基于群井抽水試驗(yàn)的基坑降水與地面沉降關(guān)系研究

馮雷

摘?要：隨著城市建設(shè)發(fā)展，地下空間開發(fā)利用程度越來越高，建設(shè)項(xiàng)目基坑開挖深度越來越大，往往涉及下伏承壓含水層，基坑開挖減小了承壓含水層上覆土層的厚度，當(dāng)承壓水的水頭壓力超過上覆土層重度時(shí)一般會(huì)造成基坑突涌，導(dǎo)致基坑工程事故并造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。天津市地處濱海海積沖積平原，地下水水位較淺，承壓水水頭較高，故深基坑開挖時(shí)需要降低承壓水水頭以保證基坑工程安全開挖，降低承壓水水頭會(huì)引起地面沉降，采用數(shù)值模型模擬分析也能在一定程度上反映地面沉降趨勢，但是由于工程地質(zhì)的復(fù)雜性很難完全的反映降水和地面沉降的關(guān)系，故本文借助天津市某深基坑進(jìn)行的群井抽水試驗(yàn)研究降低地下水水頭對地面沉降的影響。

關(guān)鍵詞：群井抽水試驗(yàn);深基坑;承壓水;地面沉降

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，合理開發(fā)地下空間成為城市發(fā)展的重要因素。近年來，深基坑工程數(shù)量急劇增加，基坑在開挖前，為防止邊坡失穩(wěn)與坑底隆起，常采用預(yù)降水的方式，累計(jì)沉降量均比較小，各點(diǎn)平均累計(jì)沉降量為3.9mm，說明在抽水試驗(yàn)過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大;從沉降點(diǎn)的最終沉降量看，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)（特別是試驗(yàn)區(qū)中心部位）沉降相對較大，平均為4.66mm，并總體呈向試驗(yàn)區(qū)外逐漸減小的趨勢;而基坑降水過程使場區(qū)水位明顯形成水位下降漏斗，水位變化與開采量呈正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果為基坑設(shè)計(jì)及施工提供了理論依據(jù)。

一、抽水試驗(yàn)井

（一）降水試驗(yàn)?zāi)康?/p>

由于該場地處于建筑物、道路及管線密集的城市中心區(qū)域，止水帷幕無法徹底隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系時(shí)，基坑降水將對周邊環(huán)境造成重大影響。同時(shí)由于本場地地層分布復(fù)雜，且存在較多含水透鏡體，第一承壓含水層不連續(xù)，存在基坑內(nèi)外水力聯(lián)系較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此本工程決定采用預(yù)降水試驗(yàn)判斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況。本工程先后進(jìn)行單井與群井降水等試驗(yàn)，觀測基坑內(nèi)外觀測井水位降深及基坑外各監(jiān)測點(diǎn)地表沉降值，探究基坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況，以判斷基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置是否合理。

（二）監(jiān)測點(diǎn)布置

地面沉降觀測點(diǎn)布設(shè)成網(wǎng)狀形式，布置范圍為群井試驗(yàn)區(qū)及試驗(yàn)區(qū)以外1倍抽水井間距。本次抽水井井距20m左右，故各向外延伸20m，監(jiān)測范圍為60×60m范圍。監(jiān)測點(diǎn)間距10m，地面沉降標(biāo)數(shù)量為49個(gè)。監(jiān)測方法主要是利用不動(dòng)點(diǎn)來監(jiān)控變化的沉降點(diǎn)，本工程在遠(yuǎn)離工地的老建筑物上一共布置了三個(gè)固定點(diǎn)，三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)，并定期監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性，從多次檢測的結(jié)果表明，基準(zhǔn)網(wǎng)是穩(wěn)定的。在抽水試驗(yàn)前，埋設(shè)沉降點(diǎn)并觀測，取得初始值，抽水試驗(yàn)開始后每天觀測一次，抽水結(jié)束后的一周，觀測兩次。自2008年10月4日開始，到2008年11月10日結(jié)束，共觀測了24次。

（三）單井降水試驗(yàn)

主體基坑開挖之前于3月27日9：30對基坑內(nèi)J3疏干井進(jìn)行單井降水試驗(yàn)，24h后停止降水，設(shè)計(jì)水位降深2m。期間，對基坑內(nèi)外潛水層及第一承壓含水層觀測井水位降深分別進(jìn)行觀測。鄰近抽水井J3的觀測井水位變化?？觾?nèi)觀測井水位有顯著下降，最大接近2m。而基坑外潛水層觀測井水位下降均小于0.15m，水位變化穩(wěn)定。第一承壓含水層觀測井G1-1（22）、G1-2（31）水位波動(dòng)也相對較小，最大水位降深為0.38m（G1-2）。

（四）基坑整體群井降水試驗(yàn)

