南京某深基坑工程围护-降水优化设计

许程

(镇江市勘察测绘研究院，江苏 镇江 212000)

南京某深基坑工程围护-降水优化设计

许程*

(镇江市勘察测绘研究院，江苏 镇江 212000)

通过建立三维模型对基坑降水过程进行了模拟，结果表明模型水文地质参数计算值与实际值较吻合，并进一步分析基坑围护与降水之间的关系，证实了基坑围护-降水一体化设计思路的可行性，为类似基坑工程设计提供了借鉴意义。关键词：基坑设计；地下水控制；环境变形

1 引 言

随着城市地下空间的开发，基坑工程呈现越来越深的趋势，而基坑施工过程中几乎不可避免遇到地下水问题，因此对于深基坑施工前进行专项降水试验变得尤为重要。

南京某基坑工程降水试验[1]有针对性地进行单井及群井降水试验，获取场区的基本水文地质参数，为基坑围护-降水设计提供了必要的依据。

为保证后期施工的安全有序进行，本文结合地下水渗流规律及基坑工程实际情况，利用有限元耦合含水层的水文地质参数，建立基坑施工阶段降水的三维渗流模型，分析基坑施工阶段在一定隔水边界条件下坑内降压对周边环境条件的影响以便确定合理的隔水帷幕深度。

2 降水模型设计

根据以下地下水渗流的数学模型建立工程场区的水文地质概念模型[2]，如图1、图2所示。

图1 有限元网格剖分平面图

图2 模型三维立体图

根据降水试验过程进行水文地质参数反演，耦合了含水层的渗透系数及各向异性等[3]，如图3、图4所示。

图3 参数反演对比分析

图4 参数反演相似度(98.7%)

3 降水设计分析

3.1 减压降水计算

场地承压含水层为②-4层粉砂、②-5层粉细砂构成的含水层组，其层顶埋深有一定起伏，如图5所示。

图5 承压含水层层顶埋深示意图

经基坑开挖水土压力平衡计算，基坑减压降水需视不同区域区别对待，如图6、表1所示。

图6 基坑减压降水分区图

基坑水土压力验算表 表1

3.2 降水方案设计

根据基坑渗流理论，止水帷幕插入含水层一定深度时可增加地下水渗流的绕流效应[4]，降低基坑内降水的难度，同时能有效地减小对基坑周边环境的影响。

根据降水设计原则[5]，降水方案确定 20 m的降压井间距以及 46 m(含水层顶埋深较浅区域)和 50 m(含水层顶埋深较深区域)的降压井深度，通过三维流理论计算不同止水帷幕深度(45 m、51 m、56 m、60 m)情况下的降水工况及其对周边环境的影响，如图7、图8所示。

图7 降压井平面布置图

图8 降压井三维立体图

3.3 降水方案分析

工况一(止水帷幕45 m)时，降水120天后满足施工要求，如图9～图11所示。

图9 基坑降水水头与时间关系图(工况一)

图10 基坑降水水位埋深等值线图(工况一)

图11 基坑降水周边环境沉降等值线图(工况一)

降水情况分析(工况一) 表2

工况二(止水帷幕51 m)时，降水120天后满足施工要求，如图12～图14、表3所示。

图12 基坑降水水头与时间关系图(工况二)

图13 基坑降水水位埋深等值线图(工况二)

图14 基坑降水周边环境沉降等值线图(工况二)

降水情况分析(工况二) 表3

工况三(止水帷幕56 m)时，降水120天后满足施工要求，如图15～图17、表4所示。

图15 基坑降水水头与时间关系图(工况三)

图16 基坑降水水位埋深等值线图(工况三)

图17 基坑降水周边环境沉降等值线图(工况三)

降水情况分析(工况三) 表4

工况四(止水帷幕60 m)时，降水120天后满足施工要求，如图18～图20、表5所示。

图18 基坑降水水头与时间关系图(工况四)

图19 基坑降水水位埋深等值线图(工况四)

图20 基坑降水周边环境沉降等值线图(工况四)

降水情况分析(工况四) 表5

为选取合适的止水帷幕方案，需对比以上4种方案的基坑总涌水量、降水所需配电功率和预估周边沉降数值，如表6、表7所示。

不同止水帷幕方案对比一览表(1) 表6

不同止水帷幕方案对比一览表(2) 表7

通过对比可知，随着止水帷幕深度的增加，基坑涌水量逐渐减小，基坑所需降水井数量减少，降水所需配电功率逐步降低。对于本工程，通过加深止水帷幕[6]可以降低基坑降水的风险和难度，从安全性角度考虑，方案三和方案四可优先考虑。

对比方案三(隔水帷幕深度 56 m)与方案四(隔水帷幕深度 60 m)，方案四降水对周边环境影响的预测沉降值最小，较方案三相差 4 mm～6 mm。考虑到超深地下连续墙的施工难度增大，施工成本增加，在满足经济、安全的前提下建议采用方案三(隔水帷幕 56 m)。

4 结 论

本文通过建立三维模型利用有限元耦合含水层的水文地质参数，按“围护-降水”一体化设计[7]的基坑设计思路，详细分析了基坑围护与降水之间的关联。

通过分析可知，止水帷幕的深度与基坑涌水量、基坑所需降水井数量、降水所需配电功率以及基坑周边产生的地面沉降量呈反向关联。因此，“围护-降水”一体化设计时应进行多方要素对比，从而使基坑设计与施工的经济、社会效益最大化。

[1] 许程. 南京某深基坑工程降水试验分析[J]. 城市勘测，2015(6).

[2] 薛禹群. 地下水动力学原理[M]. 北京：地质出版社，1989.

[3] 姚天强，石振华. 基坑降水手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 吴林高. 工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

[5] 吴林高，李国. 基坑工程降水案例[M]. 北京：人民交通出版社，2009.

[6] 陆建生. 悬挂式帷幕基坑地下水控制中的尺度效应[J]. 工程勘察，2015，43(1).

[7] 陆建生，崔永高，缪俊发. 基坑工程环境水文地质评价[J]. 地下空间与工程学报，2011，7(S1).

Optimization Design of Retaining and Dewatering of a Deep Foundation Pit in Nanjing

Xu Cheng

(Zhenjiang Urban Investigation and Surveying Institute，Zhenjiang 212000，China)

In this paper，a three-dimensional model was established to simulate the process of foundation pit dewatering. The results show that the calculated values of the model are in good agreement with the actual values. This paper analyzes the feasibility of the integrated design of foundation pit support and groundwater control，which provides a reference for similar foundation pit engineering design.

foundation pit design；groundwater control；environmental deformation

1672-8262(2017)02-150-05

TU46.3

A

2016—12—06

许程(1987—)，男，注册土木工程师(岩土)，主要从事岩土工程勘察设计工作。