0 引言

“水是生命之源”，“上善若水，水利萬物而不爭”，在日常生活中，人們對水的用處，水的品質(zhì)多有贊頌。但是在基坑工程上，水則是“魔鬼”，是基坑肇事的“元兇”，基坑十次出事九次都是水惹的禍！基坑設(shè)計和施工者，對水是痛恨有加，都欲除之而后快，但又談何容易！水幾乎無處不在，無孔不入，水有地表水、地下水（地下水又有上層滯水、潛水、承壓水），有靜水、動水，有自由水、結(jié)合水，有雨水、洪水、市政管道的給排水……這些水都會影響基坑安全，都是設(shè)計者必須考慮的因素。

水賦存在不同土質(zhì)中，對基坑危害的形式有所不同，基坑設(shè)計須針對考慮、著重防范的內(nèi)容也有所不同：淤泥土含水量高，呈流塑狀，易觸變、易流變，發(fā)生深層滑移或坑底隆起的可能性大，則基坑設(shè)計要么選擇擋土墻穿過淤泥層，切斷滑移路徑，要么選擇加固固結(jié)坑內(nèi)、坑外土體，提高其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，從而使抗滑穩(wěn)定性驗算滿足要求；中粗砂層屬強透水層，則基坑設(shè)計考慮的重點應(yīng)是設(shè)置擋水效果好的止水帷幕，或坑底封底措施，將這些強滲透性水拒之坑外；粉細(xì)砂層透水性較中粗砂層稍弱，但易發(fā)生管涌和流砂，其危害較之單純滲水或涌水有過之而無不及，需格外小心；上部填土層往往透水性一般，且受降水影響，地下水位變化較大，這些上層滯水或潛水，在不顯著影響周邊建構(gòu)筑物沉降的前提下，能降則降，降低水頭對基坑安全百利而無一害……

根據(jù)水的水頭高度、透水性、賦存方式、對周邊環(huán)境的影響，基坑設(shè)計可采用“疏”、“止”、“排”、“降”、“灌”等措施應(yīng)對。

1 從基坑設(shè)計源頭消除水的隱患

1.1 對表層土內(nèi)的地下水以“疏”為主

基坑設(shè)計往往存在一個誤區(qū)，就是地下水不應(yīng)流入基坑，需設(shè)置止帷幕將其拒之基坑外，止水帷幕的頂標(biāo)高，取決于豐水季水位高。這一理念勢必帶來基坑成本的增加及安全隱患的增大。

萬物同理，“通則不痛，痛則不通”，“疏”總比“堵”好。在不影響周邊環(huán)境的前提下，對表層填土內(nèi)地下水能降則降，水頭能低則低。設(shè)計上可通過坡頂放坡，并在坡面埋設(shè)泄水管，盡量降低止水帷幕樁頂標(biāo)高的方法實現(xiàn)。

需特別強調(diào)，泄水管的埋設(shè)要嚴(yán)格按設(shè)計要求，確保真正起到泄水作用。

案例一：珠海山姆會員店基坑支護(hù)。

該項目設(shè)計二層地下室。場地上層為3m左右厚的素填土層，透水性一般，豐水季水位標(biāo)高為地表下0.5m，枯水季為地表下2.5～3.5m，而且周邊沒有河涌，沒有強透水層與場區(qū)形成補給，因此大刀闊斧地降低地下水位，不會對周邊建構(gòu)筑物造成太大影響。設(shè)計為上部放坡至-3.0m，不設(shè)止水措施，讓水位自然降低至此標(biāo)高。采用此方案，較之僅放坡至-1.0m的方案，可節(jié)省造價10%以上。

