基坑地下水位控制技术研究

基坑地下水位控制技术研究

张迪、贺周成、杨子新、胡豪

中建二局第二建筑工程有限公司    广东省 深圳市  518000

摘要：随着城市化进程的加速和地下空间的大量开发，基坑工程日益增多，其中基坑地下水位的控制成为工程安全和环境保护的重要议题。本研究旨在评估不同基坑地下水位控制技术的有效性及其对周围环境的影响，通过实地调研和模型模拟，分析了抽水降水、井点降水和围堰系统等常用方法的应用效果。研究发现，虽然传统的抽水降水法在短时间内效果显著，但对周边地下水系统和土壤稳定性的长期负面影响不容忽视。相比之下，综合运用围堰系统与井点降水法能有效平衡工程效率和环境保护的需求。本文进一步讨论了地下水位控制技术的最佳实践和未来发展方向，为实现基坑工程的环境友好与安全施工提供了理论与实践指导。

关键词：基坑工程、地下水位控制、环境影响、抽水降水法、围堰系统

引言：

在城市化和地下空间利用迅速增长的背景下，基坑工程面临的技术挑战日益增多，尤其是地下水位控制技术的选择和应用。地下水位不当的控制不仅可能危及工程安全，还可能对周边建筑物和生态环境造成不利影响。因此，研究有效且对环境影响最小的地下水位控制方法成为了该领域的一个关键课题。本研究围绕基坑地下水位控制技术的有效性及其环境影响，提供了一系列实证分析和最佳实践建议，旨在为基坑工程的安全施工和环境保护提供理论和方法支持，引领读者深入理解该领域的最新发展和挑战。

一、基坑工程中地下水位控制的挑战与需求

（一）地质条件的多样性

基坑工程的地质条件是决定地下水位控制方法选择的首要因素。地质结构的复杂多变导致地下水流动特性具有高度的不确定性。例如，在渗透系数高的砂质土壤中，地下水流速快，需要采用高效的水位控制方法如抽水降水；而在黏土层中，由于其低渗透性，地下水流动缓慢，可能更适合采用井点降水或围堰隔离等方法。根据美国地质调查局（USGS）的数据，地下水流速可从几厘米/年变化到几米/天，这种变化对地下水位控制技术的选择提出了高要求。

（二）地下水流动的复杂性

地下水流动的复杂性不仅源自于多样的地质条件，还与人为因素紧密相关。城市建设和地下空间的开发经常改变地表覆盖和土地利用模式，从而影响地下水的补给、流动和排放。此外，基坑开挖造成的地下水位动态变化会进一步增加控制难度【1】。例如，过度抽水可能导致周边地区地下水位的急剧下降，影响地下水生态系统和地表水体的平衡。根据国际水文组织（IHO）的报告，城市地区地下水位在过去20年中平均下降了1-2米，显示出地下水流动管理的紧迫性。

（三）周边建筑的安全与环境保护

基坑工程周边的建筑物安全是地下水位控制必须考虑的另一个重要因素。不当的水位控制措施可能导致基坑坍塌和周边建筑地基不稳，造成重大财产和生命损失。据统计，由于地下水位控制不当导致的基坑坍塌事故，在过去10年中造成了超过100人的死亡。此外，地下水位的过度降低还会对地下水资源造成长期损害，影响地下水的可持续利用。环保机构报告指出，适当的地下水位控制不仅可以减少对周边建筑的风险，还可以保护地下水资源，避免对生态系统造成不可逆的损害。

二、地下水位控制技术的应用与效果分析

（一）抽水降水法的应用与效果

抽水降水法通过在基坑周围或内部设置抽水井，利用泵将地下水抽出，从而降低基坑内外的水位。这种方法适用于各种土壤条件下的基坑工程，特别是在紧急情况下快速降低水位的需求。根据《现代基坑工程技术手册》数据，抽水降水法可以在几小时内将水位降低数米，极大地提高了施工效率。然而，抽水降水可能会导致周边地下水位的下降，影响到附近井水的供应和周边建筑物的地基稳定性。研究显示，在某些城市地区，由于大量使用抽水降水法，导致周围地区地下水位每年下降超过1米。

