含水層之間水平方向的聯(lián)系，懸掛式帷幕由于帷幕樁末端未插入隔水層，樁端存有繞流現(xiàn)象。在實際工作中，應(yīng)根據(jù)止水帷幕樁長、基坑場地地質(zhì)勘察報告確定止水帷幕類型。

（3）半封閉式降水。當(dāng)基坑一側(cè)或兩側(cè)及局部采取隔水措施即設(shè)置止水帷幕時，僅局部隔斷了基坑內(nèi)外含水層之間的地下水水力聯(lián)系，為半封閉式降水。

2 基坑降水涌水量計算

2.1 基坑開放式降水涌水量計算

對于基坑開放式降水，現(xiàn)行的國家、行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)，如《管井技術(shù)規(guī)范》（GB 50296-2014）、《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T 111-2016）、《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB13（J）133-2012）等，均給出了基坑開放式降水涌水量的計算方法。因此，對開放式基坑降水只要根據(jù)基坑的具體情況及水文地質(zhì)參數(shù)，采用規(guī)范中的計算方法即可。

本文主要討論封閉式、半封閉式基坑降水涌水量的計算問題。

2.2 封閉式止水帷幕基坑涌水量計算

基坑周邊設(shè)置了封閉式止水帷幕，對基坑降水涌水量的計算，國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)并不完全一致，這就造成了對此類基坑降水涌水量計算方法不一、計算結(jié)果也差異較大的問題，給水資源論證評審工作帶來一定困難。

2.2.1 落底式止水帷幕基坑涌水量計算

對落底式止水帷幕基坑涌水量，《管井技術(shù)規(guī)范》（GB 50296-2014）附錄B基坑涌水量計算中明確：基坑帷幕插入降水含水層的隔水層，降水以疏干坑內(nèi)地下水為目的。潛水疏干時基坑取水量估算式為：

式中：Q為基坑內(nèi)總抽出水量（m3）；μ為給水度；F為基坑面積（m2）；S為含水層頂板至設(shè)計安全水位距離（m）。

從式（1）的物理意義看，式（1）計算的是基坑范圍內(nèi)地下水靜態(tài)儲變量。同時，該計算方法第3 條提出“應(yīng)充分分析預(yù)估隔水帷幕的滲漏量，并在坑內(nèi)設(shè)置降水管井”。對于如何確定或者預(yù)估帷幕的滲漏量，相關(guān)規(guī)范中并未說明。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T 111-2016）附錄B 中，僅給出了開放式降水基坑涌水量的計算，對設(shè)有止水帷幕基坑涌水量的計算并未涉及。

由于國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)甚至部分?。ㄊ校┑胤綐?biāo)準(zhǔn)中對設(shè)有止水帷幕基坑降水涌水量的計算未涉及或者雖有涉及但不全面，工作人員因采用的基坑涌水量計算方法不同，計算結(jié)果差異較大，這給水資源論證評審工作帶來一定難度。

對落底式止水帷幕基坑降水取水量，天津市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》（DB/T 29229-2014）中有如下計算方法：

式中：Qw為基坑疏干降水總出水量（m3）；Q1為坑內(nèi)疏干層范圍的水量（m3）；Q2為下伏未截斷的承壓層向坑內(nèi)的越流量（m3）；Δhl為坑內(nèi)降水設(shè)計的目的水位與越流承壓水頭的水頭差（m）；其余符號意義見《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》（DB/T29229-2014）。

由上面3 個公式可以看出，該標(biāo)準(zhǔn)將落底式止水帷幕基坑降水取水量分二部分計算，即帷幕內(nèi)疏干層水量和帷幕內(nèi)越流水量。對于沖積、湖積平原區(qū)，可采用式（2）—（4）的方法計算落底式止水帷幕基坑的取水量。

