江 彬

福建省地質(zhì)工程勘察院，福建 福州 350002

1 工程概況

1.1 巖土體條件

某基坑開挖面積約12000m2，地下室底板標(biāo)高約-11.25m，基坑工程安全等級為一級。典型的巖土層大致可分為以下類型：土層（1）雜填土，層厚為1.00～4.60m；土層（2）淤泥，層厚為3.90～22.80m；土層（3）淤泥夾砂，揭示厚度為5.80～18.90m；土層（4）粗砂（含泥），揭示厚度為1.90～22.40m；土層（5）粉質(zhì)黏土，揭示厚度為0.70～4.50；土層（6）淤泥質(zhì)土，揭示厚度為1.60～10.00m；土層（7）卵石，揭示厚度為0.30～8.10m；土層（8）淤泥質(zhì)土，揭示厚度為1.70～5.90m；土層（9）粉質(zhì)黏土，揭示厚度為0.50～13.00m；土層（10）粗砂（含泥），揭示厚度為1.40～21.60m；土層（11）砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，揭示厚度為3.60～31.70m。

1.2 地下水情況

場地地下水初見水位埋深為0.90～5.10m，綜合穩(wěn)定水位埋深為0.40～4.95m。地下水位年變化幅度為1.0～2.00m，近3～5年最高地下水水位為5.40m，歷史最高地下水水位為5.60m。地下水的主要情況如下：賦存于土層（1）雜填土孔隙中的上層滯水，其透水性一般、變化范圍較廣。水位隨著季節(jié)的交替，水量波動很大，但對基坑工程的影響相對較弱；賦存于土層（4）粗砂（含泥）、土層（7）卵石、土層（10）粗砂（含泥）中的孔隙承壓水，各層透水性中等～強(qiáng)，富水性強(qiáng)，對該基坑工程的安全影響較大。淤泥、淤泥夾砂、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土的透水性及富水性均較弱，屬弱透水層，為相對隔水層。承壓水水位埋深為15.30～17.99m（高程在-11.97～-9.09m）。

1.3 基坑突涌情況

土層（4）粗砂（含泥）中承壓水水位標(biāo)高為-11.97～-9.09m，承壓水水位標(biāo)高取-9.09m，基坑底板標(biāo)高為-11.25m，則潛水含水層厚度H=-11.25-（-14.09）=2.84m，基坑動水位至含水層底面的深度h=-9.09-（-14.09）=5m，水重度γw=10kN/m3，土體重度r=15.5kN/m3，可利用以下公式判斷基坑開挖過程中是否會產(chǎn)生突涌現(xiàn)象：

經(jīng)計(jì)算，2.84m＜3.22m，因此基坑在開挖過程中可能會產(chǎn)生突涌現(xiàn)象。

2 基坑降水方案

基坑范圍內(nèi)降水主要針對土層（4）粗砂（含泥）、土層（7）卵石、土層（10）粗砂（含泥）中的孔隙承壓水。對承壓水執(zhí)行按需減壓，以保證基坑坑底突涌穩(wěn)定性。同時(shí)應(yīng)在基坑內(nèi)每200m2左右布置1口疏干井，以疏干坑內(nèi)水。

2.1 疏干井計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此次疏干井有效輻射疏干面積約250m2/口，計(jì)算井?dāng)?shù)為10013÷250≈40口，實(shí)際布置48口，井深以超過地下室底板不小于6m為控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 承壓降水井計(jì)算

該基坑涌水量按承壓非完整井計(jì)算。含水層平均厚度為25.47m，滲透系數(shù)加權(quán)平均值為23.7m/d，降深3.96m，降水井口徑為219，設(shè)過濾器進(jìn)水長度l=6m，影響半徑R=486.83m，等效半徑r=56.47m。涌水量Q的計(jì)算公式如下：

