潮汐作用對海積淤泥地層深基坑影響研究

孫海楓 牛勇 袁順德

1.中鐵西南科學研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇島市市政工程建設項目管理有限公司，河北 秦皇島 066004

潮汐作用對海積淤泥地層深基坑影響研究

孫海楓1牛勇2袁順德1

1.中鐵西南科學研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇島市市政工程建設項目管理有限公司，河北 秦皇島 066004

近些年隨著國民經濟發展，在我國沿海海積淤泥地區，大量建筑物在此修建，出現了很多位于海積淤泥地段修建的深基坑。而由于此海積淤泥地區大多位于濱海地段，潮汐海平面的周期性漲落對濱海地下水系統產生影響，從而對深基坑支護結構受力以及變形產生影響。本文采用FLAC3D完全流固耦合模型計算，對潮汐引起深基坑受力變形進行研究，為在海灣海積淤泥地區深基坑設計與施工考慮潮汐影響提供借鑒。

海積淤泥區；深基坑降水；潮汐；完全流固耦合

1 前言

一般海積淤泥地區都靠近海岸，會受到海洋潮汐作用影響。在深基坑降水后施工過程中、施工結束后都可能因潮汐影響導致濱海地下水位變化，可能引起海水倒灌，從而改變地下水系統。本文依托深圳地鐵前海灣站深基坑項目，著重從工后潮汐作用進行研究，既考慮到潮汐時間性，又要考慮潮汐作用空間性，通過現場實測資料與數值模擬計算結果對照，并在建模時分別建立水平范圍取地下連續墻外側不同距離外不同潮作用時間的影響，對潮汐引起深基坑受力變形進行研究。

2 潮汐影響

本文中潮汐特指海洋潮汐，是指海水規律性地漲落現象。潮汐現象包括潮位升降和潮流漲退兩個內容。潮汐現象最顯著的特點是有明顯的規律性，其實質上是一種長周期的波動現象，變化周期大約為半天(半日潮)或者一天(全日潮)；在一個周期中，升降、漲落并不是均勻的，而是時快時慢。高潮過后，潮位緩慢下降，降到高、低潮中間時刻附近，下降得最快，然后又減慢，直到發生低潮為止。低潮過后，潮位又緩慢上升，至半潮面附近，上升速度最快，而后又減慢，直至發生高潮為止，接著又落潮，潮水就是這樣周期性地循環漲落。在本文中，主要模擬一個太陰日內只有一次高潮和一次低潮的全日潮[1]時海水回灌對基坑及其周邊的影響。

3 模型計算

本文在數值模型中沙灘傾角假定為直角，潮汐振幅A=1.0m，周期T=12h，平均海平面H=70m，其他計算參數同前面章節，運行數值模型，計算出內陸不同點（距海岸50m、55m、60m）地下水水位隨時間變化的關系如圖所示。與完全對稱的潮汐海平面邊界（正弦波）比是不對稱的，而且隨著向陸地距離的增加而逐漸變弱。在同一時刻，在不同的水平距離處，振動存在相位差，后一點地下水水位的振動總是滯后于前一點，隨著波不斷地向內陸傳播，地下水水位振動幅度隨著向陸地距離的推進而逐漸衰減。

通過觀察圖1,圖2可以得出在海積淤泥地區，隨著距離海岸距離的增大，潮汐影響降低，愈靠近海岸影響愈大；潮汐振幅變化對地層孔隙水壓力的增量在距海岸30m范圍內影響明顯，距海岸距離越近，孔隙水壓力變化越明顯，當在距海岸大于30m時振幅變化所產生的影響可忽略。圖2分別模擬在潮汐振幅A=1.0m、2.0 m、3.0 m時，在正弦波的潮汐作用72h后，對近海地層孔隙水壓力影響。計算后提取近海處不同位置孔隙水壓力變化值，如圖3。

由距離海岸30m內孔隙水壓力增量與潮高關系可以得到當距海岸距離不同時，孔隙水壓力變化與潮汐振幅的關系式：

考慮到具體情況，為找出潮汐對基坑維護結構的影響，本文將取左側基坑外側距海岸X=50m進行計算，計算模型如圖4。

數值模擬計算后，取近海處連續墻分析，連續墻向坑內側位移為正，用潮汐前作用在墻后主動土壓力減去潮汐后墻后主動土壓力，如圖5，潮汐作用過后作用在連續墻后主動土壓力變化與墻體位置有關，在模型66m～72m主動土壓力降低，在海平面1m以下，即模型內69m處降低最大達7 kPa，而在模型66m以下，主動土壓力則明顯增大，最大增大值近25kPa,通過觀察可以發現，這是因為在進行基坑降水后，墻后地下水位下降，而在潮汐作用后，潮汐在這里起到回灌作用因海水補給而使墻后地下水位上升。

4 結論

因潮汐隨時間變化十分明顯，所以在模擬時分別模擬在漲潮不同時間段內對結構的影響，可以觀察到，海積淤泥地區潮汐對連續墻的影響24h后基本就已經完成，而后潮汐對結構的影響就變得十分小。因此可以斷定如果只從純工程角度出發，在進行基坑降水后，若基坑外地下水還沒有完成補給，此時發生潮汐可以減小作用在維護結構上主動土壓力，同時地下連續墻變形也有微小變化，連續墻變形在潮汐作用過后最多減小了4mm左右，因此在海積淤泥地區近距離（X<70m）發生潮汐是有益的，而如果距離海岸超過70m，則潮汐作用可以不計。

參考資料

[1]陳宗鋪.潮汐學[M].北京：科學出版社.1980

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.008

孫海楓，出生年月，1981.9,性別，男，籍貫，黑龍江大慶市，學歷，碩士研究生，職稱，助理工程師，從事專業，從事隧道病害整治、深基坑降水及開挖影響等科研工作。