基坑內(nèi)觀測井水位下降迅速，例如J16水位降深最大值達(dá)15.41m，停抽后水位恢復(fù)較快?；油?m潛水觀測井G0-11（8）與12m潛水觀測井G0-9（12）、G0-10（12）水位波動(dòng)很小，基坑外16m淺層觀測井G0-1（16）至G0-8（16）水位下降幅度較大，且停抽后恢復(fù)較快，而G1-6（16）井水位變化異常，很快就穩(wěn)定，說明該點(diǎn)附近基坑內(nèi)外存在水力聯(lián)通。第一承壓水⑧2層觀測井G1-1（22）與第一承壓水⑨2層觀測井G1-2（31）、G1-6（31）在基坑內(nèi)群井抽水開始后水位下降迅速，但G1-1（22）水位變化小于G1-2（31）、G1-6（31）。⑧2層觀測井G1-1（22）水位下降為3.72m，⑨2層觀測井G1-2（31）、G1-6（31）水位下降較為接近，達(dá)到了7.50m。由此現(xiàn)象可知，基坑內(nèi)外第一承壓水存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系，且⑨2層基坑內(nèi)外可能存在直接的水力聯(lián)系，而坑位⑧2層水位下降是通過坑外⑨2層水位越流向坑內(nèi)補(bǔ)給造成的。第二承壓水B111層觀測井G2-1（35）與⑨2層承壓水觀測井G1-2（31）、G1-6（31）水位變化趨勢較為一致，且G1-6（31）降深較大，達(dá)到7.23m。第二承壓含水層B112層承壓水觀測井G2-2（40）水位下降小于B111層，但最大降深仍達(dá)到4.78m?；觾?nèi)群井疏干降水并未直接對第二承壓含水層進(jìn)行抽水，但仍引發(fā)第二承壓含水層較大的水位下降，由此可見，此場地第一、第二承壓含水層同樣存在較大的水力聯(lián)系。

二、地面沉降分析

從觀測數(shù)據(jù)來看，49個(gè)地面沉降點(diǎn)各點(diǎn)平均累計(jì)沉降量為4.6mm，累計(jì)沉降量較小，說明在抽水試驗(yàn)過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大。從沉降點(diǎn)的最終沉降量看，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)（特別是試驗(yàn)區(qū)中心部位）沉降相對較大，介于5.3～9.0mm，平均7.03mm，并總體呈向試驗(yàn)區(qū)外逐漸減小的趨勢。全部49點(diǎn)中不均勻沉降量最大為25號(hào)點(diǎn)和2號(hào)點(diǎn)，不均勻沉降量為7.0mm。

（一）累計(jì)沉降最大點(diǎn)及累計(jì)沉降最小點(diǎn)

地面沉降點(diǎn)累計(jì)沉降最大點(diǎn)為25#點(diǎn)，累計(jì)沉降為9.0mm.累計(jì)沉降最小點(diǎn)為2#點(diǎn)（觀測網(wǎng)最外排，累計(jì)沉降為2.0mm。

（二）沉降速率

地面沉降點(diǎn)一共布有49個(gè)沉降點(diǎn)，25號(hào)點(diǎn)的累計(jì)沉降最大，反映了該樓的整體沉降情況。

三、結(jié)語

通過本次群井抽水試驗(yàn)基本能反映出基坑降水對周邊地面沉降影響的規(guī)律，對于后期降水具有一定的借鑒作用（1）本次抽水試驗(yàn)對群井試驗(yàn)區(qū)地面沉降標(biāo)數(shù)量均為49個(gè)。從觀測數(shù)據(jù)來看，從觀測數(shù)據(jù)來看，累計(jì)沉降量均比較小，各點(diǎn)平均累計(jì)沉降量為3.9mm，說明在抽水試驗(yàn)過程中，抽水結(jié)果對地面沉降影響不大;從沉降點(diǎn)的最終沉降量看，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)（特別是試驗(yàn)區(qū)中心部位）沉降相對較大平均4.66mm，并總體呈向試驗(yàn)區(qū)外逐漸減小的趨勢，但受場地淺部填土不均勻性的影響，個(gè)別點(diǎn)位分布無規(guī)律可循。（2）本工程基坑開挖深度普遍在20m左右，最深達(dá)26.35m，基坑降水過程使場區(qū)水位明顯形成水位下降漏斗，基本與開采量呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)也引起周圍地層中的水頭下降。水頭下降降低了土層中的孔隙水壓力，一部分原來由水所承擔(dān)的上覆地層自重壓力轉(zhuǎn)嫁到土的骨架上，引起有效應(yīng)力增加，使土層壓密，產(chǎn)生地面沉降。因此，一方面基坑設(shè)計(jì)及施工應(yīng)采取隔水措施，另一方面應(yīng)在降水過程中加強(qiáng)基坑變形、地面沉降等監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

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