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關鍵詞 地下水資源 合理開發(fā) 利用
前言
地下水是水資源的重要組成部分,在保障我國城鄉(xiāng)居民生活用水、支持社會經濟發(fā)展和維持生態(tài)平衡等方面發(fā)揮了重要作用,尤其是在地表水資源相對貧乏的干旱、半干旱地區(qū),地下水資源具有不可替代的作用。
1 我國地下水資源概況
根據(jù)國土資源部最近組織開展的新一輪全國地下水資源評價成果,全國地下淡水天然資源多年平均為8800億立方米,約占全國水資源總量的1/3,地下淡水可開采資源多年平均為3500億立方米。全國每年開采利用地下水量達1100億立方米,約占總用水量的1/5。另外,全國地下微咸水天然資源為277億立方米,半咸水天然資源為121億立方米。目前我國在地下水資源開發(fā)利用中,存在著一些值得高度重視和亟待解決的問題。
一是地下水開采程度很不平衡,一部分地區(qū)過量開采并引起相關環(huán)境地質問題。由于地下水賦存分布條件差異大,加上各地對地下水的開采方式和開采量也各不相同,因此各地區(qū)地下水開采程度很不平衡,有的已出現(xiàn)區(qū)域超采,有的雖然整體仍有潛力但部分地區(qū)超采嚴重。由于一部分地區(qū)地下水超量開采,已引起地下水位持續(xù)下降,形成區(qū)域地下水位降落漏斗、地面沉降和泉水枯竭等環(huán)境問題。二是對水環(huán)境缺乏嚴格有效的保護,地下水污染問題嚴重。目前,我國淺層地下水資源污染比較普遍,全國淺層地下水大約有50%的地區(qū)遭到一定程度的污染,約有一半城市市區(qū)的地下水污染比較嚴重,地下水水質呈下降趨勢。三是水資源的利用缺乏科學性,浪費現(xiàn)象嚴重。一些地區(qū)的用水結構很不合理,一方面將受污染的地表水源作為生活飲用水,另一方面又將優(yōu)質的地下水大量用于農業(yè)灌溉和工業(yè)生產,不能科學調度、優(yōu)質優(yōu)用。
2 科學合理利用地下水資源
地下水是地球水圈的一部分,接受大氣降水和地表水的補給,參與自然界的水分循環(huán),因此,自然界中的地下水資源,大部分是屬于可再生資源,我們只要堅持科學的發(fā)展觀,合理地開發(fā)和利用,是可以做到和實現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用的。要實現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用,當前必須努力克服兩種錯誤傾向:一是盲目樂觀型,認為地下水資源“取之不盡、用之不竭”,可以無節(jié)制地開采和利用;二是悲觀型,當在一些地區(qū)由于超量開采地下水引發(fā)出環(huán)境問題之后,便產生了另一種錯誤認識,認為地下水不能動用,一用就會出現(xiàn)問題。
地下水資源保護和合理利用的指導思想是:貫徹“節(jié)約資源、保護環(huán)境”的基本國策,堅持科學的發(fā)展觀,堅持“開源和節(jié)流并舉、節(jié)約優(yōu)先、治污為本,高效利用”和“人與自然和諧共存”的方針,實施以地下水資源的合理開發(fā)利用支持我國社會經濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,并實施以下具體戰(zhàn)略。
2.1地表水與地下水統(tǒng)一規(guī)劃、聯(lián)合調蓄、綜合利用
按照地表水和地下水綜合利用的思路進一步修訂和完善流域和地區(qū)水資源開發(fā)利用規(guī)劃。水資源開發(fā)利用必須以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目標,以保持生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)為前提,堅持地表水和地下水聯(lián)合調配、上下游統(tǒng)籌兼顧、綜合利用的原則。
2.2調整開采井布局和開采量,控制最優(yōu)地下水位
