深基坑抽水回灌的二次效应分析

摘要：深基坑的降水回灌会引起基坑周围地下水位和土的物理性质和力学性质改变。基坑内抽出的水回灌到潜水含水层，引起潜水位上升，在水位变化带内土体含水量增大，c、φ值减小，水、土压力都发生了改变。当基坑内抽出的水回灌到深层的承压含水层内时，承压水头上升，不利于基坑底部抗隆起，也可能对相邻基坑产生不利影响。这些由于抽水回灌所引起的变化称为二次效应。

关键词：深基坑 抽水回灌 二次效应

the secondary effectiveness analysis of drainage

recycling in draining of deep foundation

pit project

深基坑的降水回灌会引起基坑周围地下水位和土的物理性质和力学性质改变。基坑内抽出的水回灌到潜水含水层，引起潜水位上升，在水位变化带内土体含水量增大，c、φ值减小，水、土压力都发生了改变。当基坑内抽出的水回灌到深层的承压含水层内时，承压水头上升，不利于基坑底部抗隆起，也可能对相邻基坑产生不利影响。这些由于抽水回灌所引起的变化称为二次效应。

1　降水引起水位变化带内的侧压力变化

1.1　基坑内外无渗流条件下的侧压力变化

基坑内以一定流量抽水，并回灌到基坑外的潜水含水层中，基坑内外无水力联系。主动土压力区水位上升，被动土压力区水位下降，水位变化带内土体的物理和力学性质指标均发生变化，作用在支护结构上的侧压力也相应改变。从水位变化前后砂土的侧压力计算结果可知，水位变化带内侧压力增加很大，对粗颗粒土来说，水位上升后水位变化带内侧压力增加了60％～120％，土颗粒越粗，侧压力改变越大；对同一种土，孔隙比越小侧压力增加越大。因此，建议对水位变化带范围内的主动土压力应乘以修正系数1.6～2.2(粗颗粒土取大值，细颗粒土取小值)；被动土压力应乘以修正系数1.5(对砂土而言)。基坑底部一般为粘土或水泥土，水位升降对被动区土的侧压力改变较小。

1.2　基坑内外有渗流时作用在支护结构上的侧压力

基坑的防渗帷幕打入弱透水层中，井点降水以维持基坑开挖为目的。基坑内外有水力联系，在基坑周围产生了渗流力，其方向与流线的方向一致；在基坑外侧产生向下的渗流力，在基坑底部产生向上的渗流力。其作用结果就相当于土体的重度增加或减小。水位以下支护结构上的主动土压力和被动土压力为：

式中p a、p p分别为水位变化带主、被动土压力强度(kpa)；k a、k p分别为主、被动土压力系数；γ、γ′分别为水位变化带土体的天然重度和浮重度(kn/m3)；γ wiz为渗流力(kn/m3)；γ wh为水位变化带的静水压力(kpa)；β为静水压力修正系数；h为水位变化高度(m)；c为水位变化带土体内聚力(kpa)；i z为深度z处的水力坡度，可根据流网图求得。

从上式可知，考虑渗流力时，主动土压力增大，被动土压力减小。

2　深层回灌对基坑隆起的影响

基坑抽出的水回灌到深部的承压含水层内，使承压水头抬高。因此，按天然状态的承压水头进行基坑抗隆起验算肯定不安全，应该考虑回灌所引起的水位变化。水位变化后承压水压力应小于隔水顶板的自重。回灌后的承压水头在设计阶段很难确定，它涉及到整个承压含水层的补给、径流问题，但可通过控制回灌层的水头高度来保证基坑稳定。因此，基坑抽水回灌时，宜在承压含水层布置观测井，用以观测承压水头的变化。另外，基坑降水宜采用间歇式，使开挖和降水穿行，这样既不误工，又控制了承压水头持续上升。

3　基坑出现水抽不干现象的分析

当回灌层与降水含水层之间有水力联系时(图1)，回灌后的地下水会重新流入抽水井内，因此，回灌井不能和抽水井在同一层。浅层抽水应深层回灌，深层抽水则应浅层回灌。同时，应了解隔水层的分布是否有不连续或有竖向裂隙存在，这些都是地下水渗流通道，是造成基坑水抽不干的主要原因。

图1 抽水层与回灌层之间有水力联系

(a)抽水回灌同层；(b)抽水层与回灌层之间的粘土层不连续

4　降水回灌对附近地下工程的影响

深层回灌引起承压水头上升，不仅影响本基坑底部稳定，也影响附近基坑底部的稳定，尤其是当附近基坑比正在抽水回灌的基坑深时，这种影响更大(图2)。回灌使整个承压含水层水位抬高，对相邻基坑也会产生影响，但验算基坑抗隆起时相邻基坑的影响是无法考虑的，只能在基坑降水过程中，在相邻基坑布置观测孔，监测水位变化，以保证基底安全。

图2 回灌对附近基坑的影响

5　结论

(1) 抽水回灌引起水位变化带的主动土压力增加60％～120％，被动土压力增加50％左右，因此设计支护结构时，水位变化带的侧压力应该乘以修正系数。

(2) 基坑周围有渗流时，主动土压力增大，被动土压力减小。

(3) 深层回灌引起承压水头抬高，对基坑底部抗隆起不利，应采取间歇式降水控制地下水位持续上升。

(4) 基坑出现抽不干现象是由于回灌层选择不合理。相邻基坑降水回灌会相互影响，相对浅的基坑深层回灌时，对相对较深的基坑影响更大。

参考文献

1 孙淑贤.工程降水引起作用在基坑支护结构上的侧压力改变研究.烟台大学学报，1998，(2)：148～152.