長三角地區深基坑降水工程有限元模擬分析

王剛剛 史蘇清

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

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長三角地區深基坑降水工程有限元模擬分析

王剛剛1史蘇清2

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

以昆山地區某基坑工程為例，通過建立三維有限元模型，對Visual MODFLOW在長三角地區基坑工程降水中的應用進行了模擬研究，并對比了回灌措施前后降水對周邊環境的影響，為該地區類似的基坑降水工程提供參考。

長三角地區，Visual MODFLOW，基坑，降水，地質條件

0 引言

長三角地區為長江沖積平原，土層以粉質粘土、淤泥質粘土、砂性土為主，地下水埋深較淺，土壤含水量高，基坑開挖范圍內合理地降水是該地區基坑開挖順利進行的前提保障[1]。Visual MODFLOW是目前國際上最流行，并被多國認可的三維地下水流模擬的標準可視化專業軟件系統，它包括輸入模塊、運行模塊和輸出模塊三大既彼此聯系又相對獨立的模塊[2]。

本文通過對昆山某基坑建立三維有限元模型，對Visual MODFLOW在長三角地區基坑降水中的應用效果和技術節點進行了研究分析，并通過對比回灌前后的周邊沉降[3]給出了環境影響評價。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

該基坑工程位于江蘇省昆山市經濟技術開發區，基坑周長553 m，面積19 250 m2，開挖深度14 m，基坑安全等級為一級。周邊環境情況見圖1,表1。

表1 基坑周邊環境情況一覽表

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

1.2 水文地質條件

地表水及地下水情況：

1)地表水，經現場踏勘及建設單位提供的老地形圖表明，場地無地表水出露。

2)潛水，主要為賦存于淺部填土中，對本工程基礎設計和基坑施工有直接影響，其補給來源主要為大氣降水及地表徑流。潛水位埋深隨季節、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，相應絕對高程為0.15 m～1.48 m。

3)承壓水，根據昆山地區經驗，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，場地內第⑤層粉(砂)性土層為第一承壓含水層。工程勘察期間，選兩個有代表性的勘察孔測量微承壓水的水位，用套管法隔斷潛水后，實測得兩孔的微承壓水穩定水位埋深分別為1.50 m，1.70 m，標高分別為0.98 m，0.45 m。微承壓水富水性及透水性良好，主要補給來源為淺部地下水的垂直入滲及地下水的側向徑流，以民井抽取及地下水側向徑流為主要排泄方式。

地質條件：

本工程地質層根據勘察報告成果可分為5個地質層，其中第②層、第⑤層根據其物理力學特征又可以分為若干個亞層。相關土層的分層情況及各層物理力學參數見圖2，表2。

表2 土層物理力學參數成果表

2 有限元模型的建立及計算結果分析

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的區域為建模區域，設定網格尺寸25 m×25 m,基坑及周邊環境區域網格尺寸加密至2 m×2 m。模型底部設定在⑤2層粉砂層層底，建模深度36.9 m，為合理減小計算量，將滲透系數相近的土層合并，合并后模型共分4層。用厚1 m，滲透系數1E-8的阻隔墻模擬隔水帷幕。降水井濾管標高設置為-17.5 m～-20.0 m，單井出水量設定20 m3/d，單井回灌量設定10 m3/d，模擬降水時間為7 d。初始水位設定為-0.5 m。降水井平面布置見圖3，剖面圖見圖4。

2.2 計算結果分析

初次模擬關閉回灌井，打開降水井，模擬結果如圖5所示，坑內整體水位下降至-15 m時，坑外周邊環境水位下降較大，約下降8 m～10 m，對已建道路及建筑物有較大的影響。

再次模擬同時打開降水井和回灌井，模擬結果如圖6所示，當基坑內整體水位下降至-15 m左右時，北側及東側坑外水位下

降約4 m～5 m，周邊環境的沉降影響在合理范圍以內。實際施工期間現場觀察監測井水位發現，坑內水位下降至-15 m時北側及東側坑外水位下降約4.5 m，沉降監測值也在合理范圍內，與模擬結果基本一致。

3 結論

1)利用Visual MODFLOW模擬長三角地區深基坑的降水及回灌方法可行，結果精確。2)對于采用懸掛式隔水帷幕的基坑工程，在坑內降水時會對周邊環境造成較大影響，通過設置回灌井的方式可以有效解決周邊環境沉降過大的問題。3)坑外回灌會對坑內降水造成一定的負面影響，回灌井的布置位置、密度及回灌量的多少有待進一步研究。

[1] 俞建霖,龔曉南.基坑工程地下水回灌系統的設計與應用技術研究[J].建筑結構學報,2001,22(5):70-74.

[2] 丁繼紅,周德亮,馬生忠.國外地下水模擬軟件的發展現狀與趨勢[J].勘察科學技術,2002(1):37-42.

[3] 黃應超，徐楊青.深基坑降水與回灌過程的數值模擬分析[J].巖土工程學報，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

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