實際施工中，開挖土方之初，時值雨季，水位較高，開挖深度不到1m，隨著開挖面積增大，漸成汪洋，現(xiàn)場施工員心生畏懼，不敢繼續(xù)開挖，設(shè)計者（亦即作者）指示現(xiàn)場放慢開挖節(jié)奏，加大抽排水力度。最初水位降低很慢，后來下降漸快，土體疏干效果良好，土方開挖及外運效率大為提高。后續(xù)施工中，基坑四周土體水源補給不大，加之泄水孔發(fā)揮效力，上部邊坡噴射砼面除泄水孔周邊外，基本保持干爽狀態(tài)，整個基坑工程圓滿成功（如圖1）。

圖1 山姆會員店基坑上部放坡降水示意圖

在基坑底也一樣，在成本可控的前提下，坑底表層土地下水位宜盡量降低，一則可增加被動區(qū)有效土壓力，有利基坑穩(wěn)定；二則為坑底承臺、電梯井開挖等工序創(chuàng)造良好作業(yè)條件。

1.2 對砂性土等含水層及強透水層，以“止”為主

砂性土層、卵礫石層一般既是含水層，也是強透水層，其地下水為潛水或承壓水，往往和周邊水源存在補給關(guān)系。對這種水體，降是降不下的，排是排不完的，則“止”是首當(dāng)選擇的辦法。

1.2.1 基坑壁水平向止水

止水帷幕一般應(yīng)穿過透水層底，且應(yīng)進(jìn)入下臥不透水層不小于0.5m。一方面，設(shè)計需選用止水效果良好、施工質(zhì)量容易保證的樁型或工藝，如三軸攪拌樁（套打）、咬合樁、地下連續(xù)墻、鋼板樁等；另一方面，對施工工藝參數(shù)如樁體垂直度、搭接寬度、相鄰樁施工間歇時間，三軸攪拌樁的攪拌噴漿次數(shù)、攪拌提升速度、單樁施工時間等作出要求。

止水帷幕必須連續(xù)封閉。但在實際施工中，因地質(zhì)條件、施工工藝、作業(yè)者素質(zhì)等諸多因素影響，或多或少會存在局部滲漏現(xiàn)象，則支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕應(yīng)設(shè)計成各自獨立又相輔相成的系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)局部滲漏，可及時發(fā)現(xiàn)、及時修補，避免發(fā)生帷幕失效、支護(hù)結(jié)構(gòu)受損范圍擴大等連鎖反應(yīng)。比如，在砂性土層，止水帷幕墻和擋土樁墻水平間距過大、在帷幕樁前采用大放坡坡腳反壓方案，從受力及擋土原理上講，都是說得通的，但若發(fā)生管涌，則滲漏點很難準(zhǔn)確找到，滲水將逐漸加大，逐步掏蝕坡體砂土，危及基坑安全（如圖2）。

圖2 砂性土層應(yīng)摒棄的方案——砂性土層應(yīng)推薦的方案

應(yīng)推薦方案較之應(yīng)摒棄方案，一個是集中在坡頂放坡卸荷開挖土方，一個是從坡頂放坡開挖到坡底，兩者土方開挖及回填量大致相當(dāng)；一個是下部直立開挖，需施打土釘來抵抗主動土壓力，一個根據(jù)砂性土的內(nèi)摩擦角等指標(biāo)，自然放坡即可。單從經(jīng)濟(jì)角度來看，后者增加了土釘墻費用，是不劃算的；但因后者存在管涌及管涌引起的系列風(fēng)險，則該方案僅剩理論上的可行。一個存在較大風(fēng)險的方案，造價再省也是沒有意義的。

對一些止水要求高的基坑，或因地下障礙，止水帷幕質(zhì)量得不到保證，難以形成連續(xù)封閉的帷幕墻時，選用咬合樁是行之有效的方案。

案例二：廣州白鵝潭聚龍灣城市更新項目咬合樁擋土設(shè)計。

此項目離珠江邊約50m，且地塊一側(cè)有地鐵經(jīng)過，對止水要求極高。止水方案最初選用三軸攪拌樁，但考慮三軸攪拌樁進(jìn)入下部強風(fēng)化、中風(fēng)化砂巖困難，影響止水效果，最終選擇采用咬合樁方案（如圖3）。

