水利工程施工中深基坑降水对周边环境的影响评估

一、引言

随着水利工程规模扩大，深基坑工程在多个项目中得到应用。深基坑降水是确保施工安全的关键措施，它通过降低地下水位减少对基坑开挖和支护结构的影响。但降水可能改变地下水流场，导致周边地层沉降和土体变形，影响周边建筑物、地下管线和生态环境。若未有效评估和控制这些影响，可能引发建筑物损坏、管线破损和生态破坏，造成经济损失和安全事故。因此，研究深基坑降水对周边环境的影响评估具有重要意义。

二、深基坑降水原理与常用方法

2.1 深基坑降水原理

深基坑降水的基本原理是利用抽水设备，通过降水井或排水沟等设施，将基坑范围内的地下水抽出，降低地下水位，使基坑开挖面处于地下水位以上，形成干燥的施工环境。降水过程中，地下水的流动会改变土体的应力状态，导致土体孔隙水压力降低，有效应力增加，从而引起土体压缩变形 。

2.2 常用降水方法

目前，水利工程深基坑常用的降水方法主要有集水明排、井点降水和帷幕隔水 - 降水相结合等。集水明排是通过在基坑四周设置排水沟和集水井，将流入基坑的地下水汇入集水井，再用水泵抽排至基坑外，该方法适用于土质较好、地下水位较低、水量较小的基坑 。井点降水包括轻型井点、喷射井点、管井井点等，其原理是在基坑周围设置井点管，利用抽水设备将地下水抽出，降低地下水位，适用于土质较差、地下水位较高、水量较大的基坑 。帷幕隔水 - 降水相结合的方法是在基坑周边设置止水帷幕，切断地下水的渗流通道，同时在帷幕内进行降水，既能有效降低地下水位，又能减少对周边环境的影响，适用于对周边环境要求较高的深基坑工程 。

三、深基坑降水对周边环境的影响分析

3.1 对周边建（构）筑物的影响

深基坑降水会导致周边地层产生不均匀沉降，使建（构）筑物基础受到附加应力作用，当附加应力超过建（构）筑物基础的承载能力时，会引起建（构）筑物倾斜、开裂，甚至倒塌 。对于浅基础建（构）筑物，沉降影响更为显著；对于桩基础建（构）筑物，若降水导致桩侧土体摩阻力减小，可能引起桩基承载力下降 。此外，降水还可能改变地下水对建（构）筑物基础的浮力作用，影响建（构）筑物的稳定性。

3.2 对地下管线的影响

地下管线通常埋设于地下一定深度，深基坑降水引起的地层沉降会使管线产生拉伸、弯曲等变形。当变形超过管线的允许变形值时，会导致管线接头松动、破裂，影响管线的正常使用功能，如供水管道漏水、排水管道堵塞、燃气管道泄漏等，甚至引发安全事故 。不同类型、材质和管径的管线，其抗变形能力不同，对降水引起的沉降变形敏感程度也存在差异。

3.3 对地下水环境的影响

大规模的深基坑降水会改变地下水的自然流场，导致地下水位下降，形成降水漏斗。地下水位的下降可能引发一系列地下水环境问题，如泉水干涸、湿地退化、水井水位下降甚至枯竭，影响周边居民的生活用水和生态用水 。此外，降水还可能导致地下水水质恶化，由于地下水水位下降，改变了含水层中氧化 - 还原环境，使一些原本不溶解的物质溶解进入地下水中，同时，降水还可能使周边污染物随地下水径流进入降水区域，污染地下水 。

3.4 对生态环境的影响

深基坑降水对生态环境的影响主要体现在对周边植被、土壤和水体生态系统的破坏。地下水位下降会使植被根系吸收不到足够的水分，导致植被枯萎、死亡，破坏生态景观 。土壤含水量的减少会改变土壤的物理化学性质，影响土壤微生物的活动和土壤肥力，降低土壤的生态功能 。此外，降水引起的地表水体与地下水之间的水力联系改变，可能影响水体生态系统的平衡，如鱼类等水生生物的生存环境受到破坏 。

四、深基坑降水对周边环境影响的评估方法

4.1 理论分析方法

理论分析方法主要基于土力学、水力学等相关理论，建立数学模型，对深基坑降水引起的周边地层沉降、地下水渗流等进行计算分析。常用的理论方法有分层总和法、有限元法、边界元法等 。分层总和法是一种简化的计算方法，通过将地层分层，计算各层土的压缩量，进而得到总沉降量；有限元法和边界元法则能够更准确地模拟复杂的地质条件和工程边界，考虑土体的非线性特性和地下水渗流与土体变形的耦合作用 。

4.2 数值模拟方法

利用数值模拟软件，如 FLAC3D、Plaxis 等，对深基坑降水过程进行三维数值模拟。通过建立地质模型和降水模型，模拟不同降水方案下周边地层的变形、地下水位变化以及建（构）筑物和地下管线的受力情况 。数值模拟可以直观地展示降水对周边环境的影响规律，为优化降水方案提供依据，但数值模拟结果的准确性依赖于地质参数的选取和模型的合理性 。

4.3 现场监测方法

现场监测是评估深基坑降水对周边环境影响的重要手段。通过在周边建（构）筑物、地下管线、地表和地下水位等关键部位布置监测点，实时监测沉降、位移、倾斜、水位变化等参数 。现场监测能够及时获取实际数据，验证理论分析和数值模拟结果的准确性，发现潜在的安全隐患，并根据监测数据及时调整降水方案和采取相应的防护措施 。

五、深基坑降水对周边环境影响的预防与控制措施

5.1 优化降水方案

在设计降水方案时，应充分考虑周边环境条件，选择合适的降水方法和降水参数。优先采用帷幕隔水 - 降水相结合的方法，减少降水对周边环境的影响范围 。合理确定降水井的布置、抽水流量和降水深度，避免过度降水 。同时，可采用回灌技术，在降水区域外设置回灌井，将抽出的地下水回灌到地下含水层中，维持周边地下水位稳定，减少地层沉降 。

5.2 加强施工过程控制

在施工过程中，严格按照设计要求进行降水施工，确保降水设备正常运行。加强对降水过程的监测，及时调整抽水流量和降水时间，避免因降水不均匀导致地层不均匀沉降 。对周边建（构）筑物和地下管线采取必要的保护措施，如对建筑物基础进行加固，对地下管线进行悬吊、支托等，提高其抗变形能力 。

5.3 环境恢复与补偿

施工结束后，对因降水造成的环境破坏进行恢复和补偿。如对地下水位下降导致的植被枯萎区域进行绿化恢复，对受影响的水井进行修复或提供替代水源 。建立环境补偿机制，对因施工造成损失的周边居民和单位进行合理补偿，维护社会稳定 。

六、结论

深基坑降水在水利工程施工中会影响周边环境，包括建筑物、管线、地下水和生态。结合理论、模拟和监测的评估方法能准确了解影响。采取优化方案、控制施工和环境补偿等措施，可减少不利影响，促进工程与环境的和谐。未来应加强研究，完善评估和防护，确保工程可持续。

参考文献

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