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）

隨著國民經濟快速發展，城市建設步入了快車道，尤其是城鎮住宅小區建設近些年得到了較快發展，以滿足城市化進程加快帶來的住房需求。河北省中東部地區地勢低平，淺層地下水埋深相對較小，地下水位較高，在住宅小區建設過程中，需要抽取地下水進行基坑降水。按照《取水許可和水資源費征收管理條例》規定，建設單位應當按照有關要求進行建設項目水資源論證，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。基坑降水涌水量的計算是基坑降水水資源論證中的一項重要內容，直接關系到項目取水量的大小[1]。由于建設的住宅小區多處于城區，根據建設住宅小區的周邊環境，多數基坑設置止水帷幕，以避免基坑降水對周邊環境造成影響。因此，在水資源論證報告書編制時，應根據基坑所設止水帷幕類型，依據相關規范采用相應的涌水量計算公式，提高水資源論證報告書質量，為取水許可審批和水資源費收取提供依據。

1 基坑降水類型

基坑施工中，為增加邊坡和坑底的穩定性，減少被開挖土體含水量，便于施工或防止突涌發生，需要對基坑進行降水，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，平原地區住宅小區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。基坑周圍未采取隔水措施的降水工程稱之為開放式降水，一般為坑內與坑外疏干降水。

（2）封閉式降水。基坑周邊設置了止水帷幕（隔水帷幕），止水帷幕隔斷了基坑內外含水層之間的地下水水平方向水力聯系，一般為坑內疏干降水[3]。根據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外含水層之間水平方向的聯系，懸掛式帷幕由于帷幕樁末端未插入隔水層，樁端存有繞流現象。在實際工作中，應根據止水帷幕樁長、基坑場地地質勘察報告確定止水帷幕類型。

（3）半封閉式降水。當基坑一側或兩側及局部采取隔水措施即設置止水帷幕時，僅局部隔斷了基坑內外含水層之間的地下水水力聯系，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，現行的國家、行業或地方標準，如《管井技術規范》（GB 50296-2014）、《建筑與市政工程地下水控制技術規范》（JGJ/T 111-2016）、《建筑基坑工程技術規程》（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基坑的具體情況及水文地質參數，采用規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

基坑周邊設置了封閉式止水帷幕，對基坑降水涌水量的計算，國家標準、行業標準和地方標準并不完全一致，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，《管井技術規范》（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地下水靜態儲變量。同時，該計算方法第3 條提出“應充分分析預估隔水帷幕的滲漏量，并在坑內設置降水管井”。對于如何確定或者預估帷幕的滲漏量，相關規范中并未說明。

行業標準《建筑與市政工程地下水控制技術規范》（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，對設有止水帷幕基坑涌水量的計算并未涉及。

由于國家標準、行業標準甚至部分省（市）地方標準中對設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，天津市地方標準《建筑基坑降水工程技術規程》（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為坑內疏干層范圍的水量（m3）；Q2為下伏未截斷的承壓層向坑內的越流量（m3）；Δhl為坑內降水設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規程》（DB/T29229-2014）。

由上面3 個公式可以看出，該標準將落底式止水帷幕基坑降水取水量分二部分計算，即帷幕內疏干層水量和帷幕內越流水量。對于沖積、湖積平原區，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置懸掛式止水帷幕情況較少，此類基坑降水較為復雜，涉及地下水動力學三維流問題。國內一些學者根據懸掛式止水帷幕底端地下水流態推導出不同的計算公式，如牛文等[5]利用達西定律分別推導出了基坑側面進水和基坑底部進水情景下的涌水量計算公式，并進行了分析討論；應惠清[6]利用繞流理論推導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。國家標準《管井技術規范》（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《建筑基坑工程技術規范》（DBJ04/T 306-2014）9.2.7 中明確：當采用懸掛式豎向截水帷幕時，基坑總穩定排水量可按“非完整井大井法”計算。

綜合《管井技術規范》（GB 50296-2014）和《建筑基坑工程技術規范》（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。其計算方法見規范中的非完整井計算公式。

2.3 局部設有止水帷幕基坑涌水量計算

在實際基坑工程中，根據周邊環境，基坑常常設置非封閉式止水帷幕，即基坑的局部設置止水帷幕（基坑的一側或兩側設置止水帷幕）。對此類基坑取水量的計算，現行的國家標準、行業標準及地方標準均未涉及，由于無標準、規范可依，水資源論證報告編制人員困惑較大。

對局部設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，影響系數大小根據止水帷幕長度確定，其依據是局部設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果更精確一些，至于如何確定止水帷幕影響系數，在以后工作中應進一步探討。

4 結論

止水帷幕不僅起到隔水作用，同時也起到一定支護作用，在住宅小區基坑工程中，根據基坑周邊環境常常需要設置不同類型的止水帷幕。基坑涌水量計算首先應確定基坑所設止水帷幕類型，再選取對應的計算方法，以提高取水量的計算精度。

（1）對封閉式止水帷幕，應根據止水帷幕樁長、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，依據相關規范規程采用相應的方法計算。

（2）對局部設有止水帷幕的基坑降水，有條件時，可通過數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。多數情況下，應按開放式降水計算之后再乘以止水帷幕影響系數來確定基坑涌水量，以提高該類基坑降水取水量的計算精度。