錢　鑫（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東　廣州　510000）

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基坑降水對區(qū)域地下水及周邊環(huán)境影響的綜合分析

錢鑫（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州510000）

隨著城市地下空間的利用與發(fā)展，超深、超大基坑不斷涌現(xiàn)，基坑圍護結構體系便起到了擋土和截水的作用。而在廣闊的沖洪積平原區(qū)，基坑開挖必然會揭露地下水，近年來頻頻出現(xiàn)基坑降水引起周邊地面沉降的問題，雖然體系采取了截水措施，但鑒于工法特點和施工質量容易受到人為因素影響，基坑降水對區(qū)域地下水及周邊環(huán)境仍然會產生一定影響。影響程度受工法特點、地層條件、滲透特征、水頭高度、動態(tài)特征、區(qū)域地質環(huán)境等多方面因素決定，這就需要取得多方面相關數據，再進行綜合判斷與分析，并結合相關觀測檢測成果，得出結論性意見。最終所形成的成果文件亦通過省級專家組的認可，可以為影響的判定提供技術支持。

基坑降水；圍護結構；水文地質條件；水動力特征；綜合分析法

1　前言

廣闊的沖洪積平原地區(qū)，地下水水位往往埋藏較淺，部分還具有多層地下水結構，深基坑圍護結構體系［1］在截水方式上常采用水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻、咬合樁，與其搭配的擋土結構常采用排樁+內支撐、排樁+錨桿（索）。由于降水后基坑內外的水頭差，止水帷幕外的地下水都會有繞過帷幕流向基坑的趨勢。帷幕的有效性取決于工法特點及施工質量，容易受人為因素影響而出現(xiàn)滲漏情況，而大多數基坑施工只注重應急措施，一旦出現(xiàn)問題首先要確保基坑安全，對周邊環(huán)境的影響往往由于尚未出現(xiàn)災難性破壞便任其發(fā)展，致使施工方與周邊居民產生各類糾紛?；诖祟愴椖可袥]有明確的相關規(guī)范操作標準，因此，本文以某工程為實例，闡述了我院在多個此類項目中所形成的一套比較完整可行的操作和分析方法，為影響的判定提供了可靠的技術支持，積累了該類型項目工作方法的實際經驗。

2　項目概況

本項目位于佛山市順德區(qū)××村，該村在一段時期內部分房屋和路面陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的傾斜、開裂和下沉。通過收集既有資料已排除了地震、開采、巖溶塌陷、極端氣象等其它災害性因素，區(qū)域內存在的影響因素主要為附近正在進行的三處深基坑工程，分別為西北側A基坑、北側B基坑、東南側C基坑，其中A與B基坑相鄰（圖1）。A基坑邊線距該村最近距離約50m，采用排樁+錨索+大直徑攪拌止水，B基坑邊線距該村最近距離約70～100m，采用地下連續(xù)墻+內支撐支護半逆作法，C基坑邊線距民房最近距離約60～80m，采用排樁+錨索+水泥土攪拌樁止水（部分為懸掛式）。

3　水文地質條件

本項目區(qū)域布置了一定數量的地質勘探點、抽水試驗點和地下水位動態(tài)觀測點，并收集了施工區(qū)既有地質及設計文件、區(qū)域水文地質圖等資料，資料整理匯總如下。

（1）地層分布特征：揭露土層自上而下為1層填土、2-1層淤泥、2-2層淤泥質砂、2-3層粉質粘土、2-4層粉細砂、2-5層粗礫砂、2-6層粉質粘土、2-7層淤泥質土、2-8層細砂、3層殘積土。

圖1　平面位置及地下水流向圖

（2）水文地質特征：區(qū)域地下水主要賦存于第四系松散層孔隙中，按水力性質可分為2-2層淤泥質砂層孔隙潛水、②-4層粉細砂及2-5層粗礫砂（二層相鄰）孔隙承壓水。據室內及現(xiàn)場抽水試驗結果，2-2層淤泥質砂平均滲透系數2.8×10-4cm/s；2-4層粉細砂平均滲透系數1.93m/d、具強透水性；2-5層粗礫砂平均滲透系數19.6m/d、具極強透水性。

