北京地區水文地質特征淺析

張 健 趙艷良

(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。擬建工程場區及其附近地下水多年動態變化復雜，地下水位在未來各種自然和人為因素的影響和作用下還有大幅升高的可能。基坑開挖深度較大，地下水對擬建建筑物有很大的影響，抗浮設計水位的選取對于工程的安全性和經濟性影響很大。

2 場地工程地質條件

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，現狀場地地形較平坦。擬建場地為綠化草地。勘探期間鉆孔孔口高程為40.63～41.1 6m。

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。

為了詳細查明場區及周圍的工程地質及水文地質情況，在本工程的建筑平面范圍內共布置勘探鉆孔7個。所有勘探點的位置見圖1。

圖1 勘探點平面位置示意

2.2 場地地層分布及土質特征

本次勘探最大孔深25.00 m深度范圍內所揭露地層，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層和一般第四紀沉積層三大層。各層土的地層巖性及其特點如下所述。

(1)人工堆積層

擬建場地表層為人工堆積層，主要地層為素填土①層、雜填土①1層，以粉土、粉質黏土、黏土為主，含少量磚渣、灰渣。

(2)新近沉積層

粉土③層:褐黃色，濕，中密，含云母、氧化鐵等;粉質黏土③1層;褐黃色，可塑。

細砂④層:褐黃色，中密，潮濕，含氧化鐵等;粉砂④1層:褐黃色，中密，潮濕，含氧化鐵等;中砂④2層:褐黃色，中密，潮濕，含氧化鐵等。

卵石⑤層:黃灰色，中密，潮濕—飽和，一般粒徑20～50 mm，最大粒徑100 mm，中粗砂充填，含量約25%;圓礫⑤1層:黃灰色，中密，潮濕—飽和，一般粒徑2～20 mm，最大粒徑80 mm，砂充填，含量約20% ～30%。

(3)第四紀沉積層

該層主要位于人工堆積層和新近沉積層以下，場區普遍分布。

粉質黏土⑥層:褐黃色，可塑;細砂⑥2層:褐黃色，中密，潮濕;中砂⑥3層:褐黃色，中密，潮濕;黏土⑥4層:褐黃色，可塑;粗砂⑥5層:褐黃色，潮濕，密實，礦物成分以石英、長石為主，含少量圓礫;粉砂⑥6層:褐黃色，中密，潮濕。

卵石⑦層:黃灰色，密實，潮濕—飽和，一般粒徑20～50 mm，最大粒徑100 mm，中粗砂充填，含量約20% ～25%;中砂⑦1層:黃灰色，密實，潮濕—飽和;圓礫⑦2層:黃灰色，密實，潮濕—飽和，一般粒徑10～20 mm，最大粒徑80 mm，砂充填，含量約20% ～30%;本次勘察終于該層。

2.3 場地地基土均勻性評價

根據野外鉆探資料和室內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3.0～5.7 m，該層土堆積時間短，土質結構松散，物理力學性質差，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黏性土、粉土、砂類土、圓礫、卵石，沉積時間長，層位相對較穩定，強度較高，土的工程性質和力學性質較好，但各層土之間的物理力學性質差別較大。

3 場地水文地質條件

3.1 區域水文地質概況

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。北京總體規劃市區面積1 046 km2，主要坐落在永定河沖洪積扇上，規劃市區內第四系巖相分布，由西向東具有明顯的過渡現象。由于河流頻繁改道，形成多級沖洪積扇地，地質條件較為復雜。總的趨勢，西部以碎石類土為主，向東則逐漸形成黏性土、粉土與碎石類土的交互沉積，第四系覆蓋層厚度也由數米增加到數百米。以此為背景，地下水的賦存狀態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。按照北京市區地質、工程地質、水文地質條件和地下水動態，將北京市區淺層地下水的工程水文地質條件劃分為三個大區:永定河沖洪積扇臺地潛水區、過渡區、潛水區(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區)，又細分為七個亞區(Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc;Ⅱa、Ⅱb;Ⅲa、Ⅲb)。“北京市區工程水文地質分區的地下水分布特征”見表1，“北京市區工程水文地質分區略圖”見圖2。

表1 北京市區工程水文地質分區的地下水分布特征

圖2 北京市區工程水文地質分區

3.2 地表水系

北京地區地表發育5大水系:西部大清河及永定河水系，中部溫榆一北運河水系，東部潮白河及薊運河水系。除溫榆一北運河水系發源于本市境內外，其余均為過境河流。本場地所處場區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護城河(馬草河)。

