呂善國

（南京南大巖土工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 21 1800）

0 引言

隨著全國各地城市建設(shè)的發(fā)展，在各種復(fù)雜含水系統(tǒng)中開挖的基坑工程越來越多，如何處理好地下水就成為工程建設(shè)順利實施的關(guān)鍵?；咏邓こ碳仁腔A(chǔ)工程順利進(jìn)行的先決條件，同時也會造成周邊地面的不均勻沉降，對周圍建筑物造成危害[1]。

本文以揚(yáng)中市某建設(shè)項目為例，基于Visual Modflow 軟件對該項目基坑降水進(jìn)行設(shè)計，并對降水可能引起基坑周邊地面沉降進(jìn)行預(yù)測，并提出預(yù)防地面沉降的措施和建議。

1 工程概況

該項目位于揚(yáng)中市核心地段，西至港東南路，北至揚(yáng)子?xùn)|路，東側(cè)及南側(cè)為河濱路?；有螤畛嗜切危叵率覟槎訚M堂地下室?；娱_挖面積約11850m2，支護(hù)周長約465m，普遍開挖深度為13m?；铀闹転榈叵鹿芫W(wǎng)密布的市政道路，周邊緊臨多棟已建3～7 層老舊建筑物，西側(cè)通江河流三茅大港與擬建場地僅有港東南路相隔?；涌偲矫鎴D見圖1。

圖1 總平面圖

圖2 基坑支護(hù)平面布置圖

2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭示的土層結(jié)構(gòu)特征分析，本場地地下水為孔隙潛水，賦存于場地內(nèi)各土層中，水量豐富。

地表①層雜填土較為松散，賦水性及透水性好，大氣降水極易滲入到下部土層中。②-1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土飽含地下水，整體透水性弱，水平向稍強(qiáng)，其余②-2～④層均飽含地下水，透水性較強(qiáng)。場地地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，以逕流、蒸發(fā)形式排泄，潛水水位隨季節(jié)變化明顯，年變幅0.5～1.0m 左右?？辈炱陂g測定的地下水穩(wěn)定水位埋深：0.6～2.0m，水位高程+1.68～+2.30m。

本場區(qū)抽水試驗報告給出的土層綜合滲透系數(shù)K=15m/d，影響半徑R=500m 以上。

表1 水文地質(zhì)模型豎直地層

2 基坑降水?dāng)?shù)值模擬計算

3.1 Visual Modflow 軟件簡介

Visual Modflow 是一種三維地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬評價的標(biāo)準(zhǔn)可視化專業(yè)軟件系統(tǒng)，它可以仿真模擬深基坑降水過程中地下水位的變化情況[2]。

3.2 基坑降水?dāng)?shù)值模型的建立

3.2.1 模型假定

為了便于滲流軟件計算，現(xiàn)對數(shù)值模型作如下假定：

1、降水井影響區(qū)域含水層等厚、均質(zhì)、水平各向同性；

2、邊界含水層水頭恒定；

上式中除了參考距離d0可以人為擬定外(本次實驗設(shè)置d0=1m)，其它參數(shù)的估計需要用到已知數(shù)據(jù)，即通過已知數(shù)據(jù)來估計路徑損耗指數(shù)n和參考信號強(qiáng)度P0。

3、坑內(nèi)降水井按定流量進(jìn)行降水。

3.2.2 模型建立

現(xiàn)對場地水文地質(zhì)條件進(jìn)行概化，建立本工程水文地質(zhì)概念模型。根據(jù)本項目巖土工程勘察報告及現(xiàn)場抽水試驗所提供的地質(zhì)和水文資料，本次基坑降水?dāng)?shù)值模型以基坑位置為中心確定整個模擬范圍為2km×2km 區(qū)域，深度取為93 米，基坑區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密，以提高計算精度（如圖3、圖4、圖5 所示）。土層根據(jù)鉆孔資料劃分為7 個模擬層，土層滲透系數(shù)取現(xiàn)場抽水試驗提供的土層綜合滲透系數(shù)。止水帷幕采用邊界防滲墻來模擬，厚度輸入0.85m，滲透系數(shù)取1×10-9m/s[3]。模型邊界按定水頭計算，定水位取地勘報告提供的最高水位高程+2.30m。

