基坑抽排水對田壩區(qū)地基沉降影響分析

張新濤

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長沙　410014）

基坑抽排水對田壩區(qū)地基沉降影響分析

張新濤

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長沙410014）

通過工程實(shí)例，本文討論了基坑的抽排水對施工區(qū)建筑物地基的影響的分析、計(jì)算，建筑物基礎(chǔ)主要為砂卵礫石層，根據(jù)該層的滲透系數(shù)本文提出了抽排水影響地基沉降量的主要計(jì)算方法及公式。工程實(shí)例表明：該沉降理論公式可以準(zhǔn)確的計(jì)算出建筑物沉降量，精確的確定建筑物地基的穩(wěn)定性。

地下水位影響半徑；浸潤線；沉降量

1　前言

討論基坑抽排水對建筑物的影響可以精確計(jì)算建筑物的沉降量，并能精確確定建筑物地基的穩(wěn)定性。以金沙江向家壩水電站田壩施工區(qū)為例，下面詳細(xì)介紹抽排水影響地基沉降量的計(jì)算方法及公式：

向家壩水電站橫跨川、滇兩省，是金沙江梯級開發(fā)中的最下游一個梯級。電站設(shè)計(jì)正常蓄水位380.00m，最大壩高162.00m，總裝機(jī)容量6000MW。樞紐建筑物主要有混凝土重力壩、左岸壩后廠房、右岸地下廠房、左岸通航建筑物和兩岸灌溉取水口等。工程分兩期施工，采用分期導(dǎo)流的方式：一期先圍左岸，在一期基坑中修建二期導(dǎo)流缺口、底孔及二期縱向圍堰，由束窄后的主河床泄流及通航；二期圍右岸，由一期形成的導(dǎo)流缺口及底孔泄流；后期加高缺口，封堵導(dǎo)流底孔，水庫蓄水發(fā)電。

田壩施工區(qū)位于壩址右岸，為以地下廠房尾水渠、二期下游橫向圍堰右岸接頭、馬延坡坡腳連線所形成的三角區(qū)域，由Ⅰ、Ⅱ級階地組成。這片施工場地布置有高程300m和310m兩個混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、35kV變電站、水廠、鋼管加工廠、倉庫、輸電線塔、⑧和⑩場內(nèi)公路以及多條排水涵洞等，目前場平已基本完成，主要建筑物尚未施工。施工區(qū)外側(cè)緊挨右岸地下廠房的尾水渠，內(nèi)側(cè)靠右岸山腳分布有金沙江的古河道，下游緊鄰該施工區(qū)有新建的云天化中學(xué)、云天化生活區(qū)和水富縣云富鎮(zhèn)田壩居民區(qū)，再往下游為云天化生產(chǎn)區(qū)和水富縣主城區(qū)。

二期基坑壩基開挖將達(dá)高程230m、尾水渠底板部分地段最低高程240m，基坑抽排水將引起尾水渠邊坡和田壩施工臨建工程區(qū)水文地質(zhì)條件發(fā)生變化，為評價(jià)基坑降水對尾水渠邊坡和田壩施工區(qū)的影響，須開展專門勘察，查明該區(qū)域的巖土特性和水文地質(zhì)條件，分析評價(jià)基坑抽水影響的范圍和程度，研究必要的加固處理措施。我院于2007年1月25日～3月27日在田壩區(qū)進(jìn)行了補(bǔ)充調(diào)查和勘探，本次勘察完成鉆孔24孔計(jì)1081.90m，注水試驗(yàn)19段。田壩施工區(qū)勘探平面布置詳見圖1。

2　地基沉降分析及計(jì)算

尾水渠首部底板高程240m，尾水渠開挖后水位必須降至高程240m以下。天然狀態(tài)下，尾水渠部位的地下水位在270m左右，疏干后將產(chǎn)生30余米的水位降落，這樣必然會引起周邊場地的地下水位發(fā)生變化，導(dǎo)致場地地基沉降變形，為此，初步分析了基坑抽水引起地下水位下降的影響范圍和影響范圍內(nèi)地基的沉降量。

2.1基坑抽水后地下水位影響半徑的計(jì)算

圖1　右岸田壩區(qū)勘探布置圖

田壩區(qū)土層厚度一般超過30m，古河道在場地中間橫穿而過，最大覆蓋層厚度76m。該部位土層由3層組成，表層為砂質(zhì)粘土夾礫石，中間為透鏡狀砂層，底層為含崩塊石的砂卵礫石，分別為弱至強(qiáng)透水。而下伏基巖透水性相對上部土層透水性小很多，可以看作相對隔水層。因此尾水渠抽水的影響半徑可以參照庫薩金的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