2.2.2 懸掛式止水帷幕基坑涌水量計算

在基坑降水工程中設(shè)置懸掛式止水帷幕情況較少，此類基坑降水較為復(fù)雜，涉及地下水動力學(xué)三維流問題。國內(nèi)一些學(xué)者根據(jù)懸掛式止水帷幕底端地下水流態(tài)推導(dǎo)出不同的計算公式，如牛文等[5]利用達(dá)西定律分別推導(dǎo)出了基坑側(cè)面進(jìn)水和基坑底部進(jìn)水情景下的涌水量計算公式，并進(jìn)行了分析討論；應(yīng)惠清[6]利用繞流理論推導(dǎo)出懸掛式止水帷幕繞流涌水量計算公式。上述方法均有一定使用條件限制。國家標(biāo)準(zhǔn)《管井技術(shù)規(guī)范》（GB 50296-2014）附錄B中將懸掛式止水帷幕分為2種情形：①抽水井過濾器底端與止水帷幕底端接近，基坑滲流為三維流，可建立三維滲流模型通過數(shù)值方法（有限元或有限差分）求解；②管井過濾器全部或大部分超出帷幕底端埋深時可不計三維流影響，可按“大井法”公式計算。山西省《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ04/T 306-2014）9.2.7 中明確：當(dāng)采用懸掛式豎向截水帷幕時，基坑總穩(wěn)定排水量可按“非完整井大井法”計算。

綜合《管井技術(shù)規(guī)范》（GB 50296-2014）和《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ04/T306-2014），對于懸掛式止水帷幕基坑涌水量的計算采用“非完整井大井法”較為妥當(dāng)。其計算方法見規(guī)范中的非完整井計算公式。

2.3 局部設(shè)有止水帷幕基坑涌水量計算

在實際基坑工程中，根據(jù)周邊環(huán)境，基坑常常設(shè)置非封閉式止水帷幕，即基坑的局部設(shè)置止水帷幕（基坑的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置止水帷幕）。對此類基坑取水量的計算，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)均未涉及，由于無標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范可依，水資源論證報告編制人員困惑較大。

對局部設(shè)有止水帷幕基坑涌水量的計算，目前水資源論證報告編制人員常用2 種方法：①不考慮局部設(shè)置的止水帷幕，按開放式降水計算基坑涌水量，局部止水帷幕對基坑開放式降水影響較小可忽略，顯然該方法計算結(jié)果偏大；②按開放式降水計算基坑涌水量，之后再乘以止水帷幕影響系數(shù)，影響系數(shù)大小根據(jù)止水帷幕長度確定，其依據(jù)是局部設(shè)置止水帷幕對基坑降水總要有一定影響。第二種計算方法的基坑涌水量計算結(jié)果更精確一些，至于如何確定止水帷幕影響系數(shù)，在以后工作中應(yīng)進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

止水帷幕不僅起到隔水作用，同時也起到一定支護(hù)作用，在住宅小區(qū)基坑工程中，根據(jù)基坑周邊環(huán)境常常需要設(shè)置不同類型的止水帷幕?；佑克坑嬎闶紫葢?yīng)確定基坑所設(shè)止水帷幕類型，再選取對應(yīng)的計算方法，以提高取水量的計算精度。

（1）對封閉式止水帷幕，應(yīng)根據(jù)止水帷幕樁長、場地地勘資料、降水井深度等，首先確定止水帷幕是落底式還是懸掛式，依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程采用相應(yīng)的方法計算。

（2）對局部設(shè)有止水帷幕的基坑降水，有條件時，可通過數(shù)值模擬計算確定基坑涌水量。完全按照開放式降水計算基坑涌水量，其結(jié)果偏大，只有在止水帷幕長度與基坑周長比值很小的情況下，可采用開放式降水計算。多數(shù)情況下，應(yīng)按開放式降水計算之后再乘以止水帷幕影響系數(shù)來確定基坑涌水量，以提高該類基坑降水取水量的計算精度。