基坑防滲墻滲流控制效果評價研究

摘要：依托實際工程案例，建立簡化的二元結構基坑滲流模型，對不同防滲墻工況下的基坑滲流場分布特征和滲透特性變化規律進行分析研究。研究結果表明：防滲墻能起到有效控制防滲墻附近的滲流場的作用，其對滲流控制效果與貫入度呈正比。不同防滲墻貫入度工況下，對應的基坑等勢線圖存在較為明顯的差異，在防滲墻周圍更為明顯。90%防滲墻貫入度與50%防滲墻貫入度的滲流控制效果差異最為顯著。當基坑防滲墻的貫入度達到100%后，防滲墻形式由懸掛式防變為了落底式，而此時的垂直逸出比降和基坑單位流量均達到最小值，防滲效果最佳。提高防滲墻貫入度，對滲流控制作用增強，但可能會對周圍土體以及上游堤基的滲透性造成影響，導致滲流集中和失穩現象的發生。

關鍵詞：防滲墻；滲流控制；二元結構；貫入度

0" "引言

防滲是處理基坑地下水問題的重要手段，其效果往往影響著基坑的安全。目前，許多研究人員對基坑防滲進行了研究。韓秀娟等[1]基于南昌紅谷隧道項目，對富水地區基坑防滲墻的施工工藝進行了優化。李玉玲[2]將高壓灌漿技術應用到基坑防滲領域中，取得了良好的實用效果。基于飽和-非飽和滲流理論，陳駿峰和馮美果[3]對基坑穩定性進行了分析，并提出了基坑滲流控制措施和相關參數配置。李守德和于達[4]利用有限元軟件，對基坑防滲措施局部失效情況下基坑滲流場的變化情況做了研究。為解決基坑防滲問題，郝麗紅[5]將高壓旋噴樁應用于基坑防滲，與排樁聯合形成了防滲帷幕，起到了一定的防滲效果。黃維民[6]對超深基坑的防滲設計和施工工藝進行了優化。

本文依托實際工程案例，建立了簡化的二元結構基坑滲流模型，對不同防滲墻工況下的基坑滲流場分布特征和滲透特性變化規律進行了研究。在通過防滲墻進行滲流控制的同時，對周圍土體和其他結構造成的影響進行了探究。

2" "基坑防滲墻模型

2.1" " 幾何尺寸

目前工程中的防滲墻主要分為3類，分別為懸掛式防滲墻、封閉式防滲墻以及半封閉式防滲墻。底部的防滲依托層是非懸掛式防滲墻發揮防滲效果的關鍵，一般為不透水的基巖或透水性較弱的土層。本文研究的二元地基結構，下層是透水性較強的土層。該土層上方由弱透水層覆蓋，土層截面處容易形成一個承壓含水層，使地下水條件變得更加復雜，因此控制滲流成為保障基坑安全的一項重要措施。

某基坑的上部土層是由湖積黏性土為主構成的弱透水層，厚度約為15m，常有填土覆蓋。基坑下部則是則是強透水層，主要包含粉質黏土、粉砂互層和粉土等，厚度約為25m。根據工程條件，建立了二維典型計算模型，通過土堤代替實際工程中的防洪墻，土堤尺寸為12m×10m（長×寬），透水性較強，滲透系數為1×10-3cm/s。防滲墻厚度為1，滲透系數1×10-6cm/s，沿著軸線布置，貫入度為50%。設置厚度為10m的上部透水層，其滲透系數為1×10-5cm/s。設置50m厚的下部透水層，其滲透系數為1×10-3cm/s。二維典型計算模型如圖1所示。

2.2" " 模型參數和邊界條件

結合工程實際和相關研究，設置模型右側邊界為800m距離處，邊界類型為水頭邊界，其水位埋深為0。基坑的底部邊界沒有考慮超前排水，為逸出邊界條件。該模型用到的土體主要包含上下兩層的土層，其土工參數如表1所示。

3" "結果與討論

3.1" " 基坑滲流場分布

基坑底部邊界為逸出邊界。圖2為基坑開挖后不同防滲墻貫入度工況下的滲流場等勢線圖。圖2中的①表示無防滲墻工況，②表示防滲墻貫入度為50%的工況，而③則表示防滲墻貫入度為90%的工況。

從圖2中可以看出，不同防滲墻貫入度工況下對應的基坑等勢線圖存在較為明顯的差異，而該差異在防滲墻周圍更為明顯。對比不同工況之間的差異，90%防滲墻貫入度與50%防滲墻貫入度的差異最大。不存在防滲墻時，堤底滲流場的排水邊界即為基坑，基坑安全取決于堤壩的安全。

設置防滲墻后，基坑滲流場等勢線呈現出收縮態勢，防滲墻對堤底滲流場排水有一定的阻隔作用。由于防滲墻的阻隔，使得堤底滲流下來的地下水由防滲墻排入到模型底部的逸出邊界。這也說明，防滲墻能起到有效控制防滲墻附近的滲流場的作用，其對滲流控制效果與貫入度呈正比。

3.2" " 防滲墻貫入度對基坑出逸比降和流量的影響

圖3為基坑B點處垂直出逸比降和單位長度基坑流量隨防滲墻貫入度變化曲線。從3圖可以看出，隨著基坑防滲墻貫入度的增加，基坑垂直出逸比降隨之降低，且速率逐漸增加。在基坑防滲墻貫入度達到80%之后，基坑的垂直除以比降大幅下降。