3.3 地下水特征

(1)場區水文地質特征及地下水類型

本工程擬建場區位于北京市區工程水文地質分區的Ⅲb亞區。根據工程場區水文地質分區的水文地質特征及本次勘察結果，在勘探深度范圍內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見表2。

表2 地下水情況一覽

本次勘探過程中，受南側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(高程約28.1 m處)，本場地實測的穩定水位會受施工排水的影響。

(2)地下水動態變化特征

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

(3)擬建場區歷年高水位及近3～5年最高水位記錄

工程場區歷年(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3～5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和建議

擬建工程場區位于典型的北京市區工程水文地質分區的Ⅲb亞區，該區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向補給及大氣降水入滲等因素的影響，多年動態及年動態變化較大。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定性的驗算。可根據上述歷年最高水位、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。

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高程37.0 m考慮(即地表以下約4.0 m)。

4 地基基礎的分析與評價

本工程基坑需要下挖約12 m，部分建筑物處于地下水位以下，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高程37.0 m考慮(即地表以下約4.0 m)。

之后，結合該病種在質量、效率、效益、難度等多個維度的具體情況，醫院數據中心小組召開專題會，與手術醫師及相關專家就此耗材在該病種診療過程中使用的科學性、合理性、有效性等進行了討論，最終認為該耗材對病種質量、效率等各維度指標的提升作用不明顯，應逐漸減少使用。經過管控，2017年數據顯示，該病種次均費用、病種成本明顯下降，但質量、效率等相對穩定。可見，以病種為核心的深入分析為管理者提供了更加精準、精細、精益的決策支持。

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生局部結構構件破壞。

本工程地下水的賦存條件、動態特征比較復雜，構筑物抗浮是必須重點考慮的問題。根據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年前后場區地下水位回升幅度較大，如若在基槽施工期間恰巧遇到永定河上游官廳水庫放水，將可能造成場區地下水位驟然劇烈上升，對施工安全造成影響。因此，施工期間應與水利水文主管部門取得聯系，了解水文調度計劃，規避不利影響。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 基坑支護方案及降水評價

5.1 基坑工程對周邊環境影響評價

本工程位于涼水河北側，地表上部為新近沉積的砂土、碎石土和第四紀圓礫層，透水性強，自穩能力差，地下水作用下易產生坍塌，施工時要采取有效措施，防止本工程場地附近涼水河發生較大規模的滲漏，保證基坑的穩定性，避免對施工和周圍環境造成危害。

本工程場地東南側為既有鐵路線，擬開挖基坑的邊緣距離鐵路線約15 m，鐵路的運行對地基產生了附加荷載，使基坑周圍土壓力增大。車輛行駛過程中產生的振動對基坑產生影響，施工時易產生坍塌。

本工程不但對基坑支護提出了很高的要求，在地下水控制上也有較高的要求。第一，因本工程地下結構埋置較深，最深處達12 m，施工周期可能較長，地下水的控制必須經過嚴格設計，避免對降水影響范圍內的周邊既有建筑物、鐵路、道路、管線設施帶來安全隱患和不利影響。第二，本工程的基坑支護與地下水控制方案，應精心組織設計施工，加強全程的動態安全監測。

5.2 基坑開挖與支護方案分析

本工程基槽開挖較深，開挖面積較大，在深基坑支護體系設計時，應充分考慮深基坑開挖深度內及支護影響深度范圍地層、地下水分布的復雜性，還須考慮周邊既有建筑、鐵路、道路、地下設施等諸多因素的影響。基坑支護體系的設計與施工須滿足基坑邊坡穩定及避免對鄰近既有建筑物、鐵路、重要道路和地下設施產生不利影響的需要。

基坑支護設計須結合設計施工經驗及本工程基坑邊坡支護結構的選型，綜合確定設計參數。

5.3 場區地下水的控制

根據目前本工程的設計埋深條件，地下結構施工時應充分考慮可能存在的上層滯水給施工帶來的不利影響。

本工程地下結構的基礎埋深位于地下水位附近且處于其年變化幅度范圍之內，且由于含水層土質為強透水的卵、砂礫石土層，在基坑開挖及基礎施工時須采取有效的地下水控制方法降低地下水位，以滿足基礎施工及邊坡支護施工的安全和質量需要。

施工降水須注意避免對周圍已有建筑物、地下設施、道路、鐵路造成不利影響，應采取有效措施預防抽水引起砂土、粉土流失而導致土體破壞和過大的地基變形。

［1］ GB50021—2001 巖土工程勘察規范［S］

［2］ 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)

［3］ 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)

［4］ 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)