式中：k為含水層的滲透系數(shù)，m/d；M為承壓含水層厚度，m；S為基坑水位降深，m。

單井出水量q0的計(jì)算公式如下：

井?dāng)?shù)n的計(jì)算公式如下：

為了確保降水效果，實(shí)際布置14口降水井，井深以進(jìn)入粗砂（含泥）層及卵石層不小于8m為控制標(biāo)準(zhǔn)。降水井布置如圖1所示。

圖1 降水工程平面布置圖

3 基坑降水的模擬方案

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，建立數(shù)值模型，模型長、寬、高分別為1000m×800m×100m。計(jì)算時(shí)將土層（4）、土層（5）、土層（7）、土層（8）的外圍（即模型邊界處）設(shè)定為定水頭邊界條件，同時(shí)為土層（4）、土層（5）、土層（7）、土層（8）整體賦予初始水頭邊界條件，使得該層的水頭可隨抽水而改變。通過不斷地調(diào)整、試算，所建立的數(shù)值模型和最終確定的各抽水井的平面位置和抽水速率如圖2所示。

圖2 抽水井位置及抽水速率（單位：m3/d）

3.2 結(jié)果分析

（1）水頭降深分析。此次基坑降水的主要對象為土層（4）。土層（4）的降深等值線圖如圖3所示。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，基坑內(nèi)的降深普遍達(dá)到了4m，大致滿足設(shè)計(jì)要求；而坑外的降深最大值僅為0.5m，因而此次基坑降水能夠有效地控制地面沉降，不會對基坑外的構(gòu)筑物等造成過多影響。此外還可以發(fā)現(xiàn)，基坑內(nèi)等水頭線分布相對比較均勻，證明了抽水井設(shè)置的合理性，同時(shí)帷幕邊緣處的等值線分布十分密集，這說明帷幕內(nèi)外產(chǎn)生了較大的降深差值，帷幕對控制坑內(nèi)外的降深發(fā)揮了作用。在帷幕內(nèi)部的基坑中，水位降深需要達(dá)到一定程度，降深較大，可以使基坑中的施工作業(yè)順利進(jìn)行；而在帷幕外部，降深較小，使得土體的壓縮變形和沉降也較小，因而可以避免基坑周邊建筑由于地面的不均勻沉降而遭受損壞。

圖3 土層（4）的降深等值線（單位：m）

土層（7）的降深等值線如圖4所示。由于土層（7）位于懸掛止水帷幕之下，因而坑內(nèi)外的降深等值線差別明顯減小，從整體上看，降深變化相對也較為均勻，未出現(xiàn)沿著帷幕邊緣密集分布的特征。

圖4 土層（7）的降深等值線（單位：m）

（2）地面沉降分析。地面沉降等值線如圖5所示。由于止水帷幕有效地控制了基坑外的降深，基坑外的地面沉降也相對較為輕微，最大值僅為0.4m，不會影響基坑外的日常作業(yè)。

圖5 地面沉降等值線分布（單位：m）

4 結(jié)論

在對某基坑工程進(jìn)行勘察，初步確定降水設(shè)計(jì)方案后，利用Visual Modflow軟件，模擬得到了整個(gè)場地的水位降深和地面沉降分布情況。具體結(jié)論如下：

（1）通過將坑內(nèi)的14口承壓降水井的抽水量設(shè)定為70～420m3/d，可以較為均勻地將基坑的降深達(dá)到4m左右，滿足工程需求。

（2）由于止水帷幕的設(shè)置，基坑內(nèi)等水頭線分布相對比較均勻，證明了抽水井設(shè)置的合理性。

（3）帷幕邊緣處的等值線分布十分密集，這說明帷幕內(nèi)外產(chǎn)生了較大的降深差值，帷幕對控制坑內(nèi)外的降深發(fā)揮了有效的作用，因而可以避免基坑周邊建筑由于地面的不均勻沉降而遭受損壞。因此，此次的降水設(shè)計(jì)取得了良好的效果。