基于群井抽水試驗的基坑降水與地面沉降關(guān)系研究

馮雷

摘?要：隨著城市建設(shè)發(fā)展，地下空間開發(fā)利用程度越來越高，建設(shè)項目基坑開挖深度越來越大，往往涉及下伏承壓含水層，基坑開挖減小了承壓含水層上覆土層的厚度，當(dāng)承壓水的水頭壓力超過上覆土層重度時一般會造成基坑突涌，導(dǎo)致基坑工程事故并造成一定的經(jīng)濟損失。天津市地處濱海海積沖積平原，地下水水位較淺，承壓水水頭較高，故深基坑開挖時需要降低承壓水水頭以保證基坑工程安全開挖，降低承壓水水頭會引起地面沉降，采用數(shù)值模型模擬分析也能在一定程度上反映地面沉降趨勢，但是由于工程地質(zhì)的復(fù)雜性很難完全的反映降水和地面沉降的關(guān)系，故本文借助天津市某深基坑進行的群井抽水試驗研究降低地下水水頭對地面沉降的影響。

關(guān)鍵詞：群井抽水試驗;深基坑;承壓水;地面沉降

隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市化進程不斷加快，合理開發(fā)地下空間成為城市發(fā)展的重要因素。近年來，深基坑工程數(shù)量急劇增加，基坑在開挖前，為防止邊坡失穩(wěn)與坑底隆起，常采用預(yù)降水的方式，累計沉降量均比較小，各點平均累計沉降量為3.9mm，說明在抽水試驗過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大;從沉降點的最終沉降量看，試驗區(qū)內(nèi)（特別是試驗區(qū)中心部位）沉降相對較大，平均為4.66mm，并總體呈向試驗區(qū)外逐漸減小的趨勢;而基坑降水過程使場區(qū)水位明顯形成水位下降漏斗，水位變化與開采量呈正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果為基坑設(shè)計及施工提供了理論依據(jù)。

一、抽水試驗井

（一）降水試驗?zāi)康?/p>

由于該場地處于建筑物、道路及管線密集的城市中心區(qū)域，止水帷幕無法徹底隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系時，基坑降水將對周邊環(huán)境造成重大影響。同時由于本場地地層分布復(fù)雜，且存在較多含水透鏡體，第一承壓含水層不連續(xù)，存在基坑內(nèi)外水力聯(lián)系較大的風(fēng)險，因此本工程決定采用預(yù)降水試驗判斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況。本工程先后進行單井與群井降水等試驗，觀測基坑內(nèi)外觀測井水位降深及基坑外各監(jiān)測點地表沉降值，探究基坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況，以判斷基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)置是否合理。

（二）監(jiān)測點布置

地面沉降觀測點布設(shè)成網(wǎng)狀形式，布置范圍為群井試驗區(qū)及試驗區(qū)以外1倍抽水井間距。本次抽水井井距20m左右，故各向外延伸20m，監(jiān)測范圍為60×60m范圍。監(jiān)測點間距10m，地面沉降標(biāo)數(shù)量為49個。監(jiān)測方法主要是利用不動點來監(jiān)控變化的沉降點，本工程在遠離工地的老建筑物上一共布置了三個固定點，三個點構(gòu)成一個基準(zhǔn)網(wǎng)，并定期監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性，從多次檢測的結(jié)果表明，基準(zhǔn)網(wǎng)是穩(wěn)定的。在抽水試驗前，埋設(shè)沉降點并觀測，取得初始值，抽水試驗開始后每天觀測一次，抽水結(jié)束后的一周，觀測兩次。自2008年10月4日開始，到2008年11月10日結(jié)束，共觀測了24次。

（三）單井降水試驗

主體基坑開挖之前于3月27日9：30對基坑內(nèi)J3疏干井進行單井降水試驗，24h后停止降水，設(shè)計水位降深2m。期間，對基坑內(nèi)外潛水層及第一承壓含水層觀測井水位降深分別進行觀測。鄰近抽水井J3的觀測井水位變化?？觾?nèi)觀測井水位有顯著下降，最大接近2m。而基坑外潛水層觀測井水位下降均小于0.15m，水位變化穩(wěn)定。第一承壓含水層觀測井G1-1（22）、G1-2（31）水位波動也相對較小，最大水位降深為0.38m（G1-2）。

