群井抽水造成的地面沉降研究

韓 勇，焦志亮，李圃林 ，李 軍，馮士倫，3

(1.中國市政工程華北設計研究總院，天津300074;2.天津市勘察院，天津300191;3.天津大學 建筑工程學院，天津300072)

1 引言

隨著沿海城市建設的高速發展，各類用途的地下空間不斷出現，造成了大量的基坑開挖，且規模和深度不斷加大。沿海城市深大基坑工程由于地下水位高，基坑開挖時必須進行降水，而基坑降水往往造成基坑周邊土體的豎向沉降變形，對周邊環境產生影響。所以在基坑開挖前進行抽水試驗來實測降低地下水位對地面沉降的影響程度，分析其影響因素，進而確定降水方案，指導基坑施工，具有非常重要的意義。許多學者通過抽水試驗得到了很多有意義的科研成果。

劉穎［1］以天津站交通樞紐工程的抽水試驗為例，通過對抽水試驗過程的地面沉降進行監測和分析，對地面沉降機理進行了探討。仵彥卿［2］等人通過對抽水引起周圍地面沉降的機理分析，提出了分析抽水引起地下水水頭壓力變化、含水層顆粒遷移、含水層壓縮和水體的膨脹的地下水運動方程。唐益群［3］等人通過研究某地鐵車站開挖前(基坑開挖深度達28m)進行的抽水試驗數據，指出地面沉降變化明顯受分層沉降影響。第七承壓層彈性釋水一貯水過程反復進行，影響著地層沉降一回彈變化，且總體呈下降趨勢。黎藝明［4］等人針對天津市某地鐵車站群井抽水試驗及地面沉降進行分析，為類似工程的設計、施工及風險控制提供了依據。

本文以天津市濱海新區某大型地鐵樞紐站的抽水試驗為背景，對該項目的抽水試驗成果進行分析，以便為類似工程的設計和施工提供借鑒的依據。

2 場地概況

抽水試驗場地地貌單元屬堆積平原區中的海積－沖積低平原，類型單一。擬建大型地鐵樞紐站開挖深達24m。場地的水文地質特征見表1。

表1 水文地質特征表

3 抽水試驗設計

按照根據基坑開挖排水要求，群井抽水試驗過程中第一微承壓水的水頭埋深應降至不小于地面下24m，降壓時間不少于15d，同時觀測降壓井周邊一定范圍內的地面沉降和水位變化，直至地面沉降基本穩定，并根據觀測數據預估降壓降水對周邊環境的影響。

試驗群井中心范圍布置承壓含水層水位和潛水水位觀測井，以獲得承壓水頭坡降情況。為了解不同土層在抽水過程中的水位變化，設置在不同土層中的觀測井均應采取措施與其它層隔離，確保觀測井準確反映所觀測層的水位變化情況。除部分微承壓水觀測井設置在試驗區外，其余土層水位觀測井均設置在試驗井包圍的區域。井位平面布置見圖1。

為了解基坑降壓降水對周邊環境的影響，進行試驗區地面的沉降觀測，試驗區布置地面沉降觀測網點(觀測范圍90m×90m，觀測點間距不大于10m)，以反映降壓抽水試驗期間的地面沉降情況。群井抽水試驗沉降點布置示意圖見圖2，共布置133處沉降測點。在抽水試驗前，埋設沉降標，并觀測得初始值，抽水試驗開始后，每天觀測一次。

圖1 井位平面布置示意圖

圖2 群井抽水試驗沉降點分布示意圖

4 地面沉降分析

由群井抽水試驗引起的地表累計沉降最大點為41點(見圖2正中間)，累計沉降為23.8mm。累計沉降最小點為X－60點(見圖2左下角)，累計沉降為2.0mm。沉降值詳見圖3。

各沉降點平面沉降變化規律詳見沉降等值線圖4，三維立體分布規律詳見圖5(圖中8為沉降標，其上部數字為群井抽水試驗引起的累計沉降量，單位:mm)。

圖3 群井抽水試驗引起的各沉降觀測點累計沉降量圖

圖4 群井抽水試驗引起的各測點累計沉降等值線圖

圖5 群井抽水試驗各測點累計沉降三維立體圖

從觀測數據來看，群井抽水試驗對地面沉降影響較大，抽水結束時各點平均累計沉降量為9.1mm，試驗井所圍范圍內(特別是試驗區中心部位)累積沉降量相對較大，介于 13.2 ～23.8mm，平均 18.60mm。沉降點離抽水井越遠，其累積沉降越小，沉降點離中心抽水井越近，其沉降越大，基坑降水過程使場區水位明顯形成水位下降漏斗。在三周的抽水試驗期間，未出現過抽水井被抽干的情況，說明此層微承壓含水層水量豐富，施工期間需密切關注。

5 結語

本基坑工程開挖深度達24.0m，基坑降水過程使場區水位明顯形成水位下降漏斗，基本與開采量呈正相關關系。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的上覆自重壓力施加到土骨架上，引起有效應力增加，使土層壓密，產生地面沉降。在三周的抽水試驗期間，群井抽水試驗對地面沉降影響很大，抽水結束時各點平均累計沉降量為9.1mm，試驗井所圍范圍內沉降量相對較大，介于13.2～23.8mm，平均18.60mm，所以基坑降水開挖期間，需要控制單井的抽水量，盡量減少抽水對周邊地面的影響。

［1］劉 穎.天津站交通樞紐工程抽水引起的地面變形研究［J］.天津建設科技，2007(1):27～28.

［2］仵彥卿，張建山，李 哲.基坑抽水引起周圍地面沉降機理及防治措施［J］.巖土力學，2005，26(10):111 ～112.

［3］唐益群，趙陳鵬，朱雁飛，等.地鐵車站抽水試驗引起的地面沉降效應分析［J］.工程地質學報，2007(15):277～278.

［4］黎藝明，韋文慧，李 才.群井抽水試驗及地面沉降分析在天津某地鐵車站中的應用［J］.鐵道建筑，2011(11):93～95.