圖3 咬合樁擋土設(shè)計

單純從經(jīng)濟(jì)角度而言，若素混凝土咬合樁（?800@1200）和三軸攪拌樁（3×?850@600，套打）單樁長度一樣，比較沿基坑周長支護(hù)單價，前者是后者的2倍。事實上，本項目攪拌樁不可能達(dá)到咬合樁的樁長，似乎造價可進(jìn)一步節(jié)省，但達(dá)不到本項目嚴(yán)苛的止水要求，再節(jié)省的方案也是枉然。

1.2.2 基坑底豎向止水

1.2.2.1坑底是厚砂層

當(dāng)砂性土層較厚，止水帷幕難以穿透或穿透方案性價比不合適時，可考慮采取懸掛式止水墻（未穿透透水層）+坑底封底方案?？拥追獾卓刹扇「邏盒龂娀蚱渌线m的方法，在基坑底一定厚度內(nèi)形成足夠強度的水泥土截水底板，以截水底板自重、工程樁、擋土樁與截水底板之間的摩擦力來平衡地下水的浮托力，防止基坑坑底失移穩(wěn)和涌水。

基坑底封底截水的設(shè)計包括下列內(nèi)容：①抗彎和抗沖切的驗算；②抗?jié)B性驗算；③與工程樁結(jié)合處的摩擦阻力計算；④整體抗浮驗算。

1.2.2.2坑底是薄層不透水層，其下有承壓水

若基坑底土層為較薄不透水層，其下為強透水砂層，則砂層地下水一般為承壓水，當(dāng)上覆土重不足以抵擋下部的水壓時，就會發(fā)生基坑突涌，甚至導(dǎo)致?lián)跬翂w失穩(wěn)。

基底抗承壓水層的基坑穩(wěn)定性驗算可按以下規(guī)則進(jìn)行：

先考慮上覆土層重量與承壓水壓力平衡，此時的安全系數(shù)1.1～1.3。當(dāng)不滿足此條件時，對有空間效應(yīng)的小型基坑或較窄的條形基坑，可考慮上覆土層重量及其與支護(hù)壁的摩擦力與水壓力平衡，土與支護(hù)壁間的摩擦系數(shù)根據(jù)具體的工程的條件由實驗慎定，安全系數(shù)取1.2。若還不滿足穩(wěn)定條件，則應(yīng)采取一定的措施以防止基坑的失穩(wěn)，常見的有下面三種：①用隔水擋墻隔斷滯水層或承壓水層；②用深井點降低承壓水頭；③基坑底部地基加固。

1.3 對淤泥土，以“排”水固結(jié)為主

淤泥土層含水量高，但其含水為結(jié)合水，透水性、流動性差；淤泥力學(xué)性質(zhì)極差，所產(chǎn)生主動土壓力大，被動土壓力小，易發(fā)生邊坡坍塌或深層滑移?；釉O(shè)計需抓住這一主要矛盾，設(shè)法解決。從結(jié)構(gòu)角度解決不是本文討論的重點，本文側(cè)重從“水”的角度予以探討。

在深厚淤泥區(qū)，對開挖二層或以上地下室的深基坑，擋土樁要穿過淤泥層防止深層滑移，還需對擋土樁采用錨拉或支撐方式，采用此類結(jié)構(gòu)雖然造價高昂，但卻是必須的；而對開挖深度不大（一層地下室）的基坑，采用上述結(jié)構(gòu)，性價比就不是太好。如果工期允許，采用塑料板排水板+真空預(yù)壓（+聯(lián)合堆載）方案是一明智選擇，其原理就是把淤泥土中的結(jié)合水強行擠壓或吸附出來，通過豎向（塑料板排水板）、橫向（表層砂墊層、排水管）排水通道排出，降低淤泥層的含水量，提高土體的有效應(yīng)力，從而提高淤泥層的c、?值等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。此方案對深厚淤泥區(qū)的固結(jié)改良行之有效、且造價低廉，綜合效益較好。

