王晉華

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速，各種類型的城市建筑不斷增多，很多城市面臨著空間不足的問題。所以各大城市重視對(duì)于城市空間的合理應(yīng)用，實(shí)施了一系列深基坑工程。在此類工程施工過程中，需要將基坑中的水位控制在一定的范圍內(nèi)，地下水是必須考慮的問題，否則容易導(dǎo)致施工過程中發(fā)生危險(xiǎn)，成為潛在的安全隱患。在研究中發(fā)現(xiàn)，深厚卵石地區(qū)往往存在大量的地下水，含水層具有較高的滲透性，增大了施工的復(fù)雜度和危險(xiǎn)性。所以必須通過有效的方式對(duì)降水效果進(jìn)行分析，減少基坑施工過程中存在的危險(xiǎn)，提升施工的質(zhì)量和效率。

一、工程概況

在基坑施工過程中需要考慮到地下水的影響，本次研究中主要采用開放式施工降水，面積總和達(dá)到了17064m2，具體劃分為兩大部分，分別是主體部分、施工豎井部分（L2、L4、L5和L6），其中前者為南北向。在設(shè)計(jì)的具體施工方案中，總計(jì)有136口降水井，各個(gè)井的間隔為6m。但是受制于現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，有33口降水井并未正常施工。

二、水文地質(zhì)條件

從地質(zhì)特征上來(lái)看，施工區(qū)域地層厚度達(dá)到了85m左右，主要?jiǎng)澐譃閮煞N，分別是人工堆積層、第四紀(jì)沖洪積層，進(jìn)一步可以細(xì)分為21個(gè)大層以及亞層，各個(gè)層的厚度以及巖性存在一定的差異性。

結(jié)合現(xiàn)有的資料可知，在103m深以內(nèi)的區(qū)域以1層地下水為主，其中潛水含水層的厚度達(dá)到了55m左右，具有較高的滲透性，而水位標(biāo)高、埋深分別是18.8m、29.9m。

在研究過程中實(shí)施了1組單井抽水試驗(yàn)，其中觀測(cè)井和試驗(yàn)井的數(shù)目分別為3、1，以此可以得到需要的滲透參數(shù)。在試驗(yàn)過程中需要選擇科學(xué)的儀器設(shè)備，這里采用了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)繩、250QJ140-46水泵以及TDS-100F1(DN100)流量計(jì)，滿足了試驗(yàn)的要求。

試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為46h，穩(wěn)定降深3.97m，持續(xù)時(shí)間33h，涌水量為39.389L/S。

受到諸多因素的影響，試驗(yàn)過程中的流量存在一定的波動(dòng)性，經(jīng)過分析主要與水泵不穩(wěn)定等因素有關(guān)。而水位恢復(fù)過程中的穩(wěn)定性比較高?？紤]到上述因素，在滲透系數(shù)K的計(jì)算過程中利用了恢復(fù)數(shù)據(jù)，選擇了Jacob直線圖解法。

三、地下水?dāng)?shù)值模擬

1.地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)

在研究過程中進(jìn)行了1組生產(chǎn)性群井試驗(yàn)，降臭水井的數(shù)目為12，涌水量12673.92m3/d，群井外、中心分別有三個(gè)、一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，降深最大值為1.411m，試驗(yàn)持續(xù)196h。試驗(yàn)中采用了TDS-100F1(DN100)流量計(jì)、250QJ63-54水泵，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)可以對(duì)第1層進(jìn)行模擬。

2.含水層及邊界條件概化

確定模擬范圍的原則如下所示：

R、r分別代表影響半徑（降深10m）、基坑等效半徑，需要保證模擬范圍高于二者之和，即不低于2800m。

結(jié)合場(chǎng)地和水文地質(zhì)單元分界的距離進(jìn)行確定，如果距離遠(yuǎn)大于2800m，則選擇通用水頭邊界；模型南北、東西方向基本保持在10km上下。

在選擇邊界上盡可能為水文地質(zhì)單元分界線。

值得注意的是，在設(shè)置邊界條件過程中需要考慮到不同的方向，本次設(shè)計(jì)的模型主要包括垂向邊界、側(cè)向邊界，具體設(shè)置為：（1）垂向，在試驗(yàn)過程中忽略降水等因素產(chǎn)生的影響，所以不存在降雨補(bǔ)給，由于底部主要是白堊紀(jì)角礫巖，設(shè)置為隔水邊界；（2）側(cè)向，需要結(jié)合水的流向來(lái)進(jìn)行設(shè)置，主要是西北流向東南，所以東、南側(cè)，西、北側(cè)的邊界設(shè)置不同，分別對(duì)應(yīng)著排泄、補(bǔ)給邊界。

