潮汐作用对海积淤泥地层深基坑影响研究

孙海枫 牛勇 袁顺德

1.中铁西南科学研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇岛市市政工程建设项目管理有限公司，河北 秦皇岛 066004

潮汐作用对海积淤泥地层深基坑影响研究

孙海枫1牛勇2袁顺德1

1.中铁西南科学研究院有限公司 四川 成都 610031；2.秦皇岛市市政工程建设项目管理有限公司，河北 秦皇岛 066004

近些年随着国民经济发展，在我国沿海海积淤泥地区，大量建筑物在此修建，出现了很多位于海积淤泥地段修建的深基坑。而由于此海积淤泥地区大多位于滨海地段，潮汐海平面的周期性涨落对滨海地下水系统产生影响，从而对深基坑支护结构受力以及变形产生影响。本文采用FLAC3D完全流固耦合模型计算，对潮汐引起深基坑受力变形进行研究，为在海湾海积淤泥地区深基坑设计与施工考虑潮汐影响提供借鉴。

海积淤泥区；深基坑降水；潮汐；完全流固耦合

1 前言

一般海积淤泥地区都靠近海岸，会受到海洋潮汐作用影响。在深基坑降水后施工过程中、施工结束后都可能因潮汐影响导致滨海地下水位变化，可能引起海水倒灌，从而改变地下水系统。本文依托深圳地铁前海湾站深基坑项目，着重从工后潮汐作用进行研究，既考虑到潮汐时间性，又要考虑潮汐作用空间性，通过现场实测资料与数值模拟计算结果对照，并在建模时分别建立水平范围取地下连续墙外侧不同距离外不同潮作用时间的影响，对潮汐引起深基坑受力变形进行研究。

2 潮汐影响

本文中潮汐特指海洋潮汐，是指海水规律性地涨落现象。潮汐现象包括潮位升降和潮流涨退两个内容。潮汐现象最显著的特点是有明显的规律性，其实质上是一种长周期的波动现象，变化周期大约为半天(半日潮)或者一天(全日潮)；在一个周期中，升降、涨落并不是均匀的，而是时快时慢。高潮过后，潮位缓慢下降，降到高、低潮中间时刻附近，下降得最快，然后又减慢，直到发生低潮为止。低潮过后，潮位又缓慢上升，至半潮面附近，上升速度最快，而后又减慢，直至发生高潮为止，接着又落潮，潮水就是这样周期性地循环涨落。在本文中，主要模拟一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮的全日潮[1]时海水回灌对基坑及其周边的影响。

3 模型计算

本文在数值模型中沙滩倾角假定为直角，潮汐振幅A=1.0m，周期T=12h，平均海平面H=70m，其他计算参数同前面章节，运行数值模型，计算出内陆不同点（距海岸50m、55m、60m）地下水水位随时间变化的关系如图所示。与完全对称的潮汐海平面边界（正弦波）比是不对称的，而且随着向陆地距离的增加而逐渐变弱。在同一时刻，在不同的水平距离处，振动存在相位差，后一点地下水水位的振动总是滞后于前一点，随着波不断地向内陆传播，地下水水位振动幅度随着向陆地距离的推进而逐渐衰减。

通过观察图1,图2可以得出在海积淤泥地区，随着距离海岸距离的增大，潮汐影响降低，愈靠近海岸影响愈大；潮汐振幅变化对地层孔隙水压力的增量在距海岸30m范围内影响明显，距海岸距离越近，孔隙水压力变化越明显，当在距海岸大于30m时振幅变化所产生的影响可忽略。图2分别模拟在潮汐振幅A=1.0m、2.0 m、3.0 m时，在正弦波的潮汐作用72h后，对近海地层孔隙水压力影响。计算后提取近海处不同位置孔隙水压力变化值，如图3。

由距离海岸30m内孔隙水压力增量与潮高关系可以得到当距海岸距离不同时，孔隙水压力变化与潮汐振幅的关系式：

考虑到具体情况，为找出潮汐对基坑维护结构的影响，本文将取左侧基坑外侧距海岸X=50m进行计算，计算模型如图4。

数值模拟计算后，取近海处连续墙分析，连续墙向坑内侧位移为正，用潮汐前作用在墙后主动土压力减去潮汐后墙后主动土压力，如图5，潮汐作用过后作用在连续墙后主动土压力变化与墙体位置有关，在模型66m～72m主动土压力降低，在海平面1m以下，即模型内69m处降低最大达7 kPa，而在模型66m以下，主动土压力则明显增大，最大增大值近25kPa,通过观察可以发现，这是因为在进行基坑降水后，墙后地下水位下降，而在潮汐作用后，潮汐在这里起到回灌作用因海水补给而使墙后地下水位上升。

4 结论

因潮汐随时间变化十分明显，所以在模拟时分别模拟在涨潮不同时间段内对结构的影响，可以观察到，海积淤泥地区潮汐对连续墙的影响24h后基本就已经完成，而后潮汐对结构的影响就变得十分小。因此可以断定如果只从纯工程角度出发，在进行基坑降水后，若基坑外地下水还没有完成补给，此时发生潮汐可以减小作用在维护结构上主动土压力，同时地下连续墙变形也有微小变化，连续墙变形在潮汐作用过后最多减小了4mm左右，因此在海积淤泥地区近距离（X<70m）发生潮汐是有益的，而如果距离海岸超过70m，则潮汐作用可以不计。

参考资料

[1]陈宗铺.潮汐学[M].北京：科学出版社.1980

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.008

孙海枫，出生年月，1981.9,性别，男，籍贯，黑龙江大庆市，学历，硕士研究生，职称，助理工程师，从事专业，从事隧道病害整治、深基坑降水及开挖影响等科研工作。