圖3 模型分層剖面圖

圖4 三維數(shù)值模型立體圖

圖5 基坑范圍網(wǎng)格劃分平面圖

3.2.3 模擬方案

采用Visual Modflow 軟件按三維非穩(wěn)定流模型進(jìn)行降水工程模擬，綜合考慮基坑施工期間的不確定因素，模擬周期取至800d。采用防滲墻模擬基坑四周長度為30 米的止水帷幕。根據(jù)工程經(jīng)驗，坑內(nèi)先按200m2/口左右布置降水井，共需布置58 口，設(shè)計井深28 米，通過在模型中輸入不同的單井抽水量反復(fù)試算，直至數(shù)值模擬的坑內(nèi)地下水位降至設(shè)計水位為止。

3.3 模擬結(jié)果分析

3.3.1 基坑涌水量預(yù)測

因基坑周邊采用三軸深攪樁作為止水帷幕，對地下水滲流具有一定的繞流阻水作用，解析公式無法適用該類條件下的涌水量計算，本文基于Visual Modflow 軟件采用三維有限差分法數(shù)值模擬技術(shù)，充分考慮三軸深攪樁的影響，對基坑涌水量進(jìn)行預(yù)測。

通過反復(fù)試算，模擬得出當(dāng)單井抽水量取250m3/d 時基坑內(nèi)水位降至標(biāo)高-10.7m（模型取地面標(biāo)高為+3.0m，坑內(nèi)設(shè)計水位標(biāo)高-11.0m），數(shù)值模擬坑內(nèi)水位近似達(dá)到設(shè)計降深。降水模擬結(jié)果詳見圖6 和圖7。從而近似預(yù)測本基坑的總涌水量約為14500m3/d。

3.3.2 基坑周邊地下水水位降深模擬

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，坑內(nèi)水位降至設(shè)計標(biāo)高后，基坑周邊地下水水位標(biāo)高最低為+0.32m，水位降深最大約為2m。具體詳見圖7、圖8。

圖6 降水水位等值線圖

圖7 降水水位云圖

圖8 降水水位剖面云圖

3.3.3 降水對基坑周邊地面沉降影響分析

根據(jù)數(shù)值模擬計算出的基坑周邊各點(diǎn)的水位降深值，采用分層總和法[4]，通過確定壓縮層厚度，計算各層自重應(yīng)力、附加應(yīng)力、兩者平均值和壓縮量等，計算出基坑周邊各點(diǎn)累計沉降量[5]。

通過計算，預(yù)測基坑四周地面沉降量在0～35mm 之間。數(shù)值模擬結(jié)果表明基坑降水對周邊地面沉降具有較大影響，實際施工過程中應(yīng)采取相應(yīng)的減小地面沉降的預(yù)防措施。

5 結(jié)論

本文基于Visual Modflow 三維有限差分軟件以非穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，對基坑工程降水進(jìn)行設(shè)計，為基坑降水設(shè)計增加了一種新的可行方法。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步分析了基坑降水可能對坑外地面產(chǎn)生的影響，并得出如下結(jié)論：

1）因現(xiàn)有的基坑降水設(shè)計大多采用大井法，基坑涌水量計算結(jié)果與實際抽水量偏差較大，本文基于Visual Modflow 軟件，利用現(xiàn)場抽水試驗得到的水文地質(zhì)參數(shù)，模擬了有止水帷幕阻隔，降水井口數(shù)一定（58 口），以坑內(nèi)地下水降至設(shè)計水位為條件，經(jīng)多次模擬試算，得出單井抽水量約為250m3/d，預(yù)測本基坑的總涌水量約為14500 m3/d。

2）模擬計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)一定程度的差異，因此，還需要根據(jù)實際情況和實際監(jiān)測結(jié)果對降水方案進(jìn)行動態(tài)調(diào)整[5]。

3）數(shù)值模擬結(jié)果表明基坑降水對周邊地面沉降具有較大影響，實際施工過程中應(yīng)結(jié)合土方開挖計劃做到按需降水，嚴(yán)格控制地下水的抽排量，施工過程中密切觀測坑內(nèi)外水位變化情況，及時采取回灌井回灌等措施減小地面沉降。