丁曉紅

摘要：在工程建設(shè)過(guò)程中需要降低深層地下水時(shí)，受項(xiàng)目總投資控制、現(xiàn)有施工設(shè)備性能、場(chǎng)地周邊環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)施工工藝等因素的影響，或多或少的會(huì)改變?cè)械叵滤牧鲌?chǎng)從而改變巖土的原始應(yīng)力平衡，對(duì)環(huán)境造成破壞。為了有效地控制或減小這種破壞，有必要通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)手段對(duì)降水方案設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、評(píng)估。通過(guò)建立降水滲流模型，選用相關(guān)的計(jì)算軟件，能夠預(yù)估土體因降水產(chǎn)生的附加沉降，這樣可以對(duì)周邊環(huán)境制定針對(duì)性的保護(hù)措施，對(duì)降水過(guò)程進(jìn)行信息化的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

關(guān)鍵詞：深層地下水；水位監(jiān)測(cè)；附加沉降；信息化施工

南京奧體南大門(mén)地塊占地約10萬(wàn)平方米，基坑?xùn)|西長(zhǎng)約400米，南北寬約250米，最大開(kāi)挖深度達(dá)18.0米?；幽蟼?cè)距地鐵1號(hào)線約100米，基坑?xùn)|側(cè)距地鐵2號(hào)線約50米，基坑西側(cè)和北側(cè)為市政道路及管網(wǎng)。如采用全封閉隔水帷幕，則止水結(jié)構(gòu)必須嵌入基巖（最深處達(dá)75米），施工設(shè)備選型及施工工藝選擇是關(guān)鍵，同時(shí)工程造價(jià)將增加近40%；如采用半封閉止水帷幕，深基坑開(kāi)挖過(guò)程中就需要降低地下深層承壓水的水頭，降水對(duì)地鐵的危害評(píng)估及預(yù)防是本工程的首要任務(wù)之一。

1 場(chǎng)地巖土層分布及水文地質(zhì)條件

1.1 場(chǎng)地巖土層分布情況

奧體中心C1地塊南北長(zhǎng)約240m，東西寬約90m，基坑開(kāi)挖深度約18m，基坑南北兩側(cè)是市政道路，東側(cè)離正在運(yùn)營(yíng)的地鐵2號(hào)線約70m，西側(cè)為自備用

地，場(chǎng)地巖土層分布.

1.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)本工程《巖土工程勘察報(bào)告》，擬建場(chǎng)區(qū)地下水根據(jù)埋藏條件可劃分為淺層潛水及承壓水。

1.淺層潛水

潛水含水層由①層人工填土、②-1和②-2層新近沉積的粘性土構(gòu)成。

場(chǎng)地人工填土厚度普遍較大（最大厚度達(dá)7.0m），由于密實(shí)度差，其間的大孔隙往往成為地下水的賦存空間，且連通性較好，富水性及透水性較好，屬弱透水層，雨季水量較豐富，為基坑開(kāi)挖主要出水地層。

新近沉積的②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②-2層粉質(zhì)粘土，飽含地下水，但給水性較差、透水性弱，屬微透水地層。南京地下水最高水位一般在7～8月份，最低水位多出現(xiàn)在旱季12月份至翌年3月份。野外勘探時(shí)間為2010年1～2月，勘探期間多降雨?？碧狡陂g，測(cè)得場(chǎng)地潛水穩(wěn)定水位埋深1.31～4.55米，初見(jiàn)水位埋深1.03～2.15m；呈東北高西北低狀。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水，以蒸發(fā)和側(cè)向徑流為主要排泄方式，水位受季節(jié)性變化影響，年變化幅度為0.5～1.0m。

2.（弱）承壓水

（弱）承壓含水層組由下部的③-1、③-2層粉細(xì)砂及④層中粗砂混卵礫石構(gòu)成。層頂?shù)蘑?2層粉質(zhì)粘土由于透水性微弱，與下部的砂土層滲透性相差大，為相對(duì)隔水層，隔水底板為下伏基巖。③-1、③-2層及④層含水層含水豐富，給水性和透水性好，屬透水～弱透水地層。