3.源匯項(xiàng)概化

源匯項(xiàng)包括12口抽水井，在處理時(shí)主要選擇well模塊，1056.16m3/d的單井排水量。

4.地下水流模型的構(gòu)建

在本次研究中針對(duì)地下水流模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體基于GMS（Groundwater Modeling System）軟件實(shí)現(xiàn)。在具體模擬分析過程中使用了多個(gè)模塊，除了Modflow之外還包括GHB等多個(gè)模塊，便于對(duì)相關(guān)參數(shù)以及邊界進(jìn)行處理。離散化是建模中的首個(gè)過程，即進(jìn)行網(wǎng)格剖分，該過程的合理性將會(huì)直接影響到最終的模擬效果。具體的過程如下所示：

（1）具體需要從豎直方向和水平方向來(lái)對(duì)模型進(jìn)行剖分。結(jié)合研究區(qū)的具體特征，在豎直方向上主要?jiǎng)澐譃榘藢?，水平方向網(wǎng)格大小為100m×100m，基坑部分網(wǎng)格密度增大，尺寸為3m×3m～5m×5m。

（2）模擬期總共持續(xù)196h，具體時(shí)間段為2017年9月22日8:00～2017年9月30日12:00，總計(jì)包括為83個(gè)應(yīng)力期（2h），并基于內(nèi)插和外推法以及現(xiàn)有的數(shù)據(jù)得到了初始水位。

四、施工降水預(yù)測(cè)與分析

1.情景設(shè)計(jì)

在情景設(shè)計(jì)上需要考慮到多方面的因素，確保相關(guān)參數(shù)的合理性。其中，井內(nèi)徑263mm，最大方量水泵100m3/h；以250QJ63-54水泵為主，實(shí)際流量是43m3/h。設(shè)計(jì)出水量43m3/h、63m3/h、80m3/h、100m3/h。據(jù)此完成預(yù)測(cè)施工降水的過程，基坑整體主要?jiǎng)澐譃閮刹糠?，首先是豎井L2、L4、L5、L6，其次是主體部分，詳細(xì)信息如表1所示。

表1 豎井與工程主體設(shè)計(jì)降深一覽表

2.結(jié)果分析

（1）地下水位隨時(shí)間變化：隨著時(shí)間的變化水位呈現(xiàn)出的變化特征。其中在前七天內(nèi)保持了較高的下降速度，而在7天～15天之間雖然仍然持續(xù)下降，但是下降幅度明顯變小，在15天之后逐步保持穩(wěn)定，下降速度基本不變（0.02m/d），各個(gè)場(chǎng)景下的穩(wěn)定時(shí)間不同。

（2）施工降水空間差異性分析：①降水區(qū)L2豎井和L4豎井處由于降水井布置最密集地下水位最低，基坑主體南段和北段降水井布置較少，因此保持了最高的地下水位；②在將所有井同時(shí)開啟的情況下，單日抽水量均可達(dá)到較高的要求；③將103口降水井全部開啟之后，在單井出水量不同時(shí)，單日抽水量存在一定的差異性；④由于基坑南、北段降水井不足，無(wú)法構(gòu)成閉合圍降。

五、結(jié)論

1.在本次研究中針對(duì)深厚卵石地層的滲透系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算過程中利用了非穩(wěn)定流Jacob直線圖解法，并結(jié)合水位恢復(fù)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果為233.4～273.6m/d，平均值為252.0m/d，因此屬于特強(qiáng)透水地層。

2.施工結(jié)束之后的103口降水井均不能滿足安全水位的要求，僅當(dāng)在井間距6m，降水設(shè)計(jì)方案所有降水井（136口）均能施工，并且單井出水量高于43m3/h時(shí)，施工降水方可滿足降水要求，涌水量將達(dá)到14萬(wàn)m3/d。

3.在滲透性極強(qiáng)的深厚卵石地層開展降深大于10m的施工降水，涌水量較大，增大了施工的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。