水利水电工程深基坑开挖施工降水技术与变形控制

一、引言

随着水利水电事业的快速发展，大型水利工程项目不断涌现，其中涉及大量深基坑开挖作业。深基坑工程由于其深度大、地质条件复杂等特点，在施工过程中面临着诸多挑战，尤其是地下水的处理和基坑变形的控制。若降水措施不当或对变形缺乏有效监控，可能导致周边建筑物沉降、道路开裂、地下管线损坏等一系列问题，严重影响工程安全与质量。因此，研究适用于水利水电工程深基坑开挖的施工降水技术与变形控制方法具有重要的现实意义。

二、水利水电工程深基坑特点及难点

（一）特点

1.规模宏大：通常为了容纳大型水工建筑物的基础结构，如大坝、电站厂房等，深基坑的平面尺寸较大，深度也较深，往往达到数十米甚至上百米。

2.地质多样性：跨越不同的地貌单元和岩土层，可能遇到软土、砂砾石、岩石等多种地质类型，且地层的均匀性和稳定性差异显著。

3.高水头压力：受河流、水库等水体影响，地下水位较高，存在较大的水头差，给降水工作带来巨大压力。

（二）难点

1.涌水量大：丰富的地下水源使得基坑开挖时涌水量惊人，需要强大的排水系统才能维持干燥的施工环境。2.渗透破坏风险高：在动水压力作用下，易发生流沙、管涌等渗透破坏现象，威胁基坑边坡稳定和底部结构安全。

3.周边环境敏感：邻近既有建（构）筑物、交通设施和地下管线，对沉降变形要求严格，稍有不慎就可能引发安全事故和社会问题。

三、深基坑开挖施工降水技术

（一）轻型井点降水

1.原理：利用真空原理，通过连接管将井点内的水抽出，降低地下水位。一般由总管、滤管、弯联管及水泵组成系统。适用于渗透系数较小的粉质黏土、粉砂等地层，降水深度通常不超过6m。

2.优点：设备简单、成本较低、易于操作和管理。可按需调整井点间距和布置方式，灵活性较强。

3.缺点：当土层渗透性较差时，降水效果有限；对于大面积深基坑，需设置大量井点，占用场地空间较大。（二）喷射井点降水

1.原理：借助高压射流将空气带入井管内形成混合气流，使井管内的水迅速汽化排出，从而达到降低水位的目的。能有效克服较重的土体阻力，适用于中等至强透水性的地层，降水深度可达8 - 20m。

2.优点：降水效率高，可在较短时间内大幅降低地下水位；适用于较深的基坑开挖，尤其在当地下水位较高且土层颗粒较粗的情况下优势明显。

3.缺点：设备相对复杂，能耗较高；运行时噪音较大，可能对周边环境产生一定干扰。

（三）管井井点降水

1.原理：每个管井单独用一台水泵抽取地下水，各井相互独立工作。可根据基坑形状和大小灵活布置，适用于各种地质条件，特别是渗透性强的砂砾石层，降水深度大，一般超过15m。

优点：单井出水量较大，能快速排除大量地下水；可根据实际需求增减井的数量和位置，适应性广。3.缺点：成井工艺要求较高，若井壁质量不佳容易出现塌孔等问题；长期运行可能导致周围地面过度沉降。（四）截水帷幕结合疏干井降水

1.原理：先施工一道连续的截水帷幕（如深层搅拌桩、旋喷桩等），阻断外部地下水流入基坑，再在基坑内设置适量的疏干井抽出残留积水。这种组合方式综合了截水和排水的优点。

2.优点：既能有效减少进入基坑的水量，又能保证基坑内必要的排水需求；对周边环境的影响较小，有利于控制地面沉降。

3.缺点：截水帷幕施工难度较大，质量不易保证；疏干井的布局需要精心设计，否则可能出现局部积水现象。四、基坑变形影响因素分析

（一）地质因素

1.土体性质：软弱黏土具有压缩性高、抗剪强度低的特点，在荷载作用下容易产生较大的沉降变形；而砂土可能因振动引发液化，导致地基失稳。不同土层的分布厚度和埋藏顺序也会影响整体变形特征。

2.地下水位变化：地下水位下降会使土体有效应力增加，引起固结沉降；反之，水位上升则会减小有效应力，降低土体承载力，甚至导致浮起现象。此外，渗流力的存在也可能加剧土体的位移变形。

（二）施工因素

1.开挖速度与顺序：过快的开挖速度会使土体来不及充分排水固结，导致应力集中和过大的侧向位移；不合理的开挖顺序可能破坏原有的受力平衡状态，诱发不均匀沉降。例如，采用岛式开挖时，周边土体的约束作用减弱，中部区域易下沉。

2.支护结构刚度与稳定性：支护体系的强度、刚度不足或连接节点松动都会削弱其对土体的支撑能力，无法有效抵抗水土压力引起的变形。如排桩支护结构的桩间距过大、冠梁截面尺寸过小等情况都可能影响整体稳定性。

（三）外部荷载因素

1.临近建筑物附加应力：周边建筑物的基础传来的压力会传递到基坑周围的土体中，改变土体的应力场分布，促使土体向基坑方向移动，加大变形量。特别是在浅基础建筑物附近施工时，这种影响更为显著。

2.车辆通行震动影响：重型运输车辆频繁行驶产生的震动波会在土体中传播，扰动颗粒间的相对位置关系，降低土体的密实度和抗变形能力，进而引起微小但持续累积的变形。

五、基坑变形监测与控制措施

（一）监测内容与方法

1.监测项目：包括水平位移、垂直沉降、倾斜度、裂缝开展情况等。常用监测仪器有全站仪、水准仪、测斜仪、应变计等。通过在基坑周边及内部关键部位布置监测点，定期采集数据进行分析评估。2.数据处理与预警机制：运用专业软件对监测数据进行处理，绘制变形曲线图，对比历次测量结果判断变形

发展趋势。设定合理的预警阈值，一旦超过限值立即启动应急预案，采取相应措施进行调整。

（二）控制措施

1.优化支护设计方案：根据地质勘察报告和周边环境条件，选择合适的支护形式（如悬臂式排桩、锚杆支护、地下连续墙等），并通过计算确定合理的参数（桩长、桩径、锚杆长度与间距等）。必要时可采用复合式支护结构增强整体稳定性。

2.控制开挖节奏与步序：遵循“分层开挖、先撑后挖”的原则，严格控制每层的开挖深度和时间间隔。采用对称均衡的开挖方式，避免单侧土压力过大造成偏心荷载下的不利变形。

3.及时回灌补给地下水：在保证基坑施工安全的前提下，适时向已降水区域回灌适量的水，维持一定的地下水位高度，减小因水位骤降引起的地面沉降。可通过设置回灌井或利用原有降水井反向注水实现。

六、结论与展望

综上所述，水利水电工程深基坑开挖施工 形控制是相辅相成的两个重要方面。在选择降水方法时，应综合考虑地质条件、基坑 术成熟、经济合理的方案。同时，要高度重视基坑变形监测工作， 确保施工安全。未来，随着科技的进步和新设备的研发应用，如智 普及，有望进一步提高深基坑工程的安全性和经济性。此外，多学科 模拟技术引入到降水设计和变形预测中，能够更加精准地指导工程施工实践。

参考文献

[1] . 岩土工程学 [M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

[2] 顾晓鲁. 深基坑工程技术手册 [M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

[3] 刘祖强, 周勇义. 水利水电工程施工组织设计手册 [M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2017.