摘要：深基坑工程的施工特点决定了其渗流场水力条件的复杂性，渗流问题是许多基坑工程事故的主要或重要原因，因此必须采取有效措施预防渗流对深基坑的破坏。文章介绍了深基坑渗流特性，探讨了渗流对深基坑开挖及支护过程的影响及预防措施。
关键词：深基坑；基坑支护；防渗措施
引言
在地下水位较高地区开挖基坑时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑内外水头差作用下发生渗流。地下水渗流改变基坑内外的应力场，不仅影响作用在围护结构上的水压力、土压力及侧压力，还引起基坑周围地表的沉降，对周围环境带来严重影响。通过分析大量基坑失稳和变形破坏的工程事故实例可发现，因渗流引发的基坑失稳占很大比重。所以，分析渗流对深基坑开挖及支护过程的影响，进而采取合理的设计方案和施工措施，减少此类事故的发生。
一、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。
二、渗流对深基坑及其周边环境的影响
1、地下水的渗流将会使深基坑周围形成较大范围的降水漏斗。随着开挖的进行，地下水自由面不断下降，从而使坑外土体的有效应力增加，墙后土体将发生不均匀固结沉降。地表沉降将给附近的构筑物以及交通、通讯、供水、供电等市政设施带来不利影响。
2、渗流给基坑工程带来的渗透破坏常常体现为管涌和流土两种基本形式。深基坑在开挖过程中，在一定条件下，当渗透坡降达到某一数值时，可能会引起管涌或流土破坏。管涌表现为细颗粒在较大颗粒的孔隙中随水流流出，经常发生在级配不良的无粘性土体中。管涌的持续发展，将会在土体内部形成空洞，极大地威胁深基坑工程的安全。流土则是向上的渗透力大于上覆土体自重，使之上抬而破坏，流土一般力学表象为基坑土有效应力消失，砂土因抗剪强度丧失而液化。
3、在地下水位较高的地区，渗流的存在会显著影响基坑支护结构位移，甚至影响结构的整体稳定。水体在土体孔隙中流动，将给土体颗粒施加粘滞拖曳力，称为渗透力。渗透力的存在改变了土体有效应力，改变了土体应力场分布。基坑工程的边界条件决定了渗透力作用将对基坑侧向变形产生不利影响。当施工过程中遇到降雨补给或其它方式的水量补给，抬高地下水位，造成渗流场突变，可能会危及深基坑稳定。实际上，渗流场的存在不仅影响挡土结构上的土压力、水压力分布，还影响到整个基坑土体的应力分布。
三、渗流对作用在支护结构上水土压力的影响
1、考虑渗流的“水土分算”
地下水对土的作用是通过土质介质之间的孔隙水的作用施加的，而孔隙水的存在及孔隙水压力的形成是与土的渗透性密切相关的。渗透性强的土体中，孔隙水是水力连通的，易于形成孔隙水对土颗粒的浮力作用，故采用浮容重计算，此时可以认为孔隙水压力即静水压力；而渗透性弱的土体，如透水性很小的粘性土，其孔隙介质与水之间的关系极为复杂，不仅不易形成孔隙水对土粒的浮力作用，所产生的孔隙水压力已不是严格意义上的静水压力。正是基于这种认识，国外工程师在计算时采用总压力法把水土压力合并计算，而不计及墙上的水压力。
对于粘性土，规范上的水平荷载计算公式是采用“水土合算”的方法，并不考虑渗流的发生与否。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是，地下水渗流的产生，导致支护结构上水压力的变化，使“水土合算”的方法不再适用。因为“水土合算”的方法的前提是粘性土中不可能存在对工程有意义的渗流。所以，即便是粘性土，只要土体中存在渗流，考虑“水土分算”的方法是比较合理的。计算公式可以根据砂土“水土分算”的公式进行修改。
不少实测资料也证实，水土合算法一般适用粘土和粉土。不存在渗流的情况下，水土合算法无疑是合适的。但是，存在渗流的粘性土或粉土中，情况是有相当大的差别的。
2、渗流对土体自重应力的影响
地下水在渗流的过程中，受到土体骨架的阻碍，导致土体骨架上作用有渗流力。单位体积的渗流力大小是γwi（γw是水的重度，i是基坑内外产生的水头梯度），方向与地下水的流线方向一致。渗流力的方向在主动区与被动区不一样，而且与水平方向有一个夹角，主动区夹角为α，被动区为β。在基坑外侧，地下水在流动中，有一部分竖向的动水力分量。在竖向分量的作用下，主动区地下水位以下的土体的自重应力发生变化，即在单位体积的自重应力上叠加了单位体积的渗流力竖向分量γwisinα。同理，在被动区的渗流力的竖向分量是−γwisinβ。
在主动区，渗流力使地下水位以下的土体自重应力增加，相应的水位以下部分的主动土压力增加；在被动区，渗流力使土体自重应力变小，相应的被动土压力减小。所以，在考虑地下水渗流时，主动土压力增大，被动土压力减小，这种状况对支护结构是不利的。
四、基坑渗流控制措施
1、基坑渗流控制措施
对于超深基坑来说，宜首先采用地下连续墙做支护；深度较浅的基坑，可采用咬合桩、灌注桩与高喷桩或水泥土搅拌桩、土钉墙作为支护结构，总之要因地制宜才好。但关键是一定要把防渗做好，确保基坑不会发生管涌、流土（砂）、突涌等破坏。
2、主要防渗措施
（1）结构底部接长
地连墙做为支护结构时，其结构强度（配筋）所需要的入土深度常常较小，所以为了防渗需要而接长的那段内，一般不必配置钢筋。这种做法效果不错，已被多个基坑采用。至于是否采用底部接长方案以及接长多少，应当通过技术经济比较后选定。
（2）支护结构底部的止水帷幕
前面已经说到，当支护结构深入岩石深度不够的时候，可考虑在其底部基岩中进行水泥帷幕灌浆，深度和其他参数由设计和现场试验定。在软土基坑中的支护结构底部，宜采用水泥帷幕或高压喷射灌浆。有时也可在支护结构外侧布置水泥帷幕灌浆或高压喷射灌浆，其好处是不需在结构内部预埋灌浆管，施工干扰少。当基坑周边的墙（桩）接缝或内部出现漏水通道时，也可利用这种方法进行堵漏。
这里要说明的是，近年来的多个地区实践表明，当帷幕深度较深时，高喷灌浆效果并不理想，常常造成透水事故。所以要慎重选用。
（3）基坑降水
当上部土重不足以克服承压水的浮托力或不满足土的渗透坡降要求时，也可采用降低承压水的压力水头的方法。通常降水宜在坑内进行。降低深层承压水时，往往对坑外的周边环境造成不利影响。只有在周边环境允许的情况下，才能采用此法。
结束语
深基坑工程往往是较大型的基础工程，其渗流产生的原因有时极为复杂，同时渗流对深基坑的施工安全以及支护体系的弱化作用不可忽视。对于较大型深基坑工程，可以运用支护结构底部接长、止水帷幕、基坑降水等措施来进行防渗堵渗，确保深基坑的施工安全和施工质量。
参考文献：
[1]杨悦，韩雪，徐晓红.渗流对深基坑开挖及支护过程的影响[J].黑龙江科技学院学报，2013，23（03）.
[2]刘富运.关于深基坑施工技术的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013，24.
论文作者:杨伯宇
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2016/10/20
标签：基坑论文; 孔隙论文; 水压论文; 深基坑论文; 结构论文; 地下水论文; 水土论文; 《基层建设》2016年14期论文;