□文/馮恒北

隨著城市建筑復(fù)雜程度、密集程度越來越高，基坑工程周邊環(huán)境變形控制要求也越來越高。基坑施工會引起周邊巖土體變形，為保證周邊既有建（構(gòu)）筑物、周邊路面、地下管線等設(shè)施的正常使用，要將基坑施工引起的周邊變形控制在安全范圍以內(nèi)。土方開挖和地下水抽取是引起基坑周邊變形的直接原因，土方開挖卸載改變了周圍巖土體的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，影響范圍內(nèi)的巖土體應(yīng)力勢能朝開挖面釋放，進(jìn)而引起巖土體的隆起變形[1～3]，而基坑降水主要是引起疏干范圍內(nèi)土體的固結(jié)沉降以及水位以下地下水滲流力引起土體變形[4～7]。

本文以天津地鐵6號線某車站基坑工程為背景，采用MODFLOW軟件建立數(shù)值模型，根據(jù)設(shè)計工況分析降水對周邊環(huán)境的影響，將實(shí)際數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，找出評估類似條件下基坑開挖降水對周邊影響的有效方法。

1 工程概況

車站主體采用明挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為800 mm厚鋼筋混凝土連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式，站后接出入段線。車站主體基坑呈喇叭口狀，標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為21.1 m，基坑深為17.03 m；小里程盾構(gòu)井段寬25.7 m，基坑深18.66 m；大里程盾構(gòu)井段寬48.77 m，基坑深19.66 m。場地整平地面大沽標(biāo)高為3.370 m。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察揭示，場地自上而下為①1雜填土、④11黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2淤泥質(zhì)土、⑥3黏質(zhì)粉土、⑥4粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑧23粉砂、⑨1粉質(zhì)黏土、⑨2粉砂、⑩21粉砂、?21粉砂、?3粉質(zhì)黏土、?4粉砂、?5粉質(zhì)黏土。

2.2 水文地質(zhì)

場地淺層地下水主要為第四系孔隙潛水，賦存于Ⅱ陸相層及以下的粉土、砂層的地下水具承壓性，為承壓水。

2.2.1 潛水

埋藏較淺，勘測期間本工點(diǎn)地下水初見水位不明顯，穩(wěn)定埋深1.70～2.90 m（高程0.54～1.95 m），主要賦存于人工填土(Qml)、上組陸相沖積層(Q43al)及海相沉積層(Q42m)的黏性土及粉土中，含水層水平、垂直向滲透性差異較大，當(dāng)局部地段夾有粉砂薄層時，其富水性、滲透性相應(yīng)增大。

2.2.2 第一承壓含水層

下組陸相沖積層(Q41al)，⑧2黏質(zhì)粉土、⑧23粉砂，厚度0.80～5.00 m；上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層（Q3eal），⑨2粉砂、⑨21細(xì)砂、⑨23黏質(zhì)粉土，厚度1.00～11.40 m；上更新統(tǒng)第四組濱?！毕喑练e層（Q3cal），⑩21粉砂、⑩22細(xì)砂，厚度1.20～4.10 m；上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層（Q3cal），⑩21粉砂、⑩22細(xì)砂，厚度2.30～7.60 m；上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層（Q3cal），○14粉砂、○141細(xì)砂，揭露最大厚度12.00 m，透水性好，富水性強(qiáng)。

3 重難點(diǎn)分析

1）工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開挖范圍內(nèi)存在⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2淤泥質(zhì)土、⑥4粉質(zhì)黏土及其夾層淤泥質(zhì)土，流塑狀為主，局部軟塑狀。此類土層土質(zhì)軟弱，對基坑側(cè)壁穩(wěn)定性及工后沉降控制不利，在進(jìn)行有效疏干的同時需要保證坑外的水位降深不能過大。

2）基坑開挖深度較大，底面距⑧23、⑨2層粉砂頂面很近，抗突涌驗(yàn)算不能滿足要求，需要進(jìn)行減壓降水。

3）需分層降水，疏干井和減壓井分開布置，減壓井的開啟和水位控制對本工程基坑和環(huán)境安全影響很大。

4）發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏，是本工程降水控制的重點(diǎn)。

4 降水井的布置

4.1 承壓水抗突涌驗(yàn)算

在基坑底板至承壓含水層頂板之間，土的自重壓力應(yīng)大于承壓水含水層頂板處的承壓水頂托力，即

式中：PS——承壓含水層頂面至基底面之間的上覆土壓力，kPa；

PW——初始狀態(tài)下（未減壓降水時）承壓水的頂托力，kPa；

hi——承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的厚度，m；

γsi——承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的重度，kN/m3；

H——高于承壓含水層頂面的承壓水頭高度，m；

γw——水的重度，取10.00 kN/m3；

FS——安全系數(shù)，取1.05。

第一承壓水穩(wěn)定埋深結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取3.0 m，γs取19.6 N/m3，基坑抗突涌驗(yàn)算見表1。