勘探期間，經(jīng)量測(cè)該弱承壓水水頭標(biāo)高在-13.50m左右，其補(bǔ)給來(lái)源為外圍地下水的徑流以及少量上層孔隙潛水的越流補(bǔ)給，以地下徑流為主要排泄方式。地下水位隨季節(jié)不同有升降變化，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)場(chǎng)地地下水位年變幅為1.0～1.5米左右。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1 擋土設(shè)計(jì)

由于基坑開(kāi)挖深度達(dá)18.0米，且基坑底處于軟流塑粘性土中，考慮后期與地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻共同作用，采用0.8米厚地下連續(xù)墻做擋土結(jié)構(gòu)，另縱向設(shè)置四層砼支撐梁，并通過(guò)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足周邊環(huán)境的允許變形要求。

2.2 降水設(shè)計(jì)

根據(jù)底板抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：

表2是隨開(kāi)挖深度不同計(jì)算所得的底板抗突涌安全系數(shù)，由此可見(jiàn)，基坑開(kāi)挖至10.0米時(shí)下部承壓水有突涌的可能性，坑內(nèi)250口深井中50口Φ325×6鋼管井（井深46米）就是減壓井，其余200口Φ360/Φ300的水泥管井（井深26米）為疏干井。3 降水沉降分析

3.1 降水評(píng)估分析

為了評(píng)估基坑施工階段降壓對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響和確定合理的隔水帷幕深度，需對(duì)場(chǎng)地內(nèi)微承壓含水層進(jìn)行降水評(píng)價(jià)。在現(xiàn)有基坑降壓設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，建立基坑施工階段降壓降水的三維整體滲流模型，進(jìn)行基坑降壓計(jì)算分析，預(yù)測(cè)評(píng)估基坑施工階段在一定隔水邊界條件下坑內(nèi)降壓對(duì)周邊環(huán)境條件的影響，并通過(guò)計(jì)算分析確定合理的隔水帷幕深度。

抽取地下水時(shí)，由于地下水水位的下降，孔隙水壓力消散，土顆粒承受的有效應(yīng)力增加，使土產(chǎn)生固結(jié)，從而導(dǎo)致基坑周?chē)孛娈a(chǎn)生沉降。

根據(jù)上述三維地下水滲流模型計(jì)算出的水位分布，采用下列經(jīng)典彈性地面沉降公式進(jìn)行降水引起的地面沉降預(yù)測(cè)計(jì)算：

本次降水設(shè)計(jì)計(jì)算以初始承壓水水頭埋深1.20m作為前提條件。由于地下連續(xù)墻埋深較深，為保證降水效果及盡量減小降水對(duì)環(huán)境的不利影響，采用坑內(nèi)減壓降水。

當(dāng)基坑內(nèi)承壓水位達(dá)到安全埋深時(shí)，基坑外側(cè)最大承壓水位降深為4.0m，基坑外側(cè)既有地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道最大承壓水位降深達(dá)1.3m，既有地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道承壓水位最大降深為0.23m。從預(yù)測(cè)地面沉降等值線圖，如圖2、圖3所示，減壓降水180天后，基坑外側(cè)由于減壓降水引起的基坑外側(cè)最大地面沉降量約為8.0mm，既有地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道最大沉降量約為3.9mm，既有地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道最大沉降量約為0.4mm；減壓降水360天后，基坑外側(cè)由于減壓降水引起的基坑外側(cè)最大地面沉降量約為10.0mm，既有地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道最大沉降量約為4.8mm，既有地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道最大沉降量約為0.5mm。