一是在地下水超采區(qū)調整井孔布局,壓縮地下水開采量,增加人工回灌量,把地下水位恢復到不產生嚴重的環(huán)境地質問題的最佳位置。以地面總允許沉降量和年允許沉降量為約束條件確定深層地下水開采量,同時充分開發(fā)利用該地區(qū)的淺層地下水資源,發(fā)揮淺層地下水具有接受降水補給量大、更新速度快的調節(jié)功能和優(yōu)勢。
二是在北方引地表水灌區(qū)增加地下水開采量,減少地表水灌溉量,把地下水位控制在蒸發(fā)極限深度以下。重點是大力推行”泉、河、井、渠結合,引、灌、排配套”的灌溉方式,充分利用本地區(qū)的地下水資源灌溉,把地下水位控制在蒸發(fā)極限深度以下(一般大于4米)。這樣,既有效地防治灌區(qū)的次生鹽堿化,又可減少引地表水量,增加河流向下游的輸送量,緩解下游地區(qū)用水緊張狀況。
三是合理配置河流上下游水資源,把地下水位控制在植物根系能吸收到的位置。重點是協(xié)調好北方地區(qū)特別是西北內陸河流域上下游之間的用水矛盾,優(yōu)化配置地區(qū)和部門之間的用水量,減少上中游地區(qū)的攔蓄引水量,增加下游地區(qū)的地表水和地下水補給量,把下游地區(qū)地下水位抬高到湖楊林等植物根系能吸收到的位置(一般小于7米),以維系生命綠洲的環(huán)境。
2.3多渠道開源
2.3.1加大找水力度,發(fā)現(xiàn)和開辟新的地下水水源地
我國雖然已經開展了大量的地下水資源普查和勘探工作,但由于工作研究程度不一,仍存在一些空白區(qū)或研究程度很低的地區(qū)和含水層位,有許多亟待發(fā)現(xiàn)和開辟的新水源地可供開發(fā)和利用,如北方平原和盆地深部地下水、隱伏巖溶水及咸水地區(qū)的淡水體,長江三角洲地區(qū)的淺層第四系孔隙水,紅層地區(qū)的基巖風化帶裂隙潛水等。
2.3.2充分利用礦坑等排水,變廢為寶
目前,我國礦坑排水量十分可觀,據(jù)調查,僅太行山周邊地區(qū)礦坑排水量每年高達50億立方米左右,絕大部分沒有利用。這部分水一般水質較好,可直接利用或稍加處理即可利用。充分利用礦坑排水,實行排供結合,變廢為利,對緩解水資源緊缺狀況將發(fā)揮重要作用。
2.3.3開發(fā)利用微咸水資源
我國北方干旱地區(qū)和濱海地區(qū)咸水、微咸水資源分布廣,資源較豐富。近年來,隨著石油、化工、電力等工業(yè)的開發(fā),都在開發(fā)利用微咸水資源,農牧林業(yè)也在試驗利用微咸水灌溉。應進一步加大微咸水資源的開發(fā)和改造利用力度。
2.4控制污染、綜合防治的地下水資源保護
地下水有比地表水水質好、不易被污染的優(yōu)勢,但是,由于地下含水介質的隱蔽性和埋藏分布的復雜性,地下水一旦被污染,治理起來要比地表水困難得多,所需成本也要高得多,有些甚至根本不可能得到徹底根治。防治地下水污染,應堅持“以防為主,防治結合、防重于治”的方針。一是大力推行清潔生產,減少污染源,從源頭上防治地下水的污染。二是建立地下水防護帶,要根據(jù)水文地質條件和工農業(yè)生產布局,科學劃分地下水防護帶的范圍和防護層位,并采取科學嚴格的防護措施,保證地下水水源地及補給區(qū)范圍內的水質不被污染。
結語
要想使地下水資源的科學、合理和可持續(xù)利用,要重視并加強地下水資源方面的基礎工作和監(jiān)督管理。一是加強重點地區(qū)地下水資源勘查評價工作,增強地下水的資源儲備能力。二是加強對地下水資源開發(fā)利用的管理、監(jiān)測和監(jiān)督工作,加大執(zhí)法監(jiān)督力度,使地下水資源的開發(fā)利用做到有序開采、有效利用。三是建立合理的投資機制,多渠道籌集資金,加大對地下水資源勘查開發(fā)和保護的投資力度。四是依靠科技進步,提高我國地下水資源理論和勘查開發(fā)技術及管理水平。
關鍵詞:基槽;降水;深淺基坑;基底處理。
Abstract: through a example to briefly introduce the basic construction in foundation construction of groundwater is high, pay attention to the problems and how to deal with.
Key words: deep foundation pit; foundation; precipitation; foundation treatment.
