長(zhǎng)三角地區(qū)深基坑降水工程有限元模擬分析

王剛剛 史蘇清

(1.中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063； 2.上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，上海 200070)

?

長(zhǎng)三角地區(qū)深基坑降水工程有限元模擬分析

王剛剛1史蘇清2

(1.中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063； 2.上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，上海 200070)

以昆山地區(qū)某基坑工程為例，通過建立三維有限元模型，對(duì)Visual MODFLOW在長(zhǎng)三角地區(qū)基坑工程降水中的應(yīng)用進(jìn)行了模擬研究，并對(duì)比了回灌措施前后降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，為該地區(qū)類似的基坑降水工程提供參考。

長(zhǎng)三角地區(qū)，Visual MODFLOW，基坑，降水，地質(zhì)條件

0 引言

長(zhǎng)三角地區(qū)為長(zhǎng)江沖積平原，土層以粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、砂性土為主，地下水埋深較淺，土壤含水量高，基坑開挖范圍內(nèi)合理地降水是該地區(qū)基坑開挖順利進(jìn)行的前提保障[1]。Visual MODFLOW是目前國(guó)際上最流行，并被多國(guó)認(rèn)可的三維地下水流模擬的標(biāo)準(zhǔn)可視化專業(yè)軟件系統(tǒng)，它包括輸入模塊、運(yùn)行模塊和輸出模塊三大既彼此聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立的模塊[2]。

本文通過對(duì)昆山某基坑建立三維有限元模型，對(duì)Visual MODFLOW在長(zhǎng)三角地區(qū)基坑降水中的應(yīng)用效果和技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了研究分析，并通過對(duì)比回灌前后的周邊沉降[3]給出了環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

該基坑工程位于江蘇省昆山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，基坑周長(zhǎng)553 m，面積19 250 m2，開挖深度14 m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。周邊環(huán)境情況見圖1,表1。

表1 基坑周邊環(huán)境情況一覽表

方位圍護(hù)邊線到紅線的距離/m環(huán)境情況備注東側(cè)3．5～9．51)東側(cè)為道路，路寬16m，距圍護(hù)邊線最近約24．1m；2)東南角為在建的暗涵，暗涵緊靠紅線，埋深約4．5m保護(hù)對(duì)象：道路及地下管線北側(cè)8．5～9．9北側(cè)為在建的道路，路寬40m，距圍護(hù)邊線最近約15．5m保護(hù)對(duì)象：道路及地下管線西側(cè)6．0～15．3西側(cè)為規(guī)劃路，目前為空地—南側(cè)5．9～6．1南側(cè)為規(guī)劃路，目前為空地—

1.2 水文地質(zhì)條件

地表水及地下水情況：

1)地表水，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及建設(shè)單位提供的老地形圖表明，場(chǎng)地?zé)o地表水出露。

2)潛水，主要為賦存于淺部填土中，對(duì)本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基坑施工有直接影響，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水及地表徑流。潛水位埋深隨季節(jié)、氣候、降水量、地表水、潮汐等因素而有所變化。本工程勘察期間完成的鉆孔中，地下水埋深約為0.80 m～1.50 m，相應(yīng)絕對(duì)高程為0.15 m～1.48 m。

3)承壓水，根據(jù)昆山地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，淺部微承壓水位及深部承壓水位均低于潛水位，年呈周期性變化，場(chǎng)地內(nèi)第⑤層粉(砂)性土層為第一承壓含水層。工程勘察期間，選兩個(gè)有代表性的勘察孔測(cè)量微承壓水的水位，用套管法隔斷潛水后，實(shí)測(cè)得兩孔的微承壓水穩(wěn)定水位埋深分別為1.50 m，1.70 m，標(biāo)高分別為0.98 m，0.45 m。微承壓水富水性及透水性良好，主要補(bǔ)給來源為淺部地下水的垂直入滲及地下水的側(cè)向徑流，以民井抽取及地下水側(cè)向徑流為主要排泄方式。