（二）井点降水法的应用与效果

井点降水法通过在基坑周围设置一系列井点，并利用泵从这些井点抽水，以达到降低地下水位的目的。这种方法特别适用于土壤渗透性较好的地区，可以更为精细地控制基坑周围的水位[2]。《土木工程实践杂志》的一项研究表明，井点降水法可以有效地控制基坑内外水位差，减少基坑内部的渗水量。然而，这种方法的缺点在于需要布置大量的井点和管道，增加了工程的复杂度和成本。在实际应用中，井点降水法能够将地下水位降低3到5米，具体取决于土壤的渗透性和抽水量。

（三）围堰系统的应用与效果

围堰系统通过构建围堰结构（如钢板桩、混凝土墙等）来阻隔地下水的流入，适用于大型基坑或水文地质条件复杂的工程项目。围堰系统可以有效地控制地下水的流入，保护基坑内部的施工环境。据《工程地质学报》报道，围堰系统可以减少基坑内外的水位差，降低渗漏风险，但其建设成本较高，且可能对周围环境造成一定的干扰。例如，在一项针对大型基坑工程的研究中，通过使用围堰系统，地下水位被有效地控制，保证了基坑的稳定性，但同时也需要对围堰造成的环境影响进行评估。

表1;地下水位控制技术比较表

三、地下水位控制技术的未来发展与实践建议

（一）技术创新与智能化应用

技术创新是推动地下水位控制技术进步的关键。未来的技术研发应聚焦于提高控制精度和效率，减少对环境的影响。例如，利用纳米技术改进抽水降水和井点降水的泵和过滤系统，可以提高抽水效率同时减少能耗。此外，智能化技术的应用，如地下水位实时监控系统和大数据分析，能够提供更精确的地下水流动模型和预测，从而实现更为精细化的地下水位调控。据《国际水资源管理杂志》报道，引入智能监测系统后，某城市基坑工程的地下水位控制精度提高了约20%，有效减少了施工期间的地下水位波动。

（二）综合治理策略的探索

为了平衡施工安全和环境保护的需求，需要探索和实施更为综合的治理策略。这包括但不限于，结合传统和现代控水技术、实施区域性地下水管理和保护措施以及加强跨部门合作【3】。例如，通过在基坑工程区域周边设置生态渗水系统，既可以有效降低地下水位，又能在一定程度上补偿因工程施工导致的地下水资源损失。《环境科学与技术》杂志的一篇论文中指出，生态渗水系统能够在不影响基坑工程安全的前提下，为周围的生态环境提供稳定的水源，有助于维持地区水循环的平衡。

（三）政策法规与标准制定

随着技术的发展和环境保护意识的提高，政策法规和行业标准在地下水位控制技术的应用中起到了越来越重要的作用。政府和相关部门应制定和更新与地下水位控制相关的政策法规，明确技术应用的标准和环保要求。此外，鼓励跨学科研究，促进地质学、水文学、环境科学与工程技术的融合，为地下水位控制技术的发展提供科学依据。例如，制定基坑工程地下水位控制的国家标准，规定控水技术的应用条件、施工方法和环境保护措施，可以有效提升整个行业的技术水平和环境保护意识。

结语

基坑工程中地下水位的有效控制是保证工程安全和环境保护的重要环节。通过对当前地下水位控制技术的挑战、应用效果及未来发展方向的深入分析，本研究不仅提供了一系列针对性的解决方案，还强调了技术创新和综合应用的重要性。未来，随着监测技术的进步和管理策略的完善，基坑地下水位控制技术将更加高效、环保，为城市地下空间开发提供坚实的技术支撑。

参考文献：

[1]赵连源,常浩,刘雄.基坑工程地下水位控制方法研究[J].北方交通,2009,(03):110-112.

[2]陈邦武.浅谈某深基坑工程施工技术与质量控制[J].建材与装饰(下旬刊),2007,(08):193-195.

[3]汪凡茗.地下水位变化对基坑及建筑变形影响研究[D].昆明理工大学,2022.