據各基坑勘察階段提供的地下水位：A基坑2012年9～10月間地下水位高程1.77～3.21m；B基坑2010年1～4月間地下水位高程0.92～2.49m；C基坑2013年3～4月間地下水位高程0.57～2.15m。各地下水位年變幅均不大于1m。

據各基坑提供的地勘報告及設計圖：A基坑2-5粗礫砂層降水影響半徑為100～300m，基坑開挖將同時揭露2-2淤泥質砂層潛水和2-5粗礫砂層承壓水；B基坑2-4粉細砂層降水影響半徑為70m，基坑開挖將同時揭露2-2淤泥質砂層潛水和2-4粉細砂層承壓水；C基坑2-4粉砂層降水影響半徑為80～150m，基坑開挖將揭露2-4粉細砂層承壓水。

圖2　淤泥層平面分布圖

圖3　粗礫砂層平面分布圖

（3）區(qū)域水文地質條件：據最新區(qū)域水文地質圖，區(qū)域水文地質特征為全新統(tǒng)河流相沉積層，含水層為細、中、粗砂，相對隔水層為淤泥質土、粘土。調查場區(qū)地下水具雙層結構，上層為孔隙潛水、下層為承壓水，區(qū)域含水層富水性貧乏～中等。區(qū)域地下水流向整體上為自西北至東南。

4　地下水動力特征

通過現(xiàn)場采集地下水位動態(tài)觀測點數據，形成相應地下水降落漏斗剖面（圖4～5）。A基坑水勢處于場區(qū)最低點，其周邊水位出現(xiàn)較明顯下降，水勢次低點為C基坑，其周邊水位處于漸變狀態(tài)。地下水隨范圍的擴大形成較明顯的降深漏斗曲線。利用圖解法得到大致的降水影響半徑：A基坑降水影響半徑約110～303m，水位高差1.63～6.42m；C基坑降水影響半徑約142～302m，水位高差2.55～4.28m。其次，本項目地下水等水位線所反映的地下水流向（圖 4）存在兩個明顯指向，與該區(qū)域水文地質圖的地下水流向明顯不同。

為獲得直接效果，現(xiàn)場選擇1處代表位置進行了示蹤試驗。試驗結果表明（圖6），A基坑周邊接收井指示劑濃度變化明顯（靠上部的三條多線段），地下水流向得以證實。

圖4　A基坑附近地下水降落漏斗

圖5　C基坑附近地下水降落漏斗

圖6　示蹤試驗時間-濃度變化曲線

5　地下水動態(tài)變化特征

經過一定周期的地下水位動態(tài)觀測，可以形成水位-時間動態(tài)變化曲線。A基坑現(xiàn)狀處于開挖狀態(tài)，周邊地下水位隨時間變化較明顯，且幅度較大（圖7）；C基坑現(xiàn)狀處于地下結構施工狀態(tài)，周邊地下水位隨時間緩慢下降（圖8），持續(xù)降水已形成新的水勢。

圖7　A地下水高程-時間變化曲線

圖8　C地下水高程-時間變化曲線

6　施工方資料分析

據A基坑提供的第三方 《監(jiān)測簡報》，4～6月間錨索施工開始出現(xiàn)漏水漏砂現(xiàn)象，9～11月該基坑鄰近該村一側W18～W20水位監(jiān)測井反映出明顯下降（圖9）。這與我院（圖7）在該區(qū)域周邊水位監(jiān)測在時間及變化特征上吻合。

據C基坑提供的一段中后期降水記錄，該基坑周邊水位監(jiān)測曲線已處于穩(wěn)定下降狀態(tài)（圖10）。這與我院（圖8曲線中后段）在該區(qū)域周邊水位監(jiān)測在相同時間段內的變化特征吻合。

圖9　A基坑第三方水位監(jiān)測曲線

圖10　C基坑第三方水位監(jiān)測曲線

據C基坑提供的施工降水記錄，求和得總降水量為543984m3。根據設計圖紙進行估算，其基坑面積34032m2，最大開挖深度9.9m，止水樁長最大19m，假定基坑及其止水帷幕形成密閉水桶，按不利情況考慮坑內土層均為透水砂層、孔隙率取35%，計算得基坑內水量約為226312m3。比較后發(fā)現(xiàn)，基坑內實際降水量比實際所賦存地下水水量要大得多。