隨著人民生活水平的提高,對居住建筑的需求在不斷地增加,各種型式的住宅小區(qū)不斷興建,人們對地下空間的要求越來越多,導致建筑物基礎埋深相應在不斷地增加??墒牵谏罨A施工過程中,地下水位高,開槽就會出水的情況,給施工帶來許多不便。這就需要設計人員根據(jù)地形地質情況及水位高度對基礎基底做好處理,以滿足國家地基基礎工程設計和施工規(guī)范。如筆者在某個住宅小區(qū)建設中就遇到了上述問題。工程建設地點所處地形為舊有河床的邊緣地帶,地下水位高,自然地坪1.5米以下就會有地下水涌出,且施工建筑的當年氣候降水又比較多,地面水較為豐富;所以需要對住宅小區(qū)建設工程地址進行人工降低地下水位。設計與施工人員經過深入現(xiàn)場研究論證,決定采用井點降水方案,既操作方便簡單,又實用經濟。
1、基礎基槽降水井點布置
基槽降水點的布置應根據(jù)基槽平面形狀.大小.要求降水深度,地下水流方向和含水層滲透系數(shù)來確定?;A為獨立基槽寬度小于6米而降水深度不超過3米~4米,一般可采用單排井點布置在地下水的上游;基槽寬度大于6米,土質較差,滲透系數(shù)較大,可沿基槽兩側各布置―排井點?;A基槽面很大,可采用四周環(huán)形或多邊形封閉布置,間距6~8米為宜,井坑距離基槽壁不宜小于2米,距離太小容易造成塌方。
2、基礎基槽井點的制作安裝
〈1〉深基槽
深基槽井點其深度比基底深1米左右,人工挖到一定深度時,把四周打眼,在把直徑1.2米的砼管(四周均設有進水孔)用倒鏈或簡易起重設備吊入井坑中,人站在其中挖方,使之邊沉邊挖邊用污水泵抽水,直至達到要求的深度。井坑做好后,上部用M5.0水泥砂漿砌Mu7.5粘土磚,做成井筒,上覆井蓋,以免雜物掉入其中,井底鋪撒300mm厚的碎石,進一步起過濾作用。連接管用直徑50鋼管制成,每個連接管裝設閥門,以便檢修。集水總管一般用直徑50~75mm鋼管分節(jié)連接,每節(jié)長6m。抽水設備采用潛水泵,每臺泵各設一個電源控制,所有的泵串聯(lián)后再由總電源控制。另外設一個貯水池,大小根據(jù)工地用水量而定。
〈2〉淺基槽
淺基槽井點降水是井點降低地下水位,通過四周挖井來暫時將基槽水用水泵抽出,借此形成水位的局部降落,如集團公司工大南住宅小區(qū)即為輕型井點系統(tǒng),它是在基槽內水溝的一邊或兩邊每隔6m左右設置一系列井點,并由水平水渠將水流在井坑;再用抽水設備把地下水連續(xù)不斷地排出。
3、基礎基槽降水后建筑物基礎處理方法
〈1〉深基槽深降水井
深基槽井降水后建筑物基槽土質含水量很少,經過數(shù)天涼曬,土質含水量基本達到設計要求含水量,故不需進一步處理即可進行建筑物基礎施工。
〈2〉淺基槽淺降水井
淺基坑井降水后,建筑物基槽土質含水量還很大,不進行地基土質處理是不能進行施工。處理方法:(a)將擬建建筑物基槽進行大開挖挖至設計標高,(b)在基槽設計標高處四周挖降水井及降水井之間通渠,(c)基槽水降至看不到水而成泥狀,(d)均勻干插400mm高毛石(e)鋪好毛石后在其上鋪壓一層600mm厚水泥碎石用碾壓機分層碾壓,(f)打C15素砼基礎墊層 ,做大板鋼筋砼基礎板。
4、基礎基槽井降水處理應注意的幾個問題及措施
深基槽深基坑井降水
采用深基井點降水,施工時要特別慎重,防止引起建筑物、管線、道路等不均勻沉降,導致的建筑物傾斜開裂、管線斷裂、路面裂縫等危害。深井點降水,一是要防止挖至設計基底標高時出現(xiàn)流砂,保證基坑內正常作業(yè);二是要防止基坑外的地下水位下降對周圍已建建筑物、管線、道路所造成的各種危害。井點降水后的地下水位是個漏斗形曲面,隨時間推移,降水曲面半徑不斷的向外延伸。根據(jù)許多工程的實踐,井點降水時,降水曲面坡度為降水半徑的1/10。如建筑物、管線、道路面位于影響半徑范圍內,且末采取防護措施,就會引起不均勻沉陷,造成傾斜開裂。為此,需采取以下幾點措施:(a)采用有擋水作用的支護結構,如砼灌注樁,地下連續(xù)墻,盡可能把降水井點立管設在支護墻內側。井點立管的埋深應小于支護墻深度,這樣的井點僅對支護封閉的基坑內抽吸,而對擋土結構以外的地下水位影響很小,或沒有影響。(b)合理確定井點立管的深度,控制降水曲線。當基坑鄰近處沒有建筑物、管線、道路時,降水可按基坑干燥孝慮,坑中心點水位以降至基坑底面以下不大于1m為宜。當基坑鄰近有建筑物、管線時,井點立管可適當埋深,其深度以不出現(xiàn)流砂為宜。(c)適當控制抽水量。開挖基坑時,井點降水用最大的抽水量進行。在墊層、地下室底板完成后可適當減小降水量,使井點有效的抽吸深度變小,使基坑外的降水曲線盡可能控制在較小的范圍內,但坑內外要設置水位觀測井,根據(jù)水位的變化及時控制抽水量。(d)在降水井管與建筑物、管線和路面間設置回灌井點,持續(xù)用水回灌,補充該處的地下水,使降水井點的影響半徑不超過回灌井點的范圍,阻止回灌井點外側建筑物地下水的流失,使地下水位基本保持不變。
淺基槽淺基井降水
