天津市承壓水分布及對深基坑工程影響分析

史華偉

1 天津市各區工程地質

天津市地處燕山山地向濱海平原過渡地帶，從10萬年前至今的期間內，曾有三次海進和海退，最后一次海退距今約5000年左右，歷次海進海退形成數道貝殼堤。地貌主要以堆積平原為主，占全市面積93%以上，薊縣北部有部分山地丘陵，塘沽、漢沽為海岸潮間帶。

天津市第四系分布廣，厚度大，可分為更新統與全新統。市區及郊區大部分面積為全新世地層。

南部廣大平原區根據地貌形態和成因可分為:山前沖洪積傾斜平原、洪沖積平原、沖積平原、海積沖積低平原及海積低平原。平原區廣布第四系松散層，平原區北部(寶坻斷裂以北)第四系厚為數米至300 m，平原區南部(寶坻斷裂以南)及濱海地區第四系厚300 m～450 m，第四系松散土土質類型主要有粘性土(粘土、粉質粘土、粉土)、砂類土、黃土狀土、卵礫碎石土、淤泥及淤泥質土五種類型。其中和工程密切相關的主要是埋深100 m范圍內的土層。

以五種土質類型為基本單元，根據垂向的變化組合關系，并考慮平原區淺層(30 m左右)，上下為陸相層，中間為海相層的沉積相變關系劃分出單層、雙層和多層結構三種類型，寶坻斷裂以北的山前平原為粘性土—砂類土的雙層結構，寶坻斷裂以南平原區及濱海地區為多層結構，只有局部受河流影響地段出現了雙層結構。

2 各區承壓含水層分布及水頭

天津市地下水在垂直方向上，可分為淺層地下水和深層地下水，共四個含水組。

第Ⅰ含水組為淺層水，含水層底界深度一般在70 m以內，地層時代為全新統—上更新統，參與現代水循環，接受降水補給和蒸發排泄，水力特性為潛水或淺層承壓水。

深層地下水包括第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水組，分別相當于中更新統、下更新統上段和下更新統下段，底界深度分別在180 m～220 m，290 m～310 m，370 m～430 m，以細粒砂和粘性土互層為主，水力特性為高水頭承壓水，與淺層水之間有穩定的隔水層或較厚的弱透水層，不參與現代水循環，多為古沉積水，主要接受微弱的側向補給和上部含水層的越流補給，在開采量中，彈性釋水量和弱透水層壓密釋水量占很大比重。

淺層水水位埋深比較淺，多為1 m～2 m或2 m～3 m，最深至埋深5 m;而第Ⅱ含水組承壓水水位基本位于-20 m之下，在漢沽、塘沽、靜海、北辰等用水比較集中的地區，水位甚至在-50 m～-80 m，市區內由于控制對第Ⅱ含水組的開采使水位今年有所恢復。

第Ⅱ含水組承壓水地層位于埋深約80 m之下，而一半地下工程開挖深度在40 m之內，影響深度約80 m之上，巖土工程施工難以影響到此含水組;且其水位高度因在-20 m之下，也難以對工程造成突涌等威脅，所以一般基坑工程或隧道工程等地下工程基本不必考慮第Ⅱ含水組承壓水的影響。第Ⅲ，Ⅳ含水組對地下工程基本無影響。地下工程所受地下水的影響主要來自于淺層地下水，即底界深度在70 m以上、水位埋深在5 m以上的第Ⅰ含水組。

天津市地下水系統可劃分為兩個區，寶坻斷裂以北為薊運河地下水系統區，寶坻斷裂以南平原區為海河—潮白河地下水系統區。

平原區淺層水單井用水量在100 m3/d～500 m3/d范圍或100 m3/d以下，目前市區內數個工程現場抽水試驗最大單井用水量在120 m3/d。

淺層水埋藏較淺，主要接受降水、河渠滲漏和灌溉回歸水的入滲補給，主要通過蒸發和開采排泄。山前平原區含水層顆粒粗，地下水徑流條件好，水位動態穩定，年變幅1.0 m～2.5 m，表現為滲入—徑流—開采型動態。南部平原區淺層水徑流條件差，水力坡度一般為0.1‰～0.5‰，河流、洼淀、水庫等地表水體往往是淺層地下水的局部排泄帶，在汛期河流補給地下水，地下水總體流向渤海灣，渤海灣是淺層水最終排泄帶，地下水動態多處于自然狀態，屬于滲入—蒸發型動態特征，多年動態變化較小。

塘沽區地下埋深約40 m處有一層分布廣泛的粉砂層，之上全部為粘土層，這一粉砂含水層在地下工程施工中會形成承壓性。天津市區及近郊則在埋深約20 m處即出現粉砂和細砂層，之下還斷續出現粉砂—粘土互層。粘性土含水量大、壓縮性高、滲透系數小并具有遲滯效應，使得排水施工更加困難，理論分析更加復雜。

3 基坑降水工程問題

基坑降水工程的主要目的是為了疏干基坑內土層含水以能夠干式作業，同時對于承壓水需要保證抗突涌穩定安全，以及避免管涌、流砂等滲流破壞。所以對于某些承壓含水層需要采取降水減壓措施，而減壓會導致土體粒間有效應力增加產生沉降，尤其對于施工現場附近具有對沉降敏感的地下管線或高層建筑等時，如何既能保證安全減壓，又能良好控制沉降，成為一個具有難度的課題。

為此要著手從以下課題展開研究:水文地質模型識別即含水層類型判定;含水層水文地質參數反演;井點降水設計，包括井數、井距、涌水量等;抗突涌穩定演算及減壓井布置和減壓設計;應急分析和應急預案設計;井點降水數值計算分析;地面沉降數值計算分析。

4 結語

天津市為沖洪積平原與海積平原，市區及郊區大部分面積為全新世地層，第四系松散土土質類型主要有粘性土、砂類土、黃土狀土、卵礫碎石土、淤泥及淤泥質土五種。天津市地下水在垂直方向上，可分為淺層地下水和深層地下水，共四個含水組。第Ⅰ含水組為淺層水，含水層底界深度一般在70 m以內，地層時代為全新統—上更新統，參與現代水循環，接受降水補給和蒸發排泄，水力特性為潛水或淺層承壓水。第Ⅰ含水組對基坑降水影響大，第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水組屬深層水，對工程建設基本無影響。基坑降水需要疏干基坑內儲水，為基坑開挖創造干式作業條件;降低坑底承壓含水層水頭，保證抗突涌穩定安全，避免滲流破壞;控制降水引起的面沉降，避免產生較大差異沉降。

[1]天津市地質礦產局.天津市地質環境圖集[M］.北京:地質出版社，2004.

[2]候 釗，陳 環，錢 征，等.天津軟土地基[M］.天津:天津科學技術出版社，1987.

[3]張咸恭，王思敬，張倬元，等.中國工程地質學[M］.北京:科學出版社，2000.

[4]梁多勝.深基坑支護與降水施工技術[J］.山西建筑，2011，37(1):63-64.