不同类型止水帷幕基坑涌水量计算方法探讨

张雅洁

（河北省沧州水文勘测研究中心，河北 沧州 061000）

随着国民经济快速发展，城市建设步入了快车道，尤其是城镇住宅小区建设近些年得到了较快发展，以满足城市化进程加快带来的住房需求。河北省中东部地区地势低平，浅层地下水埋深相对较小，地下水位较高，在住宅小区建设过程中，需要抽取地下水进行基坑降水。按照《取水许可和水资源费征收管理条例》规定，建设单位应当按照有关要求进行建设项目水资源论证，提交水资源论证报告书，省人民政府水行政主管部门审查同意后，依法办理取水许可审批手续。基坑降水涌水量的计算是基坑降水水资源论证中的一项重要内容，直接关系到项目取水量的大小[1]。由于建设的住宅小区多处于城区，根据建设住宅小区的周边环境，多数基坑设置止水帷幕，以避免基坑降水对周边环境造成影响。因此，在水资源论证报告书编制时，应根据基坑所设止水帷幕类型，依据相关规范采用相应的涌水量计算公式，提高水资源论证报告书质量，为取水许可审批和水资源费收取提供依据。

1 基坑降水类型

基坑施工中，为增加边坡和坑底的稳定性，减少被开挖土体含水量，便于施工或防止突涌发生，需要对基坑进行降水，基坑降水分为疏干降水和减压降水[2]。减压降水主要涉及承压水，平原地区住宅小区基坑降水主要涉及潜水，因此减压降水涌水量的计算在此不予讨论。本文主要对基坑疏干降水进行分析讨论。疏干降水主要分为以下3种类型。

（1）开放式降水。基坑周围未采取隔水措施的降水工程称之为开放式降水，一般为坑内与坑外疏干降水。

（2）封闭式降水。基坑周边设置了止水帷幕（隔水帷幕），止水帷幕隔断了基坑内外含水层之间的地下水水平方向水力联系，一般为坑内疏干降水[3]。根据止水帷幕桩端插入土层的岩性，封闭式止水帷幕分为落地式止水帷幕和悬挂式止水帷幕[4]。止水帷幕桩端插入到黏土、粉质黏土层的止水帷幕称之为落地式止水帷幕；止水帷幕桩端插入到粉土、粉砂层的称之为悬挂式止水帷幕。从理论上讲，落地式帷幕割断了基坑内外含水层之间水平方向的联系，悬挂式帷幕由于帷幕桩末端未插入隔水层，桩端存有绕流现象。在实际工作中，应根据止水帷幕桩长、基坑场地地质勘察报告确定止水帷幕类型。

（3）半封闭式降水。当基坑一侧或两侧及局部采取隔水措施即设置止水帷幕时，仅局部隔断了基坑内外含水层之间的地下水水力联系，为半封闭式降水。

2 基坑降水涌水量计算

2.1 基坑开放式降水涌水量计算

对于基坑开放式降水，现行的国家、行业或地方标准，如《管井技术规范》（GB 50296-2014）、《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ/T 111-2016）、《建筑基坑工程技术规程》（DB13（J）133-2012）等，均给出了基坑开放式降水涌水量的计算方法。因此，对开放式基坑降水只要根据基坑的具体情况及水文地质参数，采用规范中的计算方法即可。

本文主要讨论封闭式、半封闭式基坑降水涌水量的计算问题。

2.2 封闭式止水帷幕基坑涌水量计算

基坑周边设置了封闭式止水帷幕，对基坑降水涌水量的计算，国家标准、行业标准和地方标准并不完全一致，这就造成了对此类基坑降水涌水量计算方法不一、计算结果也差异较大的问题，给水资源论证评审工作带来一定困难。

2.2.1 落底式止水帷幕基坑涌水量计算

对落底式止水帷幕基坑涌水量，《管井技术规范》（GB 50296-2014）附录B基坑涌水量计算中明确：基坑帷幕插入降水含水层的隔水层，降水以疏干坑内地下水为目的。潜水疏干时基坑取水量估算式为：

式中：Q为基坑内总抽出水量（m3）；μ为给水度；F为基坑面积（m2）；S为含水层顶板至设计安全水位距离（m）。

从式（1）的物理意义看，式（1）计算的是基坑范围内地下水静态储变量。同时，该计算方法第3 条提出“应充分分析预估隔水帷幕的渗漏量，并在坑内设置降水管井”。对于如何确定或者预估帷幕的渗漏量，相关规范中并未说明。

行业标准《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ/T 111-2016）附录B 中，仅给出了开放式降水基坑涌水量的计算，对设有止水帷幕基坑涌水量的计算并未涉及。

