止水帷幕對深基坑降水效果影響數值模擬

張玲秋,程　森,張　柳（.鄒平縣住房保障和房產管理局,山東鄒平5600；.山東省海河流域水利管理局,濟南5000；.山東大學土建與水利學院,濟南5006）

止水帷幕對深基坑降水效果影響數值模擬

張玲秋1,程森2,張柳3
（1.鄒平縣住房保障和房產管理局,山東鄒平256200；2.山東省海河流域水利管理局,濟南250100；3.山東大學土建與水利學院,濟南250061）

在地下水豐富的地區開展深基坑工程，需要采用止水帷幕來降低降水對周圍環境的影響。通過對深基坑降水工程中無止水帷幕及插入不同深度止水帷幕共6種工況進行數值模擬，得到不同工況下的孔隙水壓力云圖，以此分析止水帷幕對降水效果的影響；同時分析止水帷幕對基坑涌水量的影響。

深基坑；降水；止水帷幕；基坑涌水量；數值模擬

1引言

在基坑進行開挖支護之前，需要將地下水位降低到基坑坑底標高以下，從而保證整個開挖面的干燥狀態，保證基坑安全。但是由于地下水的滲流連續性，基坑內部地下水位的降低勢必會引起基坑外側的水位下降，從而造成基坑外側地面沉降，對周邊的建筑物產生不利影響。因此在深基坑降水工程中常需要采用止水帷幕。常見的止水帷幕有高壓旋噴樁、深層攪拌樁及地下連續墻止水帷幕等，一般設置在基坑側壁外側。止水帷幕根據其是否插入隔水層又可以分為懸掛式止水帷幕和落地式止水帷幕。隨著計算機技術的迅速發展，國內學者對深基坑降水的數值模擬分析日趨成熟，并取得顯著的成果。本文將采用abaqus有限元軟件著重分析采用潛水非完整井降水時止水帷幕對深基坑降水效果的影響。

2帷幕的止水作用研究

2.1工程概況

模擬基坑大小為90m×50m，假設地面標高為0，初始水位-3m，-3m～-30m為潛水層，-30m～-32m為隔水層。止水帷幕厚300mm，繞基坑一圈成封閉型態。降水井和疏干井深18m，井管直徑500mm，成孔700mm，共計16個降水井、8個疏干井，井的平面布置如圖1。

2.2模型概況

相對于降水井的尺寸，整個基坑的計算模型過大。若以整個基坑進行計算分析，必然會由于網格數過多而使計算時間過長?？紤]到基坑及降水井布置的對稱性，數值模擬時可僅取基坑的四分之一部分。根據經驗降水的影響范圍大致為100m～180m，本模型帷幕外側范圍取200m，計算深度為32m。模型總長250m，寬230m，深32m；基坑部分長45m，寬25m。網格采用具有孔壓自由度的8節點六面體單元(C3D8P)，單元全局尺寸為3m，共劃分為72509個單元、80946個節點。計算模型如圖2。

2.3邊界條件

不考慮土體的變形，故約束模型所有方向的位移及轉角自由度。假定基坑外側200m開外水位不受降水影響，將邊界1、邊界2設為定水頭邊界；假定降水井、疏干井自由出水，固定孔壓為0；其余邊界為不透水邊界。

2.4計算結果分析

計算模型共考慮了六種工況，分別是無止水帷幕(工況1)及止水帷幕深18m(工況2)、21m(工況3)、24m(工況4)、27m(工況5)、30m(工況6)，計算總時長60天。圖3為六種工況下降水60天之后的孔壓云圖。

工況2、3、4、5為懸掛式止水帷幕，工況6為落地式止水帷幕，各工況下基坑內外水位及降水影響范圍（取水位降深1m的范圍）如表1所示。

表1　各工況降水效果

由圖3及表1可見，無止水帷幕時降水效果差，影響范圍大，降水漏斗曲線連續；存在止水帷幕時，由于帷幕的“隔斷”作用，降水漏斗曲線在帷幕兩側不連續、發生突變，帷幕兩側產生水頭差；增加止水帷幕的深度，可以延長滲徑，提高止水帷幕對基坑內的降水效果和帷幕外側的止水效果；采用懸掛式止水帷幕并不能顯著控制遠處地下水位的下降，其地下水位的影響范圍為138m～154m，相比無止水帷幕時僅減少4.3%～14.3%；落地式止水帷幕由于深入到隔水層，完全封堵了基坑與周邊的水力聯系，降水和止水效果顯著。各工況降水60天后的單井出水量如表2所示。

表2各工況單井出水量

由上表可見：采用止水帷幕能明顯降低基坑涌水量；同一工況降水井及疏干井的單井出水量相差不大；增加止水帷幕的深度能較明顯地減少出水量；當止水帷幕深入隔水層時，基坑內外水力聯系被完全阻隔，單井出水量大大減少，此時可以適當地減少降水井和疏干井的數量。當采用懸掛式止水帷幕時，由于止水帷幕未深入到隔水層，基坑內、外的地下水仍有水力聯系，將對基坑周邊環境造成不同程度的影響。

3結論

通過對深基坑降水的數值模擬分析，研究了止水帷幕的不同插入深度對基坑降水的影響，得到以下結論：

落地式止水帷幕的綜合止水效果好，對周圍環境影響非常小，在條件允許的情況下應優先考慮。懸掛式止水帷幕并不能明顯地減少降水影響范圍，但能降低基坑內水位并較好地控制基坑涌水量。

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