案例三：珠海斗門某商住區(qū)地基處理。

擬建場地在地貌上屬于海陸交互相堆積地貌，場區(qū)上部20m深范圍內(nèi)地層如下：

1.3.1 素填土（Q4ml）層

褐黃、褐灰色，主要由風(fēng)化土組成，結(jié)構(gòu)松散，平均厚度4.3m。含水量w=27.7%，孔隙比e=0.841，標(biāo)貫擊數(shù)N=3.4擊。

1.3.2 第四系海陸交互相沉積（Q4mc）層

①淤泥：灰色～深灰色，含貝殼碎片，呈飽和的流塑狀態(tài)，局部夾薄層粉細(xì)砂層。平均厚度15.08m。含水量w=63.7%，液性指數(shù)IL=1.51，孔隙比e=1.771，壓縮系數(shù)α1～2=1.51MPa-1。

②粉質(zhì)粘土：黃褐色，呈飽和的可塑狀態(tài)，平均厚度4.86m。含水量w=27.6%，液性指數(shù)IL=0.49，孔隙比e=0.801，壓縮系數(shù)α1～2=0.37MPa-1，標(biāo)貫擊數(shù)N=5.4擊。

早年，開發(fā)商在此區(qū)域內(nèi)興建住宅，設(shè)一層地下室，從當(dāng)時現(xiàn)狀地面往下需開挖深約4m，基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力管樁，采用先打樁后放坡開挖地下室方案。結(jié)果，開挖中發(fā)生邊坡滑移，坑中管樁大部分發(fā)生傾斜、移位現(xiàn)象，不得不停止開挖。然后回填素土，重新補樁，并對坑底流塑狀淤泥進(jìn)行攪拌樁加固，基坑四周設(shè)計攪拌樁重力式擋墻結(jié)構(gòu)。如此折騰，耽誤工期三個多月，直接經(jīng)濟(jì)損失700多萬元。

經(jīng)此教訓(xùn)，開發(fā)商在此區(qū)域后期建設(shè)中，均有計劃、分期分片進(jìn)行塑料排水板+真空預(yù)壓（+聯(lián)合堆載）預(yù)壓地基處理。由于原始場地標(biāo)高比設(shè)計室外地坪標(biāo)高普遍低約1m，需繼續(xù)填土，于是在有地下室區(qū)域采用塑料排水板+真空預(yù)壓方案，在非地下室區(qū)域采用塑料排水板+真空預(yù)壓+聯(lián)合堆載方案（地下室結(jié)構(gòu)完成再開始室外地坪填土，實施聯(lián)合堆載）。設(shè)計塑料排水板長20m，間距0.9～1.2m。在地下室、小區(qū)道路等重要區(qū)域排水板布置間距取較小值，預(yù)壓荷載取較大值；景觀、綠化區(qū)域等非重要區(qū)域則反之。

地基處理前后，淤泥土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對比如表1。

表1 淤泥土加固前后物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對比

經(jīng)此處理，填土層及淤泥層力學(xué)性質(zhì)均得到改善，帶來如下收益：①地基土固結(jié)沉降1m左右，減小了基坑開挖深度及土方開挖量；②原地表疏松填土變得較為密實，大大緩解了打樁機作業(yè)過程中的下陷問題；③基坑支護(hù)采用分級大放坡開挖方案，除設(shè)計兩排?550@400攪拌樁止水帷幕外，未設(shè)擋土樁或土釘墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了基坑支護(hù)造價；④基坑開挖中未發(fā)生淤泥深層滑移或坑底隆起，避免了對已施工預(yù)應(yīng)力管樁的剪切破壞，原來開挖中出現(xiàn)的管樁傾斜現(xiàn)象不再發(fā)生；⑤坑底開挖承臺、澆筑墊層作業(yè)環(huán)境良好，避免了淤泥的流動對磚胎模或墊層的破壞；⑥降低了室外地面與結(jié)構(gòu)建筑的差異沉降，減輕了室外構(gòu)筑物或地下管網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)拉裂、脫落現(xiàn)象，室外道路、綠化帶沉降均勻，地表平坦，較之未進(jìn)行地基處理的小區(qū)，觀感大為改善，小區(qū)的品味、檔次明顯上了一個臺階。

