北京地區(qū)水文地質(zhì)特征分析

張 健

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 工程概況

擬建工程位于北京市某鐵路車站附近，主要為污水池和鍋爐房，基坑開挖深度約12 m，建筑平面面積約800 m2。基坑開挖深度較大，地下水對擬建建筑物有很大的影響，因此抗浮設計水位的選取對于工程的安全性和經(jīng)濟性影響很大。

2 場地工程地質(zhì)條件

2．1 擬建場地地形、地貌概況

擬建場地位于永定河沖洪積扇中下游，毗鄰涼水河，為涼水河Ⅱ級階地，受人工活動影響，原始地貌已遭破壞，現(xiàn)狀場地地形較平坦。擬建場地為綠化草地?？碧狡陂g鉆孔孔口標高為40．63 m～41．16 m。

場地空間范圍狹小，地下埋設有較多的電纜、光纜、自來水、污水等地下管線設施，場地周圍分布有高壓電線，場地緊鄰既有動車鐵路線約15 m。

為了詳細查明場區(qū)及周圍的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，在本工程的建筑平面范圍內(nèi)共布置勘探鉆孔7個。所有勘探點的位置詳見圖1，代表性剖面圖見圖2。

圖1 勘探點平面位置示意圖

圖2 工程地質(zhì)剖面1—1′

2．2 場地地基土均勻性評價

根據(jù)野外鉆探資料和室內(nèi)土工試驗資料綜合分析，擬建場地表層為人工堆積層，厚度不一，厚度為3．0 m～5．7 m，該層土堆積時間短，土質(zhì)結構松散，物理力學性質(zhì)差，承載力低，且厚度變化較大;人工堆積層以下為新近沉積層，物理力學性質(zhì)相對較差，承載力相對較低。人工堆積層和新近沉積層以下為一般第四紀沉積的粘性土、粉土、砂類土、圓礫、卵石，沉積時間長，層位相對較穩(wěn)定，強度較高，土的工程性質(zhì)和力學性質(zhì)較好，但各層土之間的物理力學性質(zhì)差別較大。

3 場地水文地質(zhì)條件

3．1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

北京市位于華北平原北部，屬于永定河、大清河、北運河、潮白河、薊運河等水系沖洪積扇的中上部地段。北京規(guī)劃市區(qū)內(nèi)第四系巖相分布，由西向東具有明顯的過渡現(xiàn)象。由于河流頻繁改道，形成多級沖洪積扇地，使地質(zhì)條件較為復雜。總的趨勢，西部以碎石類土為主，向東則逐漸形成粘性土、粉土與碎石類土的交互沉積，第四系覆蓋層厚度也由數(shù)米增加到數(shù)百米。以此為背景，地下水的賦存狀態(tài)也從西部的單一潛水層，向東、東北和東南逐漸演變成多層地下水的復雜狀態(tài)。按照北京市區(qū)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和地下水動態(tài)，將北京市區(qū)淺層地下水的工程水文地質(zhì)條件劃分為三個大區(qū):永定河沖洪積扇臺地潛水區(qū)、過渡區(qū)、潛水區(qū)(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū))，又細分為七個亞區(qū)(Ⅰa，Ⅰb，Ⅰc;Ⅱa，Ⅱb;Ⅲa，Ⅲb)。

北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)的地下水分布特征見表1，北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)略圖參見圖3。

表1 北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)的地下水分布特征

圖3 北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)略圖

3．2 地下水特征

1)場區(qū)水文地質(zhì)特征及地下水類型。

本場地所處場區(qū)的地表水系屬于永定河水系，擬建場地附近主要分布有涼水河及南二環(huán)護城河(馬草河)。根據(jù)北京地區(qū)地下水長期觀測數(shù)據(jù)(40多年)，以及對北京市淺層地下水位動態(tài)變化規(guī)律的研究成果，本工程擬建場區(qū)位于北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)的Ⅲb亞區(qū)。

根據(jù)工程場區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)的水文地質(zhì)特征及本次勘察結果，在勘探深度范圍內(nèi)主要分布有上層滯水，擬建場地地下水類型及鉆探期間實測水位參見表2。

表2 地下水情況一覽表

本次勘探過程中，受南側(cè)一處下穿涼水河管道施工場地排水影響，該場地距離勘探點約30 m遠，為了便于施工，管道施工工作井處水位一直維持在距離地表約12．5 m處(標高約28．1 m處)，本場地實測的穩(wěn)定水位會受施工排水的影響。