地質(zhì)條件：

本工程地質(zhì)層根據(jù)勘察報(bào)告成果可分為5個(gè)地質(zhì)層，其中第②層、第⑤層根據(jù)其物理力學(xué)特征又可以分為若干個(gè)亞層。相關(guān)土層的分層情況及各層物理力學(xué)參數(shù)見圖2，表2。

表2 土層物理力學(xué)參數(shù)成果表

2 有限元模型的建立及計(jì)算結(jié)果分析

2.1 三維立體模型建立

以本基坑為中心，選定1 500 m×1 500 m的區(qū)域?yàn)榻^(qū)域，設(shè)定網(wǎng)格尺寸25 m×25 m,基坑及周邊環(huán)境區(qū)域網(wǎng)格尺寸加密至2 m×2 m。模型底部設(shè)定在⑤2層粉砂層層底，建模深度36.9 m，為合理減小計(jì)算量，將滲透系數(shù)相近的土層合并，合并后模型共分4層。用厚1 m，滲透系數(shù)1E-8的阻隔墻模擬隔水帷幕。降水井濾管標(biāo)高設(shè)置為-17.5 m～-20.0 m，單井出水量設(shè)定20 m3/d，單井回灌量設(shè)定10 m3/d，模擬降水時(shí)間為7 d。初始水位設(shè)定為-0.5 m。降水井平面布置見圖3，剖面圖見圖4。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

初次模擬關(guān)閉回灌井，打開降水井，模擬結(jié)果如圖5所示，坑內(nèi)整體水位下降至-15 m時(shí)，坑外周邊環(huán)境水位下降較大，約下降8 m～10 m，對(duì)已建道路及建筑物有較大的影響。

再次模擬同時(shí)打開降水井和回灌井，模擬結(jié)果如圖6所示，當(dāng)基坑內(nèi)整體水位下降至-15 m左右時(shí)，北側(cè)及東側(cè)坑外水位下

降約4 m～5 m，周邊環(huán)境的沉降影響在合理范圍以內(nèi)。實(shí)際施工期間現(xiàn)場(chǎng)觀察監(jiān)測(cè)井水位發(fā)現(xiàn)，坑內(nèi)水位下降至-15 m時(shí)北側(cè)及東側(cè)坑外水位下降約4.5 m，沉降監(jiān)測(cè)值也在合理范圍內(nèi)，與模擬結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論

1)利用Visual MODFLOW模擬長(zhǎng)三角地區(qū)深基坑的降水及回灌方法可行，結(jié)果精確。2)對(duì)于采用懸掛式隔水帷幕的基坑工程，在坑內(nèi)降水時(shí)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成較大影響，通過設(shè)置回灌井的方式可以有效解決周邊環(huán)境沉降過大的問題。3)坑外回灌會(huì)對(duì)坑內(nèi)降水造成一定的負(fù)面影響，回灌井的布置位置、密度及回灌量的多少有待進(jìn)一步研究。

[1] 俞建霖,龔曉南.基坑工程地下水回灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001,22(5):70-74.

[2] 丁繼紅,周德亮,馬生忠.國(guó)外地下水模擬軟件的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].勘察科學(xué)技術(shù),2002(1):37-42.

[3] 黃應(yīng)超，徐楊青.深基坑降水與回灌過程的數(shù)值模擬分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2014,36(S2):299-303.

Finite element simulation analysis of deep foundation pit dewatering in the Yangtze River Delta region

Wang Ganggang1Shi Suqing2

(1.ChinaShipbuildingIndustryInsitituteofEngineeringInvestigationandDesignCo.,Ltd,Shanghai200063,China; 2.ShanghaiShentongRailResearch&ConsultancyCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

Taking a foundation pit engineering in Kunshan area as an example, through the establishment of three-dimensional finite element model, this paper made simulation research on application of Visual MODFLOW in foundation pit engineering precipitation in the Yangtze River Delta region, and compared the influence of precipitation before and after recharge measures to surrounding environment, provided reference for similar foundation pit in the area.

Yangtze River Delta region, Visual MODFLOW, foundation pit, dewatering, geological condition

1009-6825(2017)14-0079-02

2017-03-02

王剛剛(1989- )，男，助理工程師； 史蘇清(1990- )，男，助理工程師

TU463

A