基槽開挖末達到設計標高時,地下水從基底突然涌出,影響施工正常進行。對于地下水一是注意觀察水位的高度,在緊靠基槽邊挖幾個排水井進行排水,使其能達到正常施工作業(yè)。二是要防止挖基坑離基槽邊太近造成塌方及影響四周已建建筑物安全穩(wěn)定。
以上幾項就是高水位小區(qū)建筑基礎在施工中的處理和應考慮的幾個問題,本文只考慮挖槽后用基井排水法處理,其它不作討論。
【關鍵詞】巖土工程;勘察;試樣采取
引言
隨著我國城市化進程的加快,興建了眾多基礎建設項目和現(xiàn)代化超高層建筑物,在工程實施方面,巖土工程勘察至關重要,如果巖土工程勘察沒有做到實處,則會給工程實施帶來巨大的影響。巖土工程勘察目的是查明場地地基的工程地質條件,提出基礎類型建議,提供地基土物理力學指標和地基承載力特征值、樁基等巖土參數(shù),為設計、施工等提供詳實、科學、準確的地質資料。因此,各項工程建設在設計和施工前,必須按基本建設程序進行巖土工程勘察。
1、勘探點深度及間距
實際工作中,勘探人員雖嚴格按原定大綱執(zhí)行,但因現(xiàn)場編錄人員的不仔細,不能做到隨機應變,造成在內業(yè)資料整理中發(fā)現(xiàn)相鄰兩勘探點地層變化很大,甚至相差懸殊的情況。另外,在對勘探區(qū)巖土特性不太了解的情況下,按某個地基等級進行勘探,在室內對所采集的巖土試樣進行分析時,發(fā)現(xiàn)如鹽漬土、濕陷性土等特殊性巖土,使地基等級發(fā)生變化,造成勘探點間距的不合理。遇復雜地基情況,應按規(guī)范要求加密勘探點,不能局限于經濟或時間等因素而堅持原勘探方案不變,否則難以查明場地工程地質情況,埋下工程隱患。大部分勘察人員遇到上述情況,都會進行補充勘探,完善勘察工作,造成一定的成本支出。但在勘察市場競爭激烈、盲目壓價的地區(qū),遇到這種情況勘察人員可能會閉門造車,給工程建設造成資金浪費或埋下工程隱患。
建筑基礎形式結構形式不同,勘探深度不同,如5~6層磚混結構住宅,勘探孔深15m可滿足要求,在工程地質條件好的密實碎石土及基巖區(qū)可適當減小深度,而多層框架結構商場,高度較大的地下室,由于柱網(wǎng)的柱荷載大,基礎面積大甚至可能采用樁基,尤其在細土平原區(qū)可能存在軟土層的情況下,15m深度不能滿足要求。相反,在有豐富經驗的碎石地區(qū),對2、3層一般建筑物,也盲目地勘探15m深,造成不必要的浪費。
2、野外編錄及地層劃分
野外編錄描述不細對工程質量影響也較大。如某工程為28層高層建筑,采用
3、地下水的測定
實際地下水位量測存在以下幾個問題:
(1)應同時觀測地下水位,量測時間須在最后一個鉆孔施工24h后。
(2)地下水位觀測應考慮周圍地下水開采情況的影響,若量測時間正好處于附近抽水井抽水下降漏斗時,所量測到的地下水位肯定偏深。
(3)水位量測應與鉆孔坐標、標高回測相結合。我們知道勘探孔口周圍地面實際不是一個水平面,水位量測參照孔口位置不同,水位埋深也不一樣,因此而產生的誤差幾厘米是難以避免的,這根本無法滿足按規(guī)范要求地下水位量測精度為±2cm的要求,也更無法測定地下水的正確流向。解決方法是孔口坐標、標高回測,同時以標高回測時的孔口位置為準向下量測地下水位深度。
(4)要分析近年地下水的變化幅度以及歷史最高水位、最低水位。
(5)鉆孔深度范圍內有2個以上含水層時,應分層量測水位,在鉆穿第一含水層(到下一含水層之前)并進行靜止水位觀測之后,采用套管隔水,抽出孔內存水,變徑鉆進,再對下一含水層進行水位觀測。這樣量測到的水位才是含水層分層水位。
4、原位測試和室內試驗
通過采取原位測試和室內試驗方法,可較好地解決巖土工程分析評價問題,提供真實、可靠、完整的技術參數(shù),如強度、固定變形、滲透性能等;一方面,原位測試主要對勘察環(huán)節(jié)中主體部分進行細致分析,應確保試樣在實際環(huán)境中獲取,并保持原位應力,綜合表現(xiàn)宏觀結構對巖土性質的影響,但是這種方法不能對應力的路徑進行控制,難以進行大量試驗;另一方面,室內試驗的周期短、效率高,尤其在巖土層采樣存在困難的情況下,這種方法可精準評定工作性質,并且充分了解邊界實際情況,對應力條件、應變條件、試驗條件等進行掌控。
5、試樣采取
試樣采集中,沒有嚴格按照規(guī)范要求,原狀樣高度不夠,數(shù)量不足或密封不到位,造成土中含水量散失,有時用于顆分或土鹽化學分析的碎石土試樣,采集時因從井壁敲刻接收不好,造成多為大顆粒,影響對實際級配的定性或土鹽化學分析的準確性。采取地下水試樣時,鉆孔才終孔即采取,尤其是采用沖洗液或泥漿護鉆進的鉆孔,其水樣成分根本就無法代表地下水的真實成分。
6、巖土工程分析評價
6.1 地基均勻性評價
高層建筑地基均勻性評價按《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72-2004)之規(guī)定進行,但對一般建筑,(GB50007-2001)規(guī)定要求進行地基均勻性評價,沒有給出相應的評價方法進行評價,許多單位參考高層建筑地基均勻性評價的方法進行評價,目前許多專家認為這種評價方法不太合理,需要各地區(qū)定制相應的評價方法。