2)地下水動態(tài)變化特征。

場區(qū)上層滯水主要接受大氣降水入滲及管道滲漏補給，以蒸發(fā)為主要排泄方式，其水位動態(tài)受多種因素影響變化復雜。

3)擬建場區(qū)歷年高水位及近3年～5年最高水位記錄。

工程場區(qū)歷年(自1955年以來)最高地下水位高程為40．20 m左右(在場地地面低洼處接近自然地面);近3年～5年最高地下水位高程為27．00 m左右(不含上層滯水)。

4)確定基礎設計水位的基本依據(jù)和建議。

a．擬建工程場區(qū)位于典型的北京市區(qū)工程水文地質(zhì)分區(qū)的Ⅲb亞區(qū)。該區(qū)含水層為滲透性很強的卵、礫石地層，地下水位受北京市地下水開采量減少和官廳水庫放水造成的永定河側(cè)向補給及大氣降水入滲等因素的影響，多年動態(tài)及年動態(tài)變化較大。由于場區(qū)距永定河河道較近，地層滲透系數(shù)高，地下水位受永定河上游官廳水庫放水造成的側(cè)向補給的強烈影響。在此背景下，設計水位與地下水分布條件的最終確定將涉及本工程的防滲設計、地下室外墻承載能力驗算以及外圍平臺部分的基礎抗浮穩(wěn)定性的驗算。基礎及結構設計時可根據(jù)上述歷年最高水位、勘察時量測的地下水位，結合有關設計標準綜合確定本工程防滲設計、外墻結構承載力驗算和基礎抗浮設計的設防水位。

b．綜合分析，建議用于本工程地下建筑結構的抗浮設防水位按照標高37．0 m考慮(即地表以下約4．0 m)。

4 抗浮方案的分析與評價

本工程基坑需要下挖約12 m，部分建筑物易處于地下水位以下，將使其整體受到地下水的浮力作用，易造成建筑物結構變形，浮起，影響其正常使用及安全。本場地抗浮設計水位建議按標高37．0 m 考慮(即地表以下約4．0 m)。

可采取抗浮措施:

1)增加基礎厚度，以增加配重抵抗浮力;

2)設置抗拔樁。

在解決建筑基礎整體抗浮問題的同時，應保證基礎結構強度，預防地下水壓力作用下發(fā)生局部結構構件破壞。

本工程地下水的賦存條件、動態(tài)特征比較復雜，構筑物抗浮是必須重點考慮的問題。根據(jù)場地土的強滲透性特征，必須對建筑物地下部分進行抗浮驗算。特別應該提出的是，受官廳水庫放水的影響，1996年前后場區(qū)地下水位回升幅度較大，因此如若在基槽施工期間恰巧遇到永定河上游官廳水庫放水事件，將可能造成場區(qū)地下水位驟然劇烈上升，將對施工的安全和順利進行造成影響。因此，施工期間尚應與水利水文主管部門取得聯(lián)系，了解水文調(diào)度計劃，規(guī)避不利影響。鍋爐房及污水池等地下建筑物，設計、施工中應考慮投入使用前，水位突然上升帶來的不利影響，并建立處理預案。

5 結語

建筑物抗浮設防水位的確定和抗浮設計方案的選用合理性，直接影響到工程的安全性和造價的經(jīng)濟性，因此，勘察設計人員應根據(jù)勘察資料及當?shù)厮牡刭|(zhì)資料，重點考慮基準水位和年季節(jié)性最大變幅水位，以及其他偶然性不利影響因素，確定合理的抗浮設防水位，并對抗浮設計方案進行綜合比選，選擇經(jīng)濟合理、安全的抗浮設計方案。

［1］GB 50021-2001(2009年版)，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［2］張曠成，丘建金．關于抗浮設防水位計浮力計算問題的分析討論［J］．巖土工程技術，2007(3):26-27．

［3］李書君，龔巧玉．北京地區(qū)地下構筑物浮力分析［A］．全國巖土工程與工程學術大會論文集［C］．2008．

［4］楊翠珠．建筑物基礎抗浮設防水位之我見［J］．巖土工程技術，2007(8):68-69．

［5］黃志侖．關于地下建筑物的地下水揚力問題的分析［J］．巖土工程技術，2002(5):57．

［6］常晉沙，林治民．關于場地抗浮設防水位的設置應注意的一些問題［J］．工程建設，2006(6):92-93．