7　綜合分析

①從區(qū)域大環(huán)境看，場區(qū)具備地下水賦存條件，但水量貧乏，地下水均衡態(tài)易受改變。②從地質條件看，平面分布上（圖2～3）2-1層淤泥、2-5層粗礫砂全區(qū)域分布連續(xù)且廣泛；縱向分布上高壓縮性軟土層位于淺表部位，而其上覆地層多為填土、下伏地層為砂層，其分布關系和土質特征在地下水位長時間下降時易引發(fā)較大沉降［2］。③從水文特征看，區(qū)域地下水含水層連通性好、滲透性強、影響半徑大，且過往水位無異常變化，一旦長期抽取地下水，其影響就會凸顯、其范圍會不斷擴大，從而打破原有平衡，形成新的水勢，間接引起土中應力重新分布。④從基坑開挖深度看，各基坑開挖均會大面積揭露到場區(qū)的含水層，對場區(qū)地下水影響形成的可能性存在客觀條件。⑤從水動力特征看，觀測期間各觀測水位埋深普遍較大，與勘察階段的地下水位相比存在較大差別；基坑周邊的地下水水位明顯低于較遠區(qū)域地下水水位，形成明顯降落漏斗，平面上地下水所反映的流向具有明顯指向性，且與該區(qū)域水文地質圖的地下水流向明顯不同，這說明原區(qū)域地下水特征受工程降水活動影響已發(fā)生改變。⑥從地下水動態(tài)變化特征看，場區(qū)地下水位變化量明顯，且與施工方監(jiān)測數據相吻合。⑦從工法上看，A基坑支護結構采用了錨索，人為因素的不確定性令錨孔在止水帷幕局部位置形成水流通道，而本項目實際確實出現(xiàn)大量漏水漏砂現(xiàn)象，故在本項目中該工法對地下水影響最大。C基坑止水樁采用定長致局部出現(xiàn)懸掛現(xiàn)象，考慮到勘探孔間地層存在變化，懸掛式帷幕就可能產生滲流通道，通過降水量估算結果，間接證明坑外地下水向坑內補給的狀態(tài)是客觀存在的。C基坑區(qū)含水層厚度并不大，以全部采用落底式帷幕為宜，若使用懸掛式應充分考慮地層特點和地區(qū)經驗，并通過現(xiàn)場試驗或模擬計算等方式復核其插入含水層深度是否滿足使用效果［3］。

另外，據本次現(xiàn)場結構檢測與沉降觀測結果，受地基變形嚴重影響的房屋、顯著影響的房屋在場區(qū)分布位置基本位于含水層降水影響半徑范圍內。側面印證了基坑降水對區(qū)域地下水及周邊環(huán)境的影響是不容忽視的。

8　結論

（1）基坑降水對區(qū)域地下水及周邊環(huán)境的影響是客觀存在的。影響程度受工法、降水深度、水文地質條件、區(qū)域水動力特征、施工質量等多方面因素決定。

（2）我院基于該類項目所形成的一套操作和綜合分析方法是合理可行的，亦通過了省級專家組認可，可以為影響因素的確定提供可靠的技術支持。

（3）應注意盡量減少在高地下水位環(huán)境中使用錨索，使用時應結合地區(qū)成熟的施工經驗采取針對性措施［4］，以防止?jié)B漏造成地下水土大量流失。含水層深厚需采用懸掛式止水帷幕時應結合地區(qū)經驗通過相應手段復核其插入含水層深度是否滿足使用效果。

［1］《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）.中華人民共和國住房及城鄉(xiāng)建設部，2012.

［2］徐運達.軟土區(qū)深大基坑降水對支護及周邊環(huán)境影響研究.南京大學，2015.

［3］王昆泰，胡立強，呂凱歌.懸掛式帷幕條件下基坑滲流特性的計算分析.建筑科學，2010.

［4］易小濤.深基坑富含粉砂和地下時錨索施工的探索.建筑工程技術與設計，2015.

所獲榮譽及獎勵：

2015年度廣東省優(yōu)秀工程勘察設計獎工程勘察類三等獎；2015年度廣東省建筑工程集團有限公司優(yōu)秀工程設計三等獎。

錢 鑫（1982-），男，巖土工程師，工學學士，主要從事巖土工程設計及勘察工作。

TU463

A

2095-2066（2016）11-0030-03

2016-3-8