南京某深基坑工程圍護-降水優化設計

許程

(鎮江市勘察測繪研究院，江蘇 鎮江 212000)

南京某深基坑工程圍護-降水優化設計

許程*

(鎮江市勘察測繪研究院，江蘇 鎮江 212000)

通過建立三維模型對基坑降水過程進行了模擬，結果表明模型水文地質參數計算值與實際值較吻合，并進一步分析基坑圍護與降水之間的關系，證實了基坑圍護-降水一體化設計思路的可行性，為類似基坑工程設計提供了借鑒意義。關鍵詞：基坑設計；地下水控制；環境變形

1 引 言

隨著城市地下空間的開發，基坑工程呈現越來越深的趨勢，而基坑施工過程中幾乎不可避免遇到地下水問題，因此對于深基坑施工前進行專項降水試驗變得尤為重要。

南京某基坑工程降水試驗[1]有針對性地進行單井及群井降水試驗，獲取場區的基本水文地質參數，為基坑圍護-降水設計提供了必要的依據。

為保證后期施工的安全有序進行，本文結合地下水滲流規律及基坑工程實際情況，利用有限元耦合含水層的水文地質參數，建立基坑施工階段降水的三維滲流模型，分析基坑施工階段在一定隔水邊界條件下坑內降壓對周邊環境條件的影響以便確定合理的隔水帷幕深度。

2 降水模型設計

根據以下地下水滲流的數學模型建立工程場區的水文地質概念模型[2]，如圖1、圖2所示。

圖1 有限元網格剖分平面圖

圖2 模型三維立體圖

根據降水試驗過程進行水文地質參數反演，耦合了含水層的滲透系數及各向異性等[3]，如圖3、圖4所示。

圖3 參數反演對比分析

圖4 參數反演相似度(98.7%)

3 降水設計分析

3.1 減壓降水計算

場地承壓含水層為②-4層粉砂、②-5層粉細砂構成的含水層組，其層頂埋深有一定起伏，如圖5所示。

圖5 承壓含水層層頂埋深示意圖

經基坑開挖水土壓力平衡計算，基坑減壓降水需視不同區域區別對待，如圖6、表1所示。

圖6 基坑減壓降水分區圖

基坑水土壓力驗算表 表1

3.2 降水方案設計

根據基坑滲流理論，止水帷幕插入含水層一定深度時可增加地下水滲流的繞流效應[4]，降低基坑內降水的難度，同時能有效地減小對基坑周邊環境的影響。

根據降水設計原則[5]，降水方案確定 20 m的降壓井間距以及 46 m(含水層頂埋深較淺區域)和 50 m(含水層頂埋深較深區域)的降壓井深度，通過三維流理論計算不同止水帷幕深度(45 m、51 m、56 m、60 m)情況下的降水工況及其對周邊環境的影響，如圖7、圖8所示。

圖7 降壓井平面布置圖

圖8 降壓井三維立體圖

3.3 降水方案分析

工況一(止水帷幕45 m)時，降水120天后滿足施工要求，如圖9～圖11所示。

圖9 基坑降水水頭與時間關系圖(工況一)

圖10 基坑降水水位埋深等值線圖(工況一)

圖11 基坑降水周邊環境沉降等值線圖(工況一)

降水情況分析(工況一) 表2

工況二(止水帷幕51 m)時，降水120天后滿足施工要求，如圖12～圖14、表3所示。

圖12 基坑降水水頭與時間關系圖(工況二)

圖13 基坑降水水位埋深等值線圖(工況二)

圖14 基坑降水周邊環境沉降等值線圖(工況二)

降水情況分析(工況二) 表3

工況三(止水帷幕56 m)時，降水120天后滿足施工要求，如圖15～圖17、表4所示。

圖15 基坑降水水頭與時間關系圖(工況三)

圖16 基坑降水水位埋深等值線圖(工況三)

圖17 基坑降水周邊環境沉降等值線圖(工況三)

降水情況分析(工況三) 表4

工況四(止水帷幕60 m)時，降水120天后滿足施工要求，如圖18～圖20、表5所示。

圖18 基坑降水水頭與時間關系圖(工況四)

圖19 基坑降水水位埋深等值線圖(工況四)

圖20 基坑降水周邊環境沉降等值線圖(工況四)

降水情況分析(工況四) 表5

為選取合適的止水帷幕方案，需對比以上4種方案的基坑總涌水量、降水所需配電功率和預估周邊沉降數值，如表6、表7所示。

不同止水帷幕方案對比一覽表(1) 表6

不同止水帷幕方案對比一覽表(2) 表7

通過對比可知，隨著止水帷幕深度的增加，基坑涌水量逐漸減小，基坑所需降水井數量減少，降水所需配電功率逐步降低。對于本工程，通過加深止水帷幕[6]可以降低基坑降水的風險和難度，從安全性角度考慮，方案三和方案四可優先考慮。

對比方案三(隔水帷幕深度 56 m)與方案四(隔水帷幕深度 60 m)，方案四降水對周邊環境影響的預測沉降值最小，較方案三相差 4 mm～6 mm。考慮到超深地下連續墻的施工難度增大，施工成本增加，在滿足經濟、安全的前提下建議采用方案三(隔水帷幕 56 m)。

4 結 論

本文通過建立三維模型利用有限元耦合含水層的水文地質參數，按“圍護-降水”一體化設計[7]的基坑設計思路，詳細分析了基坑圍護與降水之間的關聯。

通過分析可知，止水帷幕的深度與基坑涌水量、基坑所需降水井數量、降水所需配電功率以及基坑周邊產生的地面沉降量呈反向關聯。因此，“圍護-降水”一體化設計時應進行多方要素對比，從而使基坑設計與施工的經濟、社會效益最大化。

[1] 許程. 南京某深基坑工程降水試驗分析[J]. 城市勘測，2015(6).

[2] 薛禹群. 地下水動力學原理[M]. 北京：地質出版社，1989.

[3] 姚天強，石振華. 基坑降水手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2006.

[4] 吳林高. 工程降水設計施工與基坑滲流理論[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

[5] 吳林高，李國. 基坑工程降水案例[M]. 北京：人民交通出版社，2009.

[6] 陸建生. 懸掛式帷幕基坑地下水控制中的尺度效應[J]. 工程勘察，2015，43(1).

[7] 陸建生，崔永高，繆俊發. 基坑工程環境水文地質評價[J]. 地下空間與工程學報，2011，7(S1).

Optimization Design of Retaining and Dewatering of a Deep Foundation Pit in Nanjing

Xu Cheng

(Zhenjiang Urban Investigation and Surveying Institute，Zhenjiang 212000，China)

In this paper，a three-dimensional model was established to simulate the process of foundation pit dewatering. The results show that the calculated values of the model are in good agreement with the actual values. This paper analyzes the feasibility of the integrated design of foundation pit support and groundwater control，which provides a reference for similar foundation pit engineering design.

foundation pit design；groundwater control；environmental deformation

1672-8262(2017)02-150-05

TU46.3

A

2016—12—06

許程(1987—)，男，注冊土木工程師(巖土)，主要從事巖土工程勘察設計工作。