6.2 地基承載力特征值的確定
我國幅員遼闊,土質條件各異,用查表法按(GBJ7-89)規(guī)范確定地基土承載力值在大多數(shù)地區(qū)可能適合或保守,也可能在某些地區(qū)會不安全,故(GB5007-2002)取消了按表格查取承載力的辦法,但大多地區(qū)仍在采用,因為很多地區(qū)的經驗不足,沒有能夠建立起自己的成熟經驗,基本上仍是各勘察單位各自為政、沿用2002規(guī)范。更有甚者,故意利用所謂地區(qū)經驗,逃避責任,降低承載力指標,造成工程浪費。
6.3 基礎方案的選擇
基礎方案選擇應依據(jù)場地巖土工程條件、荷載大小及地區(qū)經驗綜合考慮,從多個可行方案中選取既經濟又合理的基礎方案?,F(xiàn)大多數(shù)勘察單位圖省事,既不與設計協(xié)商,也不考慮工程造價,僅提供單一的基礎方案,設計人員不問原由拿起就用,可能給工程造價造成很大的影響。相反,也有勘察單位建議基礎方案時脫離當?shù)貙嶋H情況,設計方根本不與理會,這些都是勘察單位今后引以為戒的。
結束語
綜上所述,巖土工程勘察質量水平的高低,將對工程建設的安全、穩(wěn)定運行產生直接影響。作為一名巖土工程勘察工作者,只有全面掌握與巖土工程有關的規(guī)范、規(guī)程,并在實際工作中認真細致的開展工作,同時汲取互相在實際工作中積累的經驗,才能確保巖土工程勘察工作有條不紊地運行,提高勘察質量,實現(xiàn)工程效益目標。
參考文獻:
[1] JGJ72―2004高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S]
[2] GB50007―2002建筑地基基礎設計規(guī)范[S]
一、基坑降水控制與設計
據(jù)武漢地區(qū)的水文地質資料,及近年來基坑工程的降水設計、施工經驗表明:漢口地區(qū)的基坑工程普通存在與地下水有關的問題,而武昌地區(qū)近長江邊存在與地下水相關的問題及長江古河道中心、古河道漫灘沉積區(qū)域,在基坑開挖深度較大的地段存在與地下水有關的問題。根據(jù)目前武漢市基坑開挖深度情況,對武漢市基坑降水控制與設計進行討論。對于一般一層地下室的基坑,由于其開挖深度在5m~6m左右,在漢口地區(qū),基坑底部一般位于粉土、粉砂與粉質粘土交互層中。由于地層沉積的原因,使得該層土水平方向的滲透系數(shù)與垂直方向的滲透差異較大,且水平方向的滲透系數(shù)遠大于垂直方向的滲透系數(shù)。因而這種類型的基坑在考慮基坑降水時,應作兩個方向的考慮,既要考慮作為垂直方向的隔水層被由于承壓水的水頭過高產生管涌及流土,又要考慮水平方向為含水層,在基坑側壁出現(xiàn)流土現(xiàn)象,引起基坑側壁土體崩解、滑塌。于是在基坑降水設計應該考慮基坑底為減壓降水,降水的目的就是防止由于承壓水頭過高,引起基坑底部出現(xiàn)管涌、流土的問題,降水深度有限;基坑側壁由于有粉土的存在,應該采用止水或坑外輕型井點降水來處理。
根據(jù)武漢地區(qū)的工程實踐經驗,對于該類地層主要采用中深井減壓降水加側壁止水帷幕(一般采用攪拌樁或高壓旋噴處理)處理較為妥當。大部分工程建設位于主城區(qū),其面臨城市主干道、密集的居民區(qū)、城市管網(wǎng)系統(tǒng)。一方面,大量的降水無法降、排粉土、粉砂與粉質粘土交互層中的地下水,反而引起較大的地面沉降,另一方面,側壁止水能有效地防止水土流失,減小基坑周邊的建筑物、構筑物的變形有很大的好處。對位于漢口地區(qū)的二層地下室的基坑工程,一般開挖深度在10.50m~12.0m,而電梯井部位開挖深度一般在13.5m左右,有的甚至更大些,這樣上部的隔水頂板基本上被挖除,整個基坑底部基本上與透水層、粉細砂層完全接觸。由于基坑側壁局部或整個存在粉土、粉砂與粉質粘土交互層,因而在側壁采用高壓旋噴或攪拌樁做止水帷幕,并且深入坑底一定的深度,作為懸掛式的止水帷幕。在坑內必須采用中深井進行疏干降水,否則基坑承臺及電梯井孔無法施工。在超過2層地下室的漢口地區(qū),大多需采用地下連續(xù)墻做止水帷幕兼支護結構、建筑結構。有的止水帷幕為懸掛式、有的為落地式,也有采用TRD工藝作止水帷幕的。
根據(jù)目前了解的工藝情況,就是落地式帷幕的止水效果也不能達到完全的止水,還是需要在坑內進行降水,只是降水量要比敞開式降水要少很多。由于采用疏干降水,降水量勢必很大。由于降水的降深要求大,周邊環(huán)境條件容易失去原有的平衡狀態(tài),引起地面開裂、建筑物沉降、周邊道路管線運行不正常。降水深度增大,引起土體有效應力增加,土體在有效應力增加的情況下,會引起較大的地面沉降。為減小降水對周邊環(huán)境的影響,將影響程度控制在最小的范圍,在基坑外應采用相應的措施。如增加側壁止水帷幕的深度。由于止水帷幕深度的增加,增加了水的滲透路徑,在相同的水頭差的情況下,表現(xiàn)出來滲透系數(shù)減小,出水量減小,對外界環(huán)境的影響在減??;另外的措施是在坑外設置回灌井,使得坑外的地下水位基本上保持不變,這樣周邊建筑物、道路、管線等由于降水引起的沉降很小。如新加坡在基坑開挖是采用“零”水位法,使基坑外水位基本沒變化,控制基坑外環(huán)境是非常有益的。