式中：R——影響半徑（m）；

H——潛水含水層厚度（m）；

K——滲透系數(shù)（m/d）；

S——水位降深（m）。

ZK225處于尾水渠首部的古河槽內(nèi)，也位于尾水渠底板與其右側(cè)邊坡的交接處，所以選ZK225作為假想抽水井。基坑疏干至尾水渠底板高程240m，該鉆孔天然狀態(tài)下枯水期的觀測水位268m（1990-04-20觀測），因此，抽水降深S=28m?；鶐r面即相對隔水層頂板起伏較大，最低處位于古河槽，因此含水層厚度取至古河槽底面，高程236m左右，由此確定含水層厚度H=32m。因上部2個土層的透水性相對較小，而且砂層以透鏡狀產(chǎn)出，為簡化計(jì)算，取下部的砂卵礫石層的滲透系數(shù)K=1×10-2～1×10-3cm/s來計(jì)算影響半徑，R=294.5m～931.2m。

2.2抽水后浸潤線的確定

確定了抽水的影響半徑后，可以根據(jù)下列公式求得抽水影響范圍內(nèi)各點(diǎn)的含水厚度，從而繪制浸潤線：

式中：h——抽水后影響半徑范圍內(nèi)含水厚度；

h1——抽水后觀測孔的含水厚度；

h2——抽水孔含水厚度；

x——距離觀測孔的水平距離；

l——觀測孔與抽水孔的距離。

當(dāng)l=R（影響半徑）時，h1為影響半徑處的含水厚度，h2為抽水孔的含水厚度，它們均為定值，這樣h為以x為自變量的函數(shù)。沿古河槽方向的剖面（即Ⅴ-Ⅴ′剖面）在滲透系數(shù)分別取K=1× 10-2cm/s和K=1×10-3cm/s時對應(yīng)的h1為64m和53m，而h2均為4m，由此繪制的地下水浸潤線如圖2和圖3，曲線形態(tài)為拋物線。

圖2　二期基坑抽水前后地下水浸潤線（K=1×10-2cm/s）

圖3　二期基坑抽水前后地下水浸潤線（K=1×10-3cm/s）

2.3抽水后地基沉降量計(jì)算

確定抽水影響半徑和浸潤線后，可以計(jì)算場地內(nèi)各構(gòu)筑物地基沉降量。總沉降量為各土層的沉降量之和，單層沉降量計(jì)算公式為：

式中：γw-為水的容重，取10kN/m3；△h-為抽水后計(jì)算點(diǎn)的水位降深（m）；E-為計(jì)算土層的變形模量。

田壩區(qū)土層雖為3層結(jié)構(gòu)，但由于砂層呈透鏡狀，且分布范圍較小，壓縮性與表層砂質(zhì)粘土夾礫石的差異不大，因此，上部2個土層可合并為一個土層，下部土層為含崩塊石的砂卵礫石，沉降量計(jì)算按2層土體考慮。上層土體（①和②層）變形模量E1分別取10MPa和20MPa，下層土體（③層）變形模量E2分別取30MPa和50MPa。

滲透系數(shù)分別為K=1×10-2cm/s和K=1×10-3cm/s所對應(yīng)各部位土層的沉降量見表1和表2。

3　計(jì)算結(jié)論

上述計(jì)算成果表明，二期基坑疏干將導(dǎo)致其相鄰地區(qū)地下水位下降，影響半徑最大932m，影響范圍主要是田壩施工區(qū)，下游云天化中學(xué)、云天化生活區(qū)和水富縣云富鎮(zhèn)田壩居民區(qū)不受影響。地下水下降引起的地面沉降量最大值約27cm，按其影響程度可劃分為3個帶：0～110m，主要有尾水渠邊坡及⑧公路路基，地面沉降量大于10cm；110～510m，主要有高程300m和310m混凝土系統(tǒng)，地面沉降量一般5～10cm；510m以外沒有重要建筑物分布，地面沉降量小于5cm。

表1　K=1×10-2cm/s時各點(diǎn)沉降量成果表

表2　K=1×10-3cm/s時各點(diǎn)沉降量成果表

P66

A

1673-0038（2015）26-0257-02

2015-6-4

張新濤（1982-），男，工程師，本科，主要從事市場營銷和項(xiàng)目管理工作。