群井抽水造成的地面沉降研究

韩 勇，焦志亮，李圃林 ，李 军，冯士伦，3

(1.中国市政工程华北设计研究总院，天津300074;2.天津市勘察院，天津300191;3.天津大学 建筑工程学院，天津300072)

1 引言

随着沿海城市建设的高速发展，各类用途的地下空间不断出现，造成了大量的基坑开挖，且规模和深度不断加大。沿海城市深大基坑工程由于地下水位高，基坑开挖时必须进行降水，而基坑降水往往造成基坑周边土体的竖向沉降变形，对周边环境产生影响。所以在基坑开挖前进行抽水试验来实测降低地下水位对地面沉降的影响程度，分析其影响因素，进而确定降水方案，指导基坑施工，具有非常重要的意义。许多学者通过抽水试验得到了很多有意义的科研成果。

刘颖［1］以天津站交通枢纽工程的抽水试验为例，通过对抽水试验过程的地面沉降进行监测和分析，对地面沉降机理进行了探讨。仵彦卿［2］等人通过对抽水引起周围地面沉降的机理分析，提出了分析抽水引起地下水水头压力变化、含水层颗粒迁移、含水层压缩和水体的膨胀的地下水运动方程。唐益群［3］等人通过研究某地铁车站开挖前(基坑开挖深度达28m)进行的抽水试验数据，指出地面沉降变化明显受分层沉降影响。第七承压层弹性释水一贮水过程反复进行，影响着地层沉降一回弹变化，且总体呈下降趋势。黎艺明［4］等人针对天津市某地铁车站群井抽水试验及地面沉降进行分析，为类似工程的设计、施工及风险控制提供了依据。

本文以天津市滨海新区某大型地铁枢纽站的抽水试验为背景，对该项目的抽水试验成果进行分析，以便为类似工程的设计和施工提供借鉴的依据。

2 场地概况

抽水试验场地地貌单元属堆积平原区中的海积－冲积低平原，类型单一。拟建大型地铁枢纽站开挖深达24m。场地的水文地质特征见表1。

表1 水文地质特征表

3 抽水试验设计

按照根据基坑开挖排水要求，群井抽水试验过程中第一微承压水的水头埋深应降至不小于地面下24m，降压时间不少于15d，同时观测降压井周边一定范围内的地面沉降和水位变化，直至地面沉降基本稳定，并根据观测数据预估降压降水对周边环境的影响。

试验群井中心范围布置承压含水层水位和潜水水位观测井，以获得承压水头坡降情况。为了解不同土层在抽水过程中的水位变化，设置在不同土层中的观测井均应采取措施与其它层隔离，确保观测井准确反映所观测层的水位变化情况。除部分微承压水观测井设置在试验区外，其余土层水位观测井均设置在试验井包围的区域。井位平面布置见图1。

为了解基坑降压降水对周边环境的影响，进行试验区地面的沉降观测，试验区布置地面沉降观测网点(观测范围90m×90m，观测点间距不大于10m)，以反映降压抽水试验期间的地面沉降情况。群井抽水试验沉降点布置示意图见图2，共布置133处沉降测点。在抽水试验前，埋设沉降标，并观测得初始值，抽水试验开始后，每天观测一次。

图1 井位平面布置示意图

图2 群井抽水试验沉降点分布示意图

4 地面沉降分析

由群井抽水试验引起的地表累计沉降最大点为41点(见图2正中间)，累计沉降为23.8mm。累计沉降最小点为X－60点(见图2左下角)，累计沉降为2.0mm。沉降值详见图3。

各沉降点平面沉降变化规律详见沉降等值线图4，三维立体分布规律详见图5(图中8为沉降标，其上部数字为群井抽水试验引起的累计沉降量，单位:mm)。

图3 群井抽水试验引起的各沉降观测点累计沉降量图

图4 群井抽水试验引起的各测点累计沉降等值线图

图5 群井抽水试验各测点累计沉降三维立体图

从观测数据来看，群井抽水试验对地面沉降影响较大，抽水结束时各点平均累计沉降量为9.1mm，试验井所围范围内(特别是试验区中心部位)累积沉降量相对较大，介于 13.2 ～23.8mm，平均 18.60mm。沉降点离抽水井越远，其累积沉降越小，沉降点离中心抽水井越近，其沉降越大，基坑降水过程使场区水位明显形成水位下降漏斗。在三周的抽水试验期间，未出现过抽水井被抽干的情况，说明此层微承压含水层水量丰富，施工期间需密切关注。

5 结语

本基坑工程开挖深度达24.0m，基坑降水过程使场区水位明显形成水位下降漏斗，基本与开采量呈正相关关系。同时也引起周围地层中的水头下降。水头下降降低了土层中的孔隙水压力，一部分原来由水所承担的上覆自重压力施加到土骨架上，引起有效应力增加，使土层压密，产生地面沉降。在三周的抽水试验期间，群井抽水试验对地面沉降影响很大，抽水结束时各点平均累计沉降量为9.1mm，试验井所围范围内沉降量相对较大，介于13.2～23.8mm，平均18.60mm，所以基坑降水开挖期间，需要控制单井的抽水量，尽量减少抽水对周边地面的影响。

［1］刘 颖.天津站交通枢纽工程抽水引起的地面变形研究［J］.天津建设科技，2007(1):27～28.

［2］仵彦卿，张建山，李 哲.基坑抽水引起周围地面沉降机理及防治措施［J］.岩土力学，2005，26(10):111 ～112.

［3］唐益群，赵陈鹏，朱雁飞，等.地铁车站抽水试验引起的地面沉降效应分析［J］.工程地质学报，2007(15):277～278.

［4］黎艺明，韦文慧，李 才.群井抽水试验及地面沉降分析在天津某地铁车站中的应用［J］.铁道建筑，2011(11):93～95.