（四）基坑整體群井降水試驗

基坑內(nèi)觀測井水位下降迅速，例如J16水位降深最大值達15.41m，停抽后水位恢復(fù)較快?；油?m潛水觀測井G0-11（8）與12m潛水觀測井G0-9（12）、G0-10（12）水位波動很小，基坑外16m淺層觀測井G0-1（16）至G0-8（16）水位下降幅度較大，且停抽后恢復(fù)較快，而G1-6（16）井水位變化異常，很快就穩(wěn)定，說明該點附近基坑內(nèi)外存在水力聯(lián)通。第一承壓水⑧2層觀測井G1-1（22）與第一承壓水⑨2層觀測井G1-2（31）、G1-6（31）在基坑內(nèi)群井抽水開始后水位下降迅速，但G1-1（22）水位變化小于G1-2（31）、G1-6（31）。⑧2層觀測井G1-1（22）水位下降為3.72m，⑨2層觀測井G1-2（31）、G1-6（31）水位下降較為接近，達到了7.50m。由此現(xiàn)象可知，基坑內(nèi)外第一承壓水存在較強的水力聯(lián)系，且⑨2層基坑內(nèi)外可能存在直接的水力聯(lián)系，而坑位⑧2層水位下降是通過坑外⑨2層水位越流向坑內(nèi)補給造成的。第二承壓水B111層觀測井G2-1（35）與⑨2層承壓水觀測井G1-2（31）、G1-6（31）水位變化趨勢較為一致，且G1-6（31）降深較大，達到7.23m。第二承壓含水層B112層承壓水觀測井G2-2（40）水位下降小于B111層，但最大降深仍達到4.78m。基坑內(nèi)群井疏干降水并未直接對第二承壓含水層進行抽水，但仍引發(fā)第二承壓含水層較大的水位下降，由此可見，此場地第一、第二承壓含水層同樣存在較大的水力聯(lián)系。

二、地面沉降分析

從觀測數(shù)據(jù)來看，49個地面沉降點各點平均累計沉降量為4.6mm，累計沉降量較小，說明在抽水試驗過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大。從沉降點的最終沉降量看，試驗區(qū)內(nèi)（特別是試驗區(qū)中心部位）沉降相對較大，介于5.3～9.0mm，平均7.03mm，并總體呈向試驗區(qū)外逐漸減小的趨勢。全部49點中不均勻沉降量最大為25號點和2號點，不均勻沉降量為7.0mm。

（一）累計沉降最大點及累計沉降最小點

地面沉降點累計沉降最大點為25#點，累計沉降為9.0mm.累計沉降最小點為2#點（觀測網(wǎng)最外排，累計沉降為2.0mm。

（二）沉降速率

地面沉降點一共布有49個沉降點，25號點的累計沉降最大，反映了該樓的整體沉降情況。

三、結(jié)語

通過本次群井抽水試驗基本能反映出基坑降水對周邊地面沉降影響的規(guī)律，對于后期降水具有一定的借鑒作用（1）本次抽水試驗對群井試驗區(qū)地面沉降標(biāo)數(shù)量均為49個。從觀測數(shù)據(jù)來看，從觀測數(shù)據(jù)來看，累計沉降量均比較小，各點平均累計沉降量為3.9mm，說明在抽水試驗過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大;從沉降點的最終沉降量看，試驗區(qū)內(nèi)（特別是試驗區(qū)中心部位）沉降相對較大平均4.66mm，并總體呈向試驗區(qū)外逐漸減小的趨勢，但受場地淺部填土不均勻性的影響，個別點位分布無規(guī)律可循。（2）本工程基坑開挖深度普遍在20m左右，最深達26.35m，基坑降水過程使場區(qū)水位明顯形成水位下降漏斗，基本與開采量呈正相關(guān)關(guān)系。同時也引起周圍地層中的水頭下降。水頭下降降低了土層中的孔隙水壓力，一部分原來由水所承擔(dān)的上覆地層自重壓力轉(zhuǎn)嫁到土的骨架上，引起有效應(yīng)力增加，使土層壓密，產(chǎn)生地面沉降。因此，一方面基坑設(shè)計及施工應(yīng)采取隔水措施，另一方面應(yīng)在降水過程中加強基坑變形、地面沉降等監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

參考文獻：

[1]師晨翔，金文，楊永平，姚建平，李鏡培.考慮土體吸力基坑抗隆起穩(wěn)定性極限上限分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2019，15（01）：303-310.

[2]相興華.基坑開挖與降水對支護結(jié)構(gòu)受力及地面變形影響的研究[D].太原理工大學(xué)，2013.

[3]田志強，陳銳，王子哲，等.深基坑開挖及降水引起的鄰近淺基礎(chǔ)沉降分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2012，8（增1）：1483-1490.

[4]曾超峰，薛秀麗，鄭剛.軟土區(qū)基坑預(yù)降水引起支護墻側(cè)移的典型參數(shù)影響研究[J].巖土力學(xué)，2017，38（11）：3295-3303，3318BFC17353-B75D-4913-86FA-FA374F060173