天津市承压水分布及对深基坑工程影响分析

史华伟

1 天津市各区工程地质

天津市地处燕山山地向滨海平原过渡地带，从10万年前至今的期间内，曾有三次海进和海退，最后一次海退距今约5000年左右，历次海进海退形成数道贝壳堤。地貌主要以堆积平原为主，占全市面积93%以上，蓟县北部有部分山地丘陵，塘沽、汉沽为海岸潮间带。

天津市第四系分布广，厚度大，可分为更新统与全新统。市区及郊区大部分面积为全新世地层。

南部广大平原区根据地貌形态和成因可分为:山前冲洪积倾斜平原、洪冲积平原、冲积平原、海积冲积低平原及海积低平原。平原区广布第四系松散层，平原区北部(宝坻断裂以北)第四系厚为数米至300 m，平原区南部(宝坻断裂以南)及滨海地区第四系厚300 m～450 m，第四系松散土土质类型主要有粘性土(粘土、粉质粘土、粉土)、砂类土、黄土状土、卵砾碎石土、淤泥及淤泥质土五种类型。其中和工程密切相关的主要是埋深100 m范围内的土层。

以五种土质类型为基本单元，根据垂向的变化组合关系，并考虑平原区浅层(30 m左右)，上下为陆相层，中间为海相层的沉积相变关系划分出单层、双层和多层结构三种类型，宝坻断裂以北的山前平原为粘性土—砂类土的双层结构，宝坻断裂以南平原区及滨海地区为多层结构，只有局部受河流影响地段出现了双层结构。

2 各区承压含水层分布及水头

天津市地下水在垂直方向上，可分为浅层地下水和深层地下水，共四个含水组。

第Ⅰ含水组为浅层水，含水层底界深度一般在70 m以内，地层时代为全新统—上更新统，参与现代水循环，接受降水补给和蒸发排泄，水力特性为潜水或浅层承压水。

深层地下水包括第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水组，分别相当于中更新统、下更新统上段和下更新统下段，底界深度分别在180 m～220 m，290 m～310 m，370 m～430 m，以细粒砂和粘性土互层为主，水力特性为高水头承压水，与浅层水之间有稳定的隔水层或较厚的弱透水层，不参与现代水循环，多为古沉积水，主要接受微弱的侧向补给和上部含水层的越流补给，在开采量中，弹性释水量和弱透水层压密释水量占很大比重。

浅层水水位埋深比较浅，多为1 m～2 m或2 m～3 m，最深至埋深5 m;而第Ⅱ含水组承压水水位基本位于-20 m之下，在汉沽、塘沽、静海、北辰等用水比较集中的地区，水位甚至在-50 m～-80 m，市区内由于控制对第Ⅱ含水组的开采使水位今年有所恢复。

第Ⅱ含水组承压水地层位于埋深约80 m之下，而一半地下工程开挖深度在40 m之内，影响深度约80 m之上，岩土工程施工难以影响到此含水组;且其水位高度因在-20 m之下，也难以对工程造成突涌等威胁，所以一般基坑工程或隧道工程等地下工程基本不必考虑第Ⅱ含水组承压水的影响。第Ⅲ，Ⅳ含水组对地下工程基本无影响。地下工程所受地下水的影响主要来自于浅层地下水，即底界深度在70 m以上、水位埋深在5 m以上的第Ⅰ含水组。

天津市地下水系统可划分为两个区，宝坻断裂以北为蓟运河地下水系统区，宝坻断裂以南平原区为海河—潮白河地下水系统区。

平原区浅层水单井用水量在100 m3/d～500 m3/d范围或100 m3/d以下，目前市区内数个工程现场抽水试验最大单井用水量在120 m3/d。

浅层水埋藏较浅，主要接受降水、河渠渗漏和灌溉回归水的入渗补给，主要通过蒸发和开采排泄。山前平原区含水层颗粒粗，地下水径流条件好，水位动态稳定，年变幅1.0 m～2.5 m，表现为渗入—径流—开采型动态。南部平原区浅层水径流条件差，水力坡度一般为0.1‰～0.5‰，河流、洼淀、水库等地表水体往往是浅层地下水的局部排泄带，在汛期河流补给地下水，地下水总体流向渤海湾，渤海湾是浅层水最终排泄带，地下水动态多处于自然状态，属于渗入—蒸发型动态特征，多年动态变化较小。

塘沽区地下埋深约40 m处有一层分布广泛的粉砂层，之上全部为粘土层，这一粉砂含水层在地下工程施工中会形成承压性。天津市区及近郊则在埋深约20 m处即出现粉砂和细砂层，之下还断续出现粉砂—粘土互层。粘性土含水量大、压缩性高、渗透系数小并具有迟滞效应，使得排水施工更加困难，理论分析更加复杂。

3 基坑降水工程问题

基坑降水工程的主要目的是为了疏干基坑内土层含水以能够干式作业，同时对于承压水需要保证抗突涌稳定安全，以及避免管涌、流砂等渗流破坏。所以对于某些承压含水层需要采取降水减压措施，而减压会导致土体粒间有效应力增加产生沉降，尤其对于施工现场附近具有对沉降敏感的地下管线或高层建筑等时，如何既能保证安全减压，又能良好控制沉降，成为一个具有难度的课题。

为此要着手从以下课题展开研究:水文地质模型识别即含水层类型判定;含水层水文地质参数反演;井点降水设计，包括井数、井距、涌水量等;抗突涌稳定演算及减压井布置和减压设计;应急分析和应急预案设计;井点降水数值计算分析;地面沉降数值计算分析。

4 结语

天津市为冲洪积平原与海积平原，市区及郊区大部分面积为全新世地层，第四系松散土土质类型主要有粘性土、砂类土、黄土状土、卵砾碎石土、淤泥及淤泥质土五种。天津市地下水在垂直方向上，可分为浅层地下水和深层地下水，共四个含水组。第Ⅰ含水组为浅层水，含水层底界深度一般在70 m以内，地层时代为全新统—上更新统，参与现代水循环，接受降水补给和蒸发排泄，水力特性为潜水或浅层承压水。第Ⅰ含水组对基坑降水影响大，第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水组属深层水，对工程建设基本无影响。基坑降水需要疏干基坑内储水，为基坑开挖创造干式作业条件;降低坑底承压含水层水头，保证抗突涌稳定安全，避免渗流破坏;控制降水引起的面沉降，避免产生较大差异沉降。

[1]天津市地质矿产局.天津市地质环境图集[M］.北京:地质出版社，2004.

[2]候 钊，陈 环，钱 征，等.天津软土地基[M］.天津:天津科学技术出版社，1987.

[3]张咸恭，王思敬，张倬元，等.中国工程地质学[M］.北京:科学出版社，2000.

[4]梁多胜.深基坑支护与降水施工技术[J］.山西建筑，2011，37(1):63-64.