圖2 減壓降水180天后預(yù)測(cè)地面沉降等值線圖（mm）

3.2 降水附加沉降應(yīng)對(duì)措施

為減少降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，必須按需降水，根據(jù)開(kāi)挖工況，承壓水位始終控制安全承壓水位之下?；A(chǔ)大底板施工完成后，包括養(yǎng)護(hù)階段和地下室及上部結(jié)構(gòu)施工階段，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位提供基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的抗浮力，逐步減少減壓降水井的開(kāi)啟數(shù)量，直至降水全部結(jié)束。降水結(jié)束前，應(yīng)由總包單位開(kāi)具“停止降水通知書(shū)”后，降水單位方可停止降水。在全部減壓降水井施工結(jié)束后，至少應(yīng)進(jìn)行一次4口井的群孔抽水試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，按基坑開(kāi)挖和支撐施工的工況對(duì)降水運(yùn)行進(jìn)一步細(xì)化，制定詳細(xì)的減壓降水運(yùn)行方案，提出每個(gè)工況下開(kāi)啟減壓井的數(shù)量和井編號(hào)、抽水量，以指導(dǎo)降水運(yùn)行。降水運(yùn)行過(guò)程中每天將抽水量和承壓水位的動(dòng)態(tài)情況報(bào)告總包和監(jiān)理，總包方應(yīng)每天將各工況的進(jìn)展情況及監(jiān)測(cè)資料抄送降水項(xiàng)目部，監(jiān)測(cè)資料應(yīng)每天報(bào)送 降水項(xiàng)目部，以便制作各種圖表，掌握降水運(yùn)行的過(guò)程。

1.實(shí)行“按需疏干”與“按需減壓”降水。臨近建筑物和地下管線的減壓降水井抽水時(shí)間應(yīng)盡量縮短，

2.采用信息化施工，建議對(duì)坑內(nèi)外觀測(cè)井進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤自動(dòng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整減壓井開(kāi)啟數(shù)量及抽水流量。

3.環(huán)境監(jiān)測(cè)資料應(yīng)及時(shí)報(bào)送降水項(xiàng)目部，以繪制

相關(guān)的圖表、曲線，調(diào)控降水運(yùn)行程序，確?；娱_(kāi)挖安全和環(huán)境安全。

4.在減壓降水井群施工完成后，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)行，再詳細(xì)制定減壓降水運(yùn)行方案。

5.在降水運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)開(kāi)挖進(jìn)度逐步降低承壓水頭。根據(jù)試運(yùn)行得到的結(jié)果，按開(kāi)挖深度確定井群的運(yùn)行，以減小和控制降水對(duì)環(huán)境的影響。

6.對(duì)各種管線、需要保護(hù)的建筑、已建成的隧道、地下連續(xù)墻等，必須由專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

7.基坑施工過(guò)程中，如地下連續(xù)墻發(fā)生滲漏或嚴(yán)重滲漏，總包應(yīng)及時(shí)采取封堵措施，以避免導(dǎo)致基坑外側(cè)淺層潛水位發(fā)生較大幅度下降以及由此加劇坑外地面沉降。

8.當(dāng)坑外觀測(cè)井內(nèi)的水位下降超過(guò)自然變化幅度的最大值時(shí)，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)次數(shù)。當(dāng)?shù)孛娉两党^(guò)警戒值，必要時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)行坑外地下水人工回灌?；毓嗑鶕?jù)坑外地面沉降發(fā)生情況另行設(shè)計(jì)與設(shè)置

4 建議

在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的地下連續(xù)墻施工之前，應(yīng)針對(duì)本工程場(chǎng)地的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件以及本基坑工程特點(diǎn)，進(jìn)行2～3組專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)?zāi)康娜缦拢?/p>

1.測(cè)定微承壓水的靜止水位；

2.通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)定微承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，以及確定微承壓含水層的滲透差異性；

3.確定微承壓含水層的單井涌水量；

4.根據(jù)抽水試驗(yàn)期間的短期沉降觀測(cè)，有效推測(cè)基坑開(kāi)挖長(zhǎng)時(shí)間（2個(gè)月以上）群井減壓降水引起周?chē)耐馏w固結(jié)沉降。

5.停止減壓降水后，觀測(cè)與分析沉降回彈恢復(fù)與時(shí)間的關(guān)系；

6.根據(jù)抽水試驗(yàn)所得到的含水層水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)所提出的基坑降水方案進(jìn)行調(diào)整或優(yōu)化。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 肖長(zhǎng)來(lái)，梁秀娟，王彪.水文地質(zhì)學(xué).北京.清華大學(xué)出版社，2010

[2] 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(cè)（第二版）.北京.地質(zhì)出版社，2012

[3] 林宗元.巖土工程治理手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005