1.4 對砂性土、粉質(zhì)粘性土地層，可采用“降”的方法

如建設(shè)項目場地開闊，周邊建構(gòu)筑物相距較遠(yuǎn)，所遇地層為砂性土、粉土、粉質(zhì)粘土，則基坑開挖可直接選用放坡+降水方案。對周邊土體降水的主要方法是井點降水。

井點降水法是在基坑四周埋設(shè)帶有濾水管的井點管，利用各種抽水設(shè)備，將地下水抽出，使基坑范圍內(nèi)的地下水降低至設(shè)計深度。井點降水法適用于不同幾何形狀的基坑，能起到克服流砂、管涌及穩(wěn)定邊坡的作用。

井點降水法包括輕型井點、噴射井點、管井井點等方法，各類方法的適用范圍見表2。

表2 各類井點的適用范圍

2 對水引起的基坑安全問題的應(yīng)急處理措施

2.1 砂性土地層事故處理

在砂性土地層，易發(fā)事故為流砂、管涌、基坑突涌，在粉細(xì)砂層因流砂還會導(dǎo)致坡體土方突然下陷坍塌，對此，基坑設(shè)計需作出應(yīng)急搶險預(yù)案?？梢暺鋰?yán)重程度，采用不同的措施：

①對涌水（砂）量不大的口子，按先引水堵砂、再用快干水泥修補裂口、最后堵水的步驟進(jìn)行。

②對于涌水（砂）量較大的口子，按①法已難止住外涌趨勢，則可往涌口打入灌漿花管，用雙液化學(xué)灌漿法（水泥漿+水玻璃），將坡體流砂全部或部分固結(jié)，再按①法完成封堵。

③對于涌水（砂）量很大的口子，按①、②法已難止住外涌趨勢，且邊坡變形加大，情形危急，可對突涌口局部回填土方，以平衡坑內(nèi)外水壓，然后再按②法處理，也可在邊坡上面往下打入灌漿管到涌口附近位置，再灌漿加固。

2.2 過大地面沉降處理

因井點降水引起的過大的地面沉降，或可能導(dǎo)致建構(gòu)筑物沉降及不均勻沉降，可采取“灌”或“隔”的措施。

2.2.1 砂溝回灌

若建筑物離基坑較遠(yuǎn)，且為較均勻的透水層，中間無隔水層，可采用砂溝回灌方法。即在降水井點與被保護(hù)建構(gòu)筑物之間設(shè)置一道砂溝，將井點抽出的水，適時、適量地排入砂溝，經(jīng)過砂溝回灌到地下，保持已有建筑物所在地原有的地下水位，使土顆粒所受有效應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，從而有效地防止降水的影響。

2.2.2 井點回灌

若建筑物離基坑近，且為弱透水層，或透水層中間夾有弱秀水層、隔水層時，則須用回灌井進(jìn)行回灌?；毓嗑c與抽水井之間應(yīng)保持一定距離，一般不宜少于5m?；毓嗑c的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)透水層的深度來定。要求回灌壓力不能過大，過大后會影響回灌井周邊的地層結(jié)構(gòu)，回灌壓力控制在0.05MPa左右?；毓噙^程中，對基坑內(nèi)觀測井和基坑外觀測井水位密切監(jiān)控，要求井位觀測每天一次。

