天津市某建設項目基坑工程疏干抽排地下水影響分析

韓 芳

（天津市地質研究和海洋地質中心，天津300170）

本文以天津市河西區某建設項目為例，對基坑工程疏干抽排地下水對周邊地下水水位和周邊建筑物及道路地面沉降影響的合理性等進行探討。 分析論證了建設項目基坑工程疏干抽排地下水對區域環境和第三方的影響。 根據分析論證結果判斷其取用水合理性和可行性，并提出合理開采地下水資源，防止地面沉降的措施和建議。

1 工程概況

本工程擬建物西側為兩棟地上30 層高層住宅，兩棟高層住宅中間為5 層的商業，中部南北兩排7層的住宅樓，東側地上為3 層低層住宅，擬建地下車庫整體地下2 層，擬采用框架結構、樁基礎。 基坑面積約10 000 m2，普遍開挖深度為9.7 m。

本基坑工程采用Φ850＠ 600 三軸攪拌樁作為止水帷幕，有效樁長23.0 m。 支護形式為SMW 工法樁＋兩道鋼筋混凝土內支撐的支護形式，基坑外圍一道三軸攪拌樁止水帷幕將基坑封閉。

基坑內設大口井降水，共設計35 口井均布于坑內，采用坑內降水排水方案，降水深度在基坑底以下1.0 m，基坑外圍設計潛水觀測井10 口。

本基坑潛水含水層巖性可概化為素填土層（①2）、粉質黏土層（④1）、粉土層（④2）、粉質黏土層（⑥4）；第一承壓含水層可概化為粉土層（⑧2）。工程采用封閉止水帷幕，并且深入到粉質黏土層（⑨1）中，在降水過程中，可有效阻斷基坑內外潛水含水層和第一承壓含水層的水平水力聯系。

2 論證區域水文地質條件

本基坑工程論證對象為52.0 m 以淺的地層。論證區域屬淺層地下水系統，巖層主要為多種巖性相間的結構，或者為上細下粗的雙層結構。 地下水的補給來源主要為大氣降水，排泄方式主要為蒸發。

根據工程勘察結果，論證區域含水層可以細分為潛水含水層、第一承壓含水層以及第二承壓含水層。

（1）潛水含水層。 主要指埋深約14.00 m 以上透水性較好的人工填土層（Qm1）、全新統上組陸相沖積層（Q43a1）粉質黏土（④1）及粉土（④2）層和全新統中組海相沉積層（Q42m）粉質黏土層（⑥4）。

（2）第一承壓含水層。 主要指埋深約20.0～21.0 m 段透水性較好的全新統下組陸相沖積層（Q41a1）粉土層（⑧2）。

（3）第二承壓含水層。 主要指埋深約38.0～48.0 m 段透水性較好的上更新統第三組陸相沖積層（Q3ca1）粉砂層（○12）。

（4）相對隔水層。 ①潛水含水層與第一承壓含水層之間的相對隔水層： 主要指埋深約14. 00 ～20.00 m 段全新統下組沼澤相沖積層（Q4lh）粉質黏土（⑦）和全新統下組陸相沖積層（Q41a1）粉質黏土層（⑧1）；②第一承壓含水層與第二承壓含水層之間的相對隔水層：主要指埋深約21.0 ～38.0 m 段上更新統第五組陸相沖積層（ Q3ea1） 粉質黏土層（⑨1）和上更新統第三組陸相沖積層（Q3ca1） 粉質黏土層（○11）；③第二承壓含水層之下的隔水底板：主要指埋深約48.0～52.0 m 段上更新統第三組陸相沖積層（Q3ca1）粉質黏土層（○13）。

3 取水影響論證

3.1 概念模型和邊界處理

本次采用三維地下水流和溶質運移模擬評價的標準可視化專業軟件VisualMODFLOW 對建設項目基坑抽排水情況進行數值模擬，建立概念模型，預測和計算基坑降水后，周邊地下水水位降深和地面沉降量的變化，從而分析判斷抽排地下水的合理性和可行性［1］。

綜合考慮水文地質條件、勘察資料地層分布、基坑止水結構設計及降水井設計，確定本次模型范圍為以基坑邊界為中心，充分考慮基坑降水水資源論證影響范圍與降水影響半徑，概化為潛水含水層、潛水含水層和第一承壓含水層之間的相對隔水層、第一承壓含水層、第一承壓含水層和第二承壓含水層之間的相對隔水層、第二承壓含水層以及其之下的隔水底板。 模型共劃分為11 層（見圖1 和表1）。

本基坑工程抽排水總工期為619 d，模擬時間共劃分為13 個應力期。 根據以往本區域以及相關地區開展的水文地質工作資料，確定本次參與計算的水文地質參數。 降水主要取用含水層內的重力水體積，不計算大氣降水補給量和蒸發排泄量。

圖1 模型分層圖

表1 模型分層表

3.2 對基坑周邊地下水水位降深影響

在基坑工程抽排水過程中，可以看出：（1）水位降深隨著降水時間的增長漸漸趨向于平緩；（2）止水帷幕附近水力梯度較大，水位降深同樣較大（圖2）。

在抽排水619 d 時，基坑地下水水位降落漏斗逐漸變大，地下水水位降深在0.0 ～0.62 m 之間（見圖3）。 因此， 確定本基坑抽排水對水位的影響較小。

圖3 基坑抽排水619d 周邊地下水水位降深等值線圖

3.3 對基坑周邊地面沉降影響

首先通過模型導出基坑周邊各點的水位降深值，然后采用分層總和法［2］，通過確定壓縮層厚度，計算各層自重應力、附加應力、兩者平均值和壓縮量等，計算出基坑周邊各點累計沉降量，最后繪制完成基坑抽排水引起的周邊地面沉降等值線圖［3］。

通過計算，在抽排水619 d 時，基坑地面沉降量在0.0～8.0 mm 之間（見圖4）。 因此，確定本基坑抽排水對周邊地面沉降的影響較小。

圖4 基坑抽排水619 d 周邊地面沉降等值線圖

4 結論及建議

4.1 結論

基于VisualMODFLOW 軟件，經過計算分析，本基坑抽排地下水引起的周邊地下水水位最大降深為0.62 m，引起的最大地面沉降量為8.0 mm，對周邊區域地下水水位和地面沉降的影響均較小，由此可確定，本基坑取用水合理可行。

4.2 建議

（1）天津地區軟土分布較廣，地下水水位較淺，基坑降水常會引起土中水含量和孔隙水壓力變化，從而對周圍環境的土體產生一定程度的影響。 因此，需要加強在基坑施工過程中對地下水水位、周邊建筑物及臨邊道路的地面沉降的監控。

（2）建立模型，進行數值模擬，僅是針對基坑降水對周邊區域地下水水位、周邊建筑物及臨邊道路的地面沉降影響的預測，實際數據與預測結果可能會出現一定程度的差異，因此，還需要根據實際情況和實際監測結果對降水方案進行調整。

（3）在基坑開挖到設計標高時，應盡快封閉打墊層，盡量減少地下水的抽排量，嚴格控制工期，從而減少地面沉降的風險。