處于武昌地區(qū)長江古河道漫灘相地帶,埋深一般在10.0m~20.0m,地層具有明顯水平層理,因而其水平方向滲透系數(shù)較大,垂直方向滲透系數(shù)小。采用管井降水時,水量很小,但在實際開挖過程中,出現(xiàn)流土、流沙的情況。該類地層若采用板式基礎,可采用盲溝集水井法排水,間距根據(jù)水量情況調整,一般深度在50cm~80cm,在盲溝中填充碎石和中粗砂,在集水井出抽排地下水;在較深承臺及電梯井部位宜采用輕型井點降水,井管間距一般按1.0m左右布置。這種類型的地下水,對周邊環(huán)境的影響有限。
二、降水對周邊環(huán)境影響
大量的抽取地下水對基坑周邊會產生較大的沉降,根據(jù)有限計算結果,沉降的大小與距基坑邊的距離有關系,成對應增量關系。根據(jù)武漢地區(qū)多年的降水經驗,一般在基坑外每降深1m,沉降在0.8cm~1.2cm之間,如果該地區(qū)反復多次降水,降水對沉降的敏感度會降低。根據(jù)《基坑工程技術規(guī)程》,降水與沉降是成正比的關系,一般計算取用土層的壓縮模量E1-2,計算結果偏差較大,應該取用該層土對應自重壓力段出的壓縮模量。從實際監(jiān)測情況來看,監(jiān)測成果表現(xiàn)為基坑的水平位移引起的周邊環(huán)境的沉降和基坑降水引起的周邊環(huán)境的沉降疊加在一起,但降水引起的沉降權重很大,在85%~90%之間,與通過上述指標計算較為相符。
三、結語
西北地區(qū)內陸河流域下游的生態(tài)環(huán)境長期以來呈總體的退化趨勢,特別是近50年來,其退化速度進一步加快,主要表現(xiàn)為:地表水、地下水、土壤水鹽化現(xiàn)象加速,使水質惡化、土地鹽堿化問題日趨突出;下游地表水量劇減,地下水潛水面下降,造成了土地全面退化,沙漠化現(xiàn)象嚴重;下游綠洲大面積退化,植被體系衰退:植物種群向極端的方向(耐旱、耐鹽)發(fā)展,植物群落總體上呈負向演替,向低級化、簡單化趨勢發(fā)展,群落景觀呈現(xiàn)出碎片化、島嶼化。在此基礎上形成的生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱,抗干擾性更小,極易失衡向鹽堿化、沙漠化方向發(fā)展。
這些問題在新疆、青海、甘肅、內蒙等地均有不同程度的存在。僅以黑河下游弱水三角洲地區(qū)為例。50年代以前,該地區(qū)曾分布連片茂密的沙棗、胡楊、紅柳、梭梭、蘆葦、芨芨草等灌叢草甸,到70年代末,沙棗、胡楊林減少了5.76萬hm[2],植被覆蓋率大于30%的灌叢草場減少了327.18萬hm[2]。三角洲內的以紅柳、梭梭、蘆葦及芨芨草為主的灌叢草甸也大面積退化并逐漸被枸杞、駱駝刺及紅砂等旱生或超旱生荒漠草甸所取代。與此同時,土壤鹽堿化和沙漠化在黑河流域也迅速發(fā)展,下游地區(qū)有35.09萬hm[2]的水域、森林草場變成鹽堿地和沙漠,土地年退化面積1.1~1.3萬hm[2]。
2西北地區(qū)內陸河流域生態(tài)環(huán)境惡化的原因
2.1西北地區(qū)的長期干旱化趨勢是其生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因
有關研究表明,中國西北地區(qū)正處于干旱快速發(fā)展的時期,并且將來還會向持續(xù)干旱化方向發(fā)展。而造成這種長期持續(xù)干旱化的原因則是晚新生代以來青藏高原的持續(xù)隆升。它使中國宏觀氣候由緯向分帶變?yōu)榻浵蚍謳橹鳎瑥亩宫F(xiàn)代四大水文循環(huán)系統(tǒng),即太平洋水文循環(huán)系統(tǒng)、印度洋水文循環(huán)系統(tǒng)、北冰洋水文循環(huán)系統(tǒng)與鄂霍次克海水文循環(huán)系統(tǒng),成為控制中國水資源時空分布的基本因素,中國西北地區(qū)正好處于四大水文循環(huán)的空缺帶,其地理位置決定了西北內陸河流域內近地表大氣層水分含量少,降水稀缺,水分收支失衡,地下水位下降,氣候長期向干旱化方向發(fā)展,且主要靠封閉性流域水文循環(huán)系統(tǒng)和水分垂直循環(huán)系統(tǒng)維護其生態(tài)系統(tǒng)的水分均衡。流域內蒸發(fā)力大的氣候條件和相對封閉的地形條件則決定了流域水文循環(huán)系統(tǒng)中水分的最終去向只能以蒸發(fā)輸出方式為主,由于基本沒有鹽分排泄去路,流域將始終處于鹽分積累過程中,尤其是在局部流動系統(tǒng)和區(qū)域流動系統(tǒng)的匯區(qū),地表水、地下水、土壤水中的含鹽量不斷增高。