4.2 降水井的布置

4.2.1 疏干井

天津地區(qū)疏干井的布置一般按照面積經(jīng)驗(yàn)法計算，單井降水控制面積按200～250 m2計算，本工程地鐵車站區(qū)域單井控制面積取250 m2。整個基坑需要疏干面積約7 489 m2，計算得基坑需要布置30口疏干井，考慮10%的應(yīng)急備用井，結(jié)合基坑圍護(hù)形式，總共設(shè)置33口。

采用三角形交錯布置的方式,為減少開挖過程中的損壞，保證開挖效果，盡量選擇鋼管。

4.2.2 減壓井

第一承壓水需減壓降水，最大降水幅度為14 m，需要在坑內(nèi)布置減壓井，按照30m/口布置，共布置15口，井深29～38 m。

4.2.3 坑外觀測井

設(shè)置淺層觀測井，按照50 m/口布置，共布置16口，根據(jù)地層起伏，井深為20 m。第一承壓水觀測井與淺層觀測井間隔布置，共8口，根據(jù)地層起伏，井深為29～38 m。

4.3 降水井運(yùn)行控制

4.3.1 疏干井

根據(jù)基坑土方開挖方案，結(jié)合基坑支撐分布狀況，分層進(jìn)行抽水。嚴(yán)密監(jiān)控坑內(nèi)外水位變化，動態(tài)調(diào)整出水量。

基坑降水需降至基底下1 m。降水過程中加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)做動態(tài)調(diào)整。結(jié)合基坑地層情況以及基坑開挖深度，降水分二步進(jìn)行，第一步水泵放置深度8 m，第二步水泵放置淺層降水井井底，對基底以上土層進(jìn)行土方開挖。

4.3.2 減壓井

最不利位置在基坑端頭井，減壓井的開啟和水位控制按照最不利位置井徑控制，根據(jù)抗突涌驗(yàn)算，開挖深度超過11.3 m時開啟減壓井，開挖深度與對應(yīng)安全水位埋深關(guān)系曲線，見圖1。

5 降水對周邊環(huán)境影響評價

5.1 數(shù)據(jù)模擬

根據(jù)基坑的幾何形狀、區(qū)域地層結(jié)構(gòu)條件、場地工程及水文地質(zhì)特性等信息，將模型剖分為118 行、207列、6層。見表2。

表2 數(shù)值模擬計算參數(shù)列

5.2 模擬結(jié)果

根據(jù)模型，結(jié)合水位降深資料，對后期降水引起的地面沉降進(jìn)行預(yù)測，暫估降水井運(yùn)行時間為180 d。見圖2-圖4。

由圖2-圖4可知，基坑降水運(yùn)行180 d后，坑外潛水水位在距離基坑最近處降深為0.6 m，坑外第一承壓水承壓含水層水位在距離基坑最近處降深為6 m?；油庥捎诮邓鸬牡孛娉两底畲笾导s12～14 mm。

圖2 運(yùn)行180 d后坑外淺層水位降深等值線

圖3 運(yùn)行180 d后第一承壓水水位降深等值線

圖4 運(yùn)行180 d后坑外地面沉降

5.3 結(jié)果分析

1）由于基坑開挖深度較大，需要抽第一承壓水而止水帷幕深度未進(jìn)入第一承壓水，因而導(dǎo)致坑外第一承壓水降深較大。

2）承壓水對周邊環(huán)境影響范圍較大。

3）止水帷幕雖然已經(jīng)隔斷潛水，但坑外的承壓水和潛水都有一定的變化，可能為越流引起的潛水水位下降，說明潛水和承壓水存在一定的水力聯(lián)系。

6 結(jié)論

1）下部承壓水問題為本工程施工重點(diǎn)，施工應(yīng)按嚴(yán)格按照方案及理論計算施工，在基坑開挖過程中實(shí)時監(jiān)測坑內(nèi)外水位變化，動態(tài)調(diào)整降水井的運(yùn)行。

2）降水單位應(yīng)根據(jù)工程風(fēng)險制定專項(xiàng)施工方案并結(jié)合工程特點(diǎn)制定有效的內(nèi)部管理流程。一旦發(fā)現(xiàn)滲漏水跡象，應(yīng)立即通知各有關(guān)單位并采取相關(guān)堵漏措施，控制事態(tài)一步發(fā)展。

3）從理論計算可以看出，坑外的降深和沉降影響范圍較大，后期還應(yīng)同坑外地表、建筑物、管線等監(jiān)測相結(jié)合，對基坑和周邊環(huán)境安全進(jìn)行多元化保護(hù)。