觀察單位長度基坑流量隨基坑防滲墻貫入度變化曲線可發現，單位長度基坑流量呈現出與垂直出逸比降相類似的變化趨勢。隨著基坑防滲墻貫入度的增加，其單位長度的基坑流量降低，且斜率逐漸增加，降速越來越快。在基坑防滲墻貫入度達到80%之后，降低趨勢更為顯著，出現大幅度的流量減少。這也印證了上文的結論。

當基坑防滲墻貫入度達到100%之后，防滲墻形式由之前的懸掛式轉變為了落底式，而此時的垂直逸出比降和基坑單位流量均達到了最小值，防滲效果最佳。

圖4為在B點處基坑水平逸出比降隨防滲墻貫入度的變化曲線。當防滲墻貫入度為0%時，即未安置防滲墻時，水平逸出比降為土體的水平逸出比降；而當貫入度大于0%時，即存在防滲墻時，水平逸出比降為防滲墻的水平逸出比降數值。

從圖4中可以看出，隨著基坑防滲墻貫入度的增加，B點的水平逸出比降呈現上升態勢。在貫入度10%～90%之間時斜率較為穩定，B點的水平逸出比降呈現線性增加。而在貫入度0～10%和大于90%之后，上升態勢更為顯著，B點的水平逸出比降呈現大幅度提升。

這種現象對應防滲墻的形態。0～10%防滲墻貫入度，對應的是防滲墻由無到有的過程；而90%～100%貫入度，則對應防滲墻由之前的懸掛式逐漸轉變成為了落底式。在該兩段區間內，防滲墻的水平出逸比降出現大幅變化，說明隨著防滲墻貫入度提高，對滲流控制作用逐漸增強。同時也可能會對周圍土體以及上游堤基的滲透性造成影響，導致滲流集中和失穩現象的發生。

圖5為C點和D點的水平滲透比降隨防滲墻貫入度變化的情況。由上文可知，C點為基坑防滲墻底面，而D點對應了承壓含水層底面。從圖5可以看出，隨著基坑防滲墻貫入度的增加，C點和D點的水平滲透比降隨之增加，且增加速率逐漸加快，呈現出指數增加。

對比C點和D點兩條曲線發現，在基坑防滲墻貫入度小于90%工況下，C點的水平滲透比降要小于D點。而隨著貫入度的提高，接近100%時，C點和D點位置接近。在貫入度達到90%之后，C、D兩點的水平滲透比降數值呈現接近趨勢。這也說明，隨著防滲等級的提高，周圍土體的滲透比降有所增加，可能導致土體發生管涌破壞等，對基坑安全形成威脅。

3.3" " 堤腳出逸比降

圖6為防洪墻的堤腳垂直出逸比降隨防滲墻貫入度的變化情況。從圖6可以看出，堤腳的垂直逸出比降，隨防滲墻貫入度的提高呈現出指數增長。當防滲墻由懸掛式轉變為落底式防滲墻后，堤腳垂直出逸比降數值達到頂點，約為0.85。這種現象也表明，通過防滲墻提高防滲等級，會對堤基的滲透穩定性造成不利影響。

4" "結論

本文依托實際工程案例，建立了簡化的二元結構基坑滲流模型，研究了不同防滲墻工況下的基坑滲流場分布特征和滲透特性變化規律，以及在通過防滲墻進行滲流控制的同時對周圍土體和其他結構造成的影響。得到主要結論如下：

防滲墻能起到有效控制防滲墻附近的滲流場的作用，其對滲流控制效果與貫入度呈正比。不同防滲墻貫入度工況下，對應的基坑等勢線圖存在較為明顯的差異，在防滲墻周圍更為明顯。90%防滲墻貫入度與50%防滲墻貫入度的滲流控制效果差異最為顯著。

當基坑防滲墻貫入度達到100%之后，防滲墻形式由之前的懸掛式轉變為了落底式，而此時的垂直逸出比降和基坑單位流量均達到最小值，防滲效果最佳。防滲墻貫入度的提高，對滲流控制作用有所增強，但可能會對周圍土體以及上游堤基的滲透性造成影響，導致滲流集中和失穩現象的發生。

參考文獻

[1] 韓秀娟，陳旺，王秋林.南昌紅谷隧道臨江富水砂層干塢基坑防滲墻施工技術[J].隧道建設，2015，35（10）：1082-1088.

[2] 李玉玲.高壓噴射灌漿技術在泵站基坑防滲中的應用[J].中國水運（下半月），2022，22（2）：100-102.

[3] 陳駿峰，馮美果.基于飽和-非飽和滲流理論的基坑防滲措施分析[J].巖土力學，2009，30（5）：1425-1430.

[4] 李守德，于達.基坑防滲體局部失效滲流場變化特征[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2005（10）：6-9.

[5] 郝麗紅.高壓旋噴樁在基坑防滲工程中的應用[J].青海大學學報（自然科學版），2009，27（5）：4-6.

[6] 黃維民，田志剛，王召勝.超深基坑防滲設計和施工研究[J].路基工程，2011（6）：147-149.