长三角地区深基坑降水工程有限元模拟分析

王刚刚 史苏清

(1.中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063； 2.上海申通轨道交通研究咨询有限公司，上海 200070)



长三角地区深基坑降水工程有限元模拟分析

王刚刚1史苏清2

(1.中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063； 2.上海申通轨道交通研究咨询有限公司，上海 200070)

以昆山地区某基坑工程为例，通过建立三维有限元模型，对Visual MODFLOW在长三角地区基坑工程降水中的应用进行了模拟研究，并对比了回灌措施前后降水对周边环境的影响，为该地区类似的基坑降水工程提供参考。

长三角地区，Visual MODFLOW，基坑，降水，地质条件

0 引言

长三角地区为长江冲积平原，土层以粉质粘土、淤泥质粘土、砂性土为主，地下水埋深较浅，土壤含水量高，基坑开挖范围内合理地降水是该地区基坑开挖顺利进行的前提保障[1]。Visual MODFLOW是目前国际上最流行，并被多国认可的三维地下水流模拟的标准可视化专业软件系统，它包括输入模块、运行模块和输出模块三大既彼此联系又相对独立的模块[2]。

本文通过对昆山某基坑建立三维有限元模型，对Visual MODFLOW在长三角地区基坑降水中的应用效果和技术节点进行了研究分析，并通过对比回灌前后的周边沉降[3]给出了环境影响评价。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

该基坑工程位于江苏省昆山市经济技术开发区，基坑周长553 m，面积19 250 m2，开挖深度14 m，基坑安全等级为一级。周边环境情况见图1,表1。

表1 基坑周边环境情况一览表

方位围护边线到红线的距离/m环境情况备注东侧3．5～9．51)东侧为道路，路宽16m，距围护边线最近约24．1m；2)东南角为在建的暗涵，暗涵紧靠红线，埋深约4．5m保护对象：道路及地下管线北侧8．5～9．9北侧为在建的道路，路宽40m，距围护边线最近约15．5m保护对象：道路及地下管线西侧6．0～15．3西侧为规划路，目前为空地—南侧5．9～6．1南侧为规划路，目前为空地—

1.2 水文地质条件

地表水及地下水情况：

1)地表水，经现场踏勘及建设单位提供的老地形图表明，场地无地表水出露。

2)潜水，主要为赋存于浅部填土中，对本工程基础设计和基坑施工有直接影响，其补给来源主要为大气降水及地表径流。潜水位埋深随季节、气候、降水量、地表水、潮汐等因素而有所变化。本工程勘察期间完成的钻孔中，地下水埋深约为0.80 m～1.50 m，相应绝对高程为0.15 m～1.48 m。

3)承压水，根据昆山地区经验，浅部微承压水位及深部承压水位均低于潜水位，年呈周期性变化，场地内第⑤层粉(砂)性土层为第一承压含水层。工程勘察期间，选两个有代表性的勘察孔测量微承压水的水位，用套管法隔断潜水后，实测得两孔的微承压水稳定水位埋深分别为1.50 m，1.70 m，标高分别为0.98 m，0.45 m。微承压水富水性及透水性良好，主要补给来源为浅部地下水的垂直入渗及地下水的侧向径流，以民井抽取及地下水侧向径流为主要排泄方式。

地质条件：

本工程地质层根据勘察报告成果可分为5个地质层，其中第②层、第⑤层根据其物理力学特征又可以分为若干个亚层。相关土层的分层情况及各层物理力学参数见图2，表2。

表2 土层物理力学参数成果表

2 有限元模型的建立及计算结果分析

2.1 三维立体模型建立

以本基坑为中心，选定1 500 m×1 500 m的区域为建模区域，设定网格尺寸25 m×25 m,基坑及周边环境区域网格尺寸加密至2 m×2 m。模型底部设定在⑤2层粉砂层层底，建模深度36.9 m，为合理减小计算量，将渗透系数相近的土层合并，合并后模型共分4层。用厚1 m，渗透系数1E-8的阻隔墙模拟隔水帷幕。降水井滤管标高设置为-17.5 m～-20.0 m，单井出水量设定20 m3/d，单井回灌量设定10 m3/d，模拟降水时间为7 d。初始水位设定为-0.5 m。降水井平面布置见图3，剖面图见图4。

2.2 计算结果分析

初次模拟关闭回灌井，打开降水井，模拟结果如图5所示，坑内整体水位下降至-15 m时，坑外周边环境水位下降较大，约下降8 m～10 m，对已建道路及建筑物有较大的影响。

再次模拟同时打开降水井和回灌井，模拟结果如图6所示，当基坑内整体水位下降至-15 m左右时，北侧及东侧坑外水位下

降约4 m～5 m，周边环境的沉降影响在合理范围以内。实际施工期间现场观察监测井水位发现，坑内水位下降至-15 m时北侧及东侧坑外水位下降约4.5 m，沉降监测值也在合理范围内，与模拟结果基本一致。

3 结论

1)利用Visual MODFLOW模拟长三角地区深基坑的降水及回灌方法可行，结果精确。2)对于采用悬挂式隔水帷幕的基坑工程，在坑内降水时会对周边环境造成较大影响，通过设置回灌井的方式可以有效解决周边环境沉降过大的问题。3)坑外回灌会对坑内降水造成一定的负面影响，回灌井的布置位置、密度及回灌量的多少有待进一步研究。

[1] 俞建霖,龚晓南.基坑工程地下水回灌系统的设计与应用技术研究[J].建筑结构学报,2001,22(5):70-74.

[2] 丁继红,周德亮,马生忠.国外地下水模拟软件的发展现状与趋势[J].勘察科学技术,2002(1):37-42.

[3] 黄应超，徐杨青.深基坑降水与回灌过程的数值模拟分析[J].岩土工程学报，2014,36(S2):299-303.

Finite element simulation analysis of deep foundation pit dewatering in the Yangtze River Delta region

Wang Ganggang1Shi Suqing2

(1.ChinaShipbuildingIndustryInsitituteofEngineeringInvestigationandDesignCo.,Ltd,Shanghai200063,China; 2.ShanghaiShentongRailResearch&ConsultancyCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

Taking a foundation pit engineering in Kunshan area as an example, through the establishment of three-dimensional finite element model, this paper made simulation research on application of Visual MODFLOW in foundation pit engineering precipitation in the Yangtze River Delta region, and compared the influence of precipitation before and after recharge measures to surrounding environment, provided reference for similar foundation pit in the area.

Yangtze River Delta region, Visual MODFLOW, foundation pit, dewatering, geological condition

1009-6825(2017)14-0079-02

2017-03-02

王刚刚(1989- )，男，助理工程师； 史苏清(1990- )，男，助理工程师

TU463

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