回灌井點必須在降水井點抽水前或在抽水同時向土中注水，不得中斷。若其中一方因故停止工作，另一方亦應(yīng)停止工作，恢復(fù)工作也亦同時進(jìn)行。

將水注入回灌井里，井周圍的水位Hc就會不斷地上升，上升后的水位稱之為回灌水位Hc，由于回灌井中的回灌水位與地下水位之間形成一個水頭差，注入回灌井里的水才有可能向含水層里滲流，當(dāng)滲流量與注入量保持平衡時，回灌水位就不再繼續(xù)上升而穩(wěn)定下來，此時在回灌井周圍形成一個水位的上升錐，其形狀與抽水的下降漏斗十分相似，只是方向正好相反?；毓嗑畠?nèi)的回灌水位最高，向四周回觀水位逐漸降低，直至與地下水位相重合，由重合點到回灌井中心軸線的距離稱為回灌影響半徑Rc，回灌水位Hc與地下水位H之差稱為水位升幅Sc。

回灌井的回灌量與含水層的滲透性有密切關(guān)系，在不同滲透性的含水層，回灌井的回灌量差別很大。在保持一定的回灌量與滿足回灌效果的前提下，滲透性好的含水層中，回灌井中所需的回灌水位較??；反之滲透性越差，回灌井中所需回關(guān)的水位就越高。

2.2.3 隔離

在基坑與建構(gòu)筑物間，采用旋噴樁、深層攪拌樁、鉆孔灌注樁、鋼板樁形成隔水帷幕，減少對建構(gòu)筑物的影響。

2.3 對爆管涌水的處理

基坑周邊若有市政水管通過，尤其是水頭壓力大的給水管或消防水管，則需對該側(cè)基坑變形嚴(yán)格控制，比如采用增加預(yù)應(yīng)力錨索數(shù)量、加大錨索鎖定的預(yù)應(yīng)力等措施。因較大變形會導(dǎo)致水管拉裂，動水沖出，迅速滲入因變形導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)松散、裂縫眾多土體中，動水壓力加之驟然加大的主動土壓力，對擋土結(jié)構(gòu)構(gòu)成嚴(yán)重威肋。此為重大險情，須立即采取搶險措施?？砂慈缦虏襟E：

①電話通知供水部門或消防部門緊急到場搶修。②用機械或人工（機械附加荷載較大，可能危及基坑安全）快速開挖排水溝，將水導(dǎo)走。有條件則盡量導(dǎo)往遠(yuǎn)離基坑的低洼處，沒條件則直接導(dǎo)入基坑內(nèi)。避免動水匯集、滲入或沖蝕邊坡。③對邊坡變形進(jìn)行頻密持續(xù)觀測，直到險情解除。④調(diào)集挖掘機、泥土車等機械在坡上坡下待命作業(yè)，若發(fā)生變形超預(yù)警值，且還在持續(xù)加大，則須斷然采取邊坡卸荷或坡底填土反壓等措施。⑤待險情解除，有關(guān)各方需商定加固補強方案，得到批準(zhǔn)后，方能付諸實施。

3 結(jié)語

①水對基坑工程危害至大。若通過基坑設(shè)計消除或降低了水的危害，則基坑工程就成功了一半。②降低了土體含水量，則土顆粒間的有效應(yīng)力增大，土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)得以改善，有利基坑邊坡穩(wěn)定或降低支護(hù)結(jié)構(gòu)造價。尤其在深厚淤泥層，采用塑料排水板+預(yù)壓方案降低含水量，綜合效益良好。③在不同地層，水對基坑的危害原理、后果各不相同，降低含水量或阻止水滲透的方法也各不相同，設(shè)計者應(yīng)了然于胸，抓住主要矛盾。④對水的防范總會存在“百密一疏”的地方，基坑設(shè)計需對因水引發(fā)基坑問題的補救、搶險方案予以明確。