由于国家标准、行业标准甚至部分省（市）地方标准中对设有止水帷幕基坑降水涌水量的计算未涉及或者虽有涉及但不全面，工作人员因采用的基坑涌水量计算方法不同，计算结果差异较大，这给水资源论证评审工作带来一定难度。

对落底式止水帷幕基坑降水取水量，天津市地方标准《建筑基坑降水工程技术规程》（DB/T 29229-2014）中有如下计算方法：

式中：Qw为基坑疏干降水总出水量（m3）；Q1为坑内疏干层范围的水量（m3）；Q2为下伏未截断的承压层向坑内的越流量（m3）；Δhl为坑内降水设计的目的水位与越流承压水头的水头差（m）；其余符号意义见《建筑基坑降水工程技术规程》（DB/T29229-2014）。

由上面3 个公式可以看出，该标准将落底式止水帷幕基坑降水取水量分二部分计算，即帷幕内疏干层水量和帷幕内越流水量。对于冲积、湖积平原区，可采用式（2）—（4）的方法计算落底式止水帷幕基坑的取水量。

2.2.2 悬挂式止水帷幕基坑涌水量计算

在基坑降水工程中设置悬挂式止水帷幕情况较少，此类基坑降水较为复杂，涉及地下水动力学三维流问题。国内一些学者根据悬挂式止水帷幕底端地下水流态推导出不同的计算公式，如牛文等[5]利用达西定律分别推导出了基坑侧面进水和基坑底部进水情景下的涌水量计算公式，并进行了分析讨论；应惠清[6]利用绕流理论推导出悬挂式止水帷幕绕流涌水量计算公式。上述方法均有一定使用条件限制。国家标准《管井技术规范》（GB 50296-2014）附录B中将悬挂式止水帷幕分为2种情形：①抽水井过滤器底端与止水帷幕底端接近，基坑渗流为三维流，可建立三维渗流模型通过数值方法（有限元或有限差分）求解；②管井过滤器全部或大部分超出帷幕底端埋深时可不计三维流影响，可按“大井法”公式计算。山西省《建筑基坑工程技术规范》（DBJ04/T 306-2014）9.2.7 中明确：当采用悬挂式竖向截水帷幕时，基坑总稳定排水量可按“非完整井大井法”计算。

综合《管井技术规范》（GB 50296-2014）和《建筑基坑工程技术规范》（DBJ04/T306-2014），对于悬挂式止水帷幕基坑涌水量的计算采用“非完整井大井法”较为妥当。其计算方法见规范中的非完整井计算公式。

2.3 局部设有止水帷幕基坑涌水量计算

在实际基坑工程中，根据周边环境，基坑常常设置非封闭式止水帷幕，即基坑的局部设置止水帷幕（基坑的一侧或两侧设置止水帷幕）。对此类基坑取水量的计算，现行的国家标准、行业标准及地方标准均未涉及，由于无标准、规范可依，水资源论证报告编制人员困惑较大。

对局部设有止水帷幕基坑涌水量的计算，目前水资源论证报告编制人员常用2 种方法：①不考虑局部设置的止水帷幕，按开放式降水计算基坑涌水量，局部止水帷幕对基坑开放式降水影响较小可忽略，显然该方法计算结果偏大；②按开放式降水计算基坑涌水量，之后再乘以止水帷幕影响系数，影响系数大小根据止水帷幕长度确定，其依据是局部设置止水帷幕对基坑降水总要有一定影响。第二种计算方法的基坑涌水量计算结果更精确一些，至于如何确定止水帷幕影响系数，在以后工作中应进一步探讨。

4 结论

止水帷幕不仅起到隔水作用，同时也起到一定支护作用，在住宅小区基坑工程中，根据基坑周边环境常常需要设置不同类型的止水帷幕。基坑涌水量计算首先应确定基坑所设止水帷幕类型，再选取对应的计算方法，以提高取水量的计算精度。

（1）对封闭式止水帷幕，应根据止水帷幕桩长、场地地勘资料、降水井深度等，首先确定止水帷幕是落底式还是悬挂式，依据相关规范规程采用相应的方法计算。

（2）对局部设有止水帷幕的基坑降水，有条件时，可通过数值模拟计算确定基坑涌水量。完全按照开放式降水计算基坑涌水量，其结果偏大，只有在止水帷幕长度与基坑周长比值很小的情况下，可采用开放式降水计算。多数情况下，应按开放式降水计算之后再乘以止水帷幕影响系数来确定基坑涌水量，以提高该类基坑降水取水量的计算精度。