由于西北地區(qū)土壤的水、鹽背景值及其分布是決定植物生態(tài)種群自然選擇的關鍵因子,因此總體上的水資源極端匱乏造成了西北內陸河流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性。
2.2水資源的不合理開發(fā)利用導致脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化
2.2.1水資源系統(tǒng)性的認識不足導致過度開采
西北地區(qū)內陸河流域水資源系統(tǒng)一般都與其他表流域系統(tǒng)的范圍相一致,跨越不同的行政區(qū)劃,且在系統(tǒng)內水資源量的分布極不均勻;地表水系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)間轉化頻繁,水力聯(lián)系密切,相互影響與制約作用強烈,牽動系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),都可能對其它環(huán)節(jié)產生不同程度的影響,甚至導致其空缺。而在以往的水資源開發(fā)中,缺少對水資源的系統(tǒng)特點的認識,對其采取上、中、下游分段評價與開采,導致了水資源量的重復計算,中上游地表水和地下水過量開采和下游河道斷流,下游地下水位下降,使原本就極不均衡的水資源在人為作用下分布更趨于極端化,最終導致了流域水資源系統(tǒng)的失穩(wěn),使下游自然生態(tài)環(huán)境進一步惡化。
2.2.2水資源分配中沒有考慮自然生態(tài)用水
在部分地區(qū),雖然認識到了水資源的系統(tǒng)性,對其使用進行了統(tǒng)籌規(guī)劃,但只考慮到人工生態(tài)用水、工業(yè)用水與生活用水,沒有考慮自然生態(tài)用水,所以現(xiàn)有的流域水資源分配一般是在中游大量引用地表水或提取地下水進行農業(yè)灌溉,而對下游則只考慮分配其生活用水,沒有為其自然生態(tài)用水預留配額,導致下游地區(qū)地下水位下降至生態(tài)水位以下,地表植被迅速惡化。
2.2.3對自然生態(tài)用水機理不清而導致配水有效性低
一些地區(qū)雖然定期為流域下游分送一定水量,但由于對流域水資源與生態(tài)環(huán)境耦合關系不清,尤其是對下游植被年內需水量的動態(tài)規(guī)律不清,導致配水多集中在下半年,對下游地表生態(tài)的保護和恢復作用不大,并易加劇鹽堿化。另外,年度配水量也不足以使下游地下水達到生態(tài)水位,難以為地表植被利用,因此大部分為無效水。
3西北地區(qū)內陸河流域面向生態(tài)環(huán)境的水資源開發(fā)模式
3.1流域水資源的開發(fā)與分配必須要面向生態(tài)環(huán)境
生態(tài)環(huán)境必須要求有足夠的水量來維系。鑒于西北地區(qū)內陸河流域水資源系統(tǒng)特點及生態(tài)環(huán)境特點,在進行水資源開發(fā)時,必須考慮其引起的生態(tài)環(huán)境效應,確定面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源的開發(fā)和分配方案,即將水資源作為一個動態(tài)系統(tǒng),考慮其時空分布及內部各種水資源間的相互轉化,在維護現(xiàn)有流域水資源系統(tǒng)的宏觀穩(wěn)定態(tài)及流域生態(tài)環(huán)境平衡的基礎上確定水資源的開發(fā)方案,對開發(fā)出的水資源也要進行統(tǒng)籌安排、系統(tǒng)分配,以獲得最大效益。
3.2面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源開發(fā)與分配的基本模式
為了對流域水資源進行科學分配以保護生態(tài)環(huán)境,必須分析水資源與生態(tài)環(huán)境的耦合關系,建立其耦合模型,進行水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應評價。其基本思路是:建立流域水資源系統(tǒng)模型和生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)模型,將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入,由水資源系統(tǒng)模型得到其輸出,該輸出同時是生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)的輸入,再由生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)模型得到其輸出,即流域生態(tài)環(huán)境可能的變化。其過程見圖1。通過上述耦合關系的分析,繼而可以對流域水資源開發(fā)方案可能引起的生態(tài)環(huán)境效應進行評價。為此,需要開展的研究如下:
3.2.1流域生態(tài)地質環(huán)境調查與系統(tǒng)分析
調查內容包括流域內現(xiàn)有植被的種類、分布、生長狀況及其所對應的水、鹽等對植被影響較大、易受外界干擾的淺地表地質環(huán)境因子。根據(jù)植物在不同的地質環(huán)境因子下的生長狀況,分析不同植物的生存域,即植物對水、鹽等地質環(huán)境因子組合的適應范圍。從而確定地質環(huán)境因子的變化對植被演替的作用,以及地質環(huán)境因子間的相互作用,尤其是地下水位這一受水資源開發(fā)影響最大的地質環(huán)境因子對其它環(huán)境因子的影響,建立生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)模型,模擬各種輸入對其產生的影響及其相應輸出。
3.2.2流域水資源系統(tǒng)分析
將整個流域的地表水與地下水作為一個系統(tǒng)。研究其結構特點和環(huán)境特點,分析其動力學機制,建立系統(tǒng)模型,研究各種輸入下水資源系統(tǒng)的輸出。
3.2.3流域水資源系統(tǒng)與生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)的耦合模型
附圖
圖1西北地區(qū)內陸河流域水資源與生態(tài)環(huán)境耦合關系分析
將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入,由其內部結構分析該輸入對水資源系統(tǒng)的作用,預測其輸出,如地下水位及地表徑流的變化等。并將其作為生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)的輸入,通過分析地下水位對其它各地質因子的作用以及它們一起對植被的作用,確定可能引起的生態(tài)環(huán)境變化,并以此作為生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)的輸出。
3.2.4流域水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應預測
利用上述耦合關系,對流域水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應進行預測性評價,為確定合理的流域水資源開發(fā)方案提供生態(tài)環(huán)境方面的依據(jù)。
3.3研究中的關鍵問題
3.3.1水資源系統(tǒng)的滯后與延遲效應
水資源的開發(fā)所造成的水資源系統(tǒng)的改變并不能立即反映在它的輸出中,而是有一個滯后,因此中上游的水資源開采并不能立即反映為下游地下水位的變化。不同的流域水資源系統(tǒng),甚至同一流域水資源系統(tǒng)在不同的開發(fā)方案下,其輸出的滯后也有長有短。而西北干旱區(qū)植被的需水量在年內差異較大,所以在進行分析時必須考慮這個滯后時間。水資源的開發(fā)對流域水資源系統(tǒng)的影響還具有延遲效應,在常年開發(fā)的情況下必須考慮各個階段水資源開發(fā)對水資源系統(tǒng)的累計影響。因此,正確的考慮水資源系統(tǒng)的滯后效應與延遲效應,對水資源的合理開發(fā)具有重要意義。
3.3.2水因子的漲落特點
西北干旱區(qū)內陸河流域中的植被系統(tǒng)所具有的宏觀穩(wěn)定態(tài)較少,但作為一般系統(tǒng),它也具有多態(tài)性。當水因子緩慢漲落時,植被系統(tǒng)產生適應,通過自組織保持當前穩(wěn)定態(tài)或從某一穩(wěn)定態(tài)向其它穩(wěn)定態(tài)演替。但當水因子漲落幅度及速度較大,超過植被系統(tǒng)的適應范圍和適應速度時,它來不及適應,現(xiàn)有穩(wěn)定態(tài)難以保持,而新的穩(wěn)定態(tài)也難以形成或保持,可能直接向其終態(tài)(沙漠化)方向演替。因此在水資源開發(fā)時,應保持水因子的正常漲落幅度和速度。另外,還要注意水因子與其它生態(tài)因子的相互作用,在某些地區(qū),水因子的漲落可能會對風因子和土壤因子等產生放大效應,對植被系統(tǒng)產生不可逆轉的破壞作用。
3.3.3植被的生活習性
在生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)分析過程中,要充分考慮植被的生活習性。不同植被對地下水與地表水的依賴程度不同,其年內的需水量也有變化,這對流域內自然生態(tài)配水的有效性有特殊意義。以胡樹為例,其繁殖期主要是在春季,而這個季節(jié)下游正處于干旱少雨期,降水不足以使小胡楊萌芽成活,此時地表水的配給對胡楊的繁殖就十分重要。如果河道來水仍集中在中游農作物成熟后的九月份,其有效性顯然不高。