排水廊道對坡地地下水環(huán)境的影響分析

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣東 廣州 510640)

一、引言

隨著城市化進(jìn)程加快，人口膨脹、土地緊缺、交通擁堵、環(huán)境污染和城市內(nèi)澇等問題越來越嚴(yán)重，坡地地下空間開發(fā)利用是緩解城市資源匱乏、改善城市居民生活環(huán)境及提升城市品質(zhì)的重要途徑。坡地地下空間的利用與發(fā)展將不可避免會遇到地下水的問題，無論是阻水結(jié)構(gòu)還是減壓抗浮結(jié)構(gòu)，都會不同程度地改變、干擾地下水環(huán)境，表現(xiàn)為地下水位的升高或降低、地下水流量的增加減少，將可能改變土體結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)、危害周邊建筑物及地下管線的安全、惡化地下生化環(huán)境或影響地表植被生長等[2]。

排水廊道是一種重要的減壓抗浮結(jié)構(gòu)物，降水或排水的過程中可能對周圍的環(huán)境造成影響或破壞，評定排水廊道對周邊地下水環(huán)境影響及影響是否可控具有重要意義。

二、計(jì)算模型

假定坡地巖土層自上而下劃分為兩層：殘積土、基巖，飽和滲透系數(shù)分別取3×10-3cm/s、1×10-8cm/s，坡地坡比為1:4，上游遠(yuǎn)場地下水位埋深2m。假定廊道上游降水點(diǎn)距地下結(jié)構(gòu)物上游側(cè)壁2m，下游補(bǔ)水點(diǎn)距地下結(jié)構(gòu)物下游側(cè)壁2m，廊道上下游端均采用自流排水，壓力水頭為0m；防滲墻厚度為0.6m；地下室底板第一級階梯埋深14m、高程為143m，第二級階梯埋深14m、高程為133m；根據(jù)排水廊道在實(shí)際工程中可能存在以下12種工作狀態(tài)，工況見表1。采用GeoStudio軟件對各工況的工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析。

表1 排水廊道工況參數(shù)

三、計(jì)算結(jié)果分析

各工況的流場分布情況見圖1中a)～l)，具體分析如下：

工況1：深嵌入比的防滲墻能保證地下室底板承受較很小的浮力，但是會導(dǎo)致上游地表出溢流量增大。工況2：在防滲墻前設(shè)淺埋深的排水廊道，排水廊道降水點(diǎn)具有降水作用，但由于排水廊道降水點(diǎn)埋深淺，降水作用比防滲墻的阻水作用小，上游地下水位仍然由防滲墻的阻水作用主導(dǎo)。對于下游來說，下游排水點(diǎn)是一個水源，能夠抬升下游地下水位。工況3：在防滲墻失效、不設(shè)排水廊道的情況下，上下游地下水環(huán)境受到的影響較工況1小，地下室底板需要承受較大的浮力，如果不采用防滲墻截滲法或減壓法抗浮，則需要設(shè)置較多的抗拔錨樁，成本較大。工況4：僅降水點(diǎn)埋深淺的排水廊道排水引流，對上下游地下水環(huán)境的影響較工況1、2、3都小，但起不到減壓抗浮作用。工況5：將排水廊道設(shè)置在防滲墻前方，與工況2相比，防滲墻不能“阻隔”削弱排水廊道降水作用，上游的地下水位由排水廊道降水作用主導(dǎo)，降水點(diǎn)埋深深，降水作用大，嚴(yán)重影響上游地下水環(huán)境。工況6：在無防滲墻的情況下設(shè)置深降的排水廊道，上游地下水位受影響程度較工況5更大。工況7：排水廊道前方設(shè)防滲墻，墻底埋深比上游降水點(diǎn)深，防滲墻能夠“隔擋”并削弱排水廊道對上游地下水環(huán)境的不利影響，同時因?yàn)榕潘鹊澜邓c(diǎn)高程與地下室底板第一級階梯平齊，又能保證較好的抗浮效果。

圖1 流網(wǎng)圖

工況7基礎(chǔ)上，改變降水點(diǎn)的埋深或改變建立了工況8～工況12。對上游地下水位的影響程度大小從低到高排序?yàn)椋汗r10<工況9<工況11<工況12<工況7<工況8，其中工況10、工況9及工況11對上游的影響程度較??；對下游地下水位的影響程度大小從低到高排序?yàn)椋汗r10<工況11<工況12<工況9<工況7<工況8，六者相差不大；對下游地下水流量的影響程度大小從低到高排序?yàn)椋汗r10<工況11<工況12<工況9<工況7<工況8；對底板第一級階梯的浮力大小從小到大排序?yàn)椋汗r8<工況7<工況9<工況12 <工況11<工況10；對底板第二級階梯的浮力大小從小到大排序?yàn)椋汗r8<工況7<工況9<工況12 <工況11<工況10。

四、結(jié)論

(1)排水廊道能夠起到降低上游地下水位、抬高下游地下水位作用，同時能夠?qū)崿F(xiàn)“導(dǎo)水引流”，將上游地下水疏導(dǎo)至下游，降低上游地表出溢流量，增加下游地下水流量。

(2)排水廊道的上游降水點(diǎn)埋深是決定降水作用的關(guān)鍵因素，下游排水點(diǎn)埋深是決定補(bǔ)水作用的關(guān)鍵因素。排水廊道的下游排水點(diǎn)通常設(shè)置為淺埋深，有利于恢復(fù)下游地下水位，對地下水環(huán)境有利，上游降水點(diǎn)的位置需要保護(hù)上游地下水位和底板減壓抗浮在二者之間權(quán)衡。

(3)防滲墻與排水廊道降水點(diǎn)的空間關(guān)系體現(xiàn)在：埋深、前后位置。埋深或前后位置不同，防滲墻與排水廊道對地下水環(huán)境、底板浮力的組合效應(yīng)也不同。