孙吴北大桥工程施工对地下水位的影响预测

刘新星，于 洋

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

桥梁工程基础施工会涉及到基坑开挖和基坑排水，基坑排水会对当地地下水流场产生强烈干扰，定量确定施工活动对地下水水位的影响是工程环境影响评价的基础型工作。

1 工程概况

项目全称是G202黑大公路孙吴段孙吴北大桥工程，建设性质为新建。孙吴北大桥老桥为日伪时期建造，1943年建成通车，是孙吴县县城内跨越逊别拉河的唯一通道。修建年代久远，存在极大的安全隐患，故此在原桥位下游480m处另选新址建桥，原桥则作为历史文物予以保留。

桥梁工程全长246m，与二级公路(G202)衔接，桥梁跨径组合为8×30m预应力混凝土简支转连续箱梁，全宽13.0m；桥墩采用厚度1.6m钢筋混凝土实体式墩身，φ1.8m钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。桥台采用钢筋混凝土肋板式桥台，φ1.2m钻孔灌注桩基础。

2 场地地下水含水层特征

基坑开挖涉及的含水层为松散层孔隙潜水，该含水层主要由卵石构成该层透水性及富水性较强，推荐渗透系数为0.1cm/s，即86.4m/d。含水层厚度约为5.0m，勘测期地下水位标高约214.6m，上覆有最大厚度<0.5m的粉质黏土，粉质黏土覆盖层厚度不一，并在局部缺失。孙吴北大桥水文地质剖面图，见图1。

3 基坑开挖概况

根据施工组织设计，首先进行围堰施工，使河水靠河流左岸通过，围堰保护右侧河床的施工场地不受河水浸泡，以便进行右侧桥台和右侧4个桥墩的基坑开挖和浇筑，待左侧桥台和桥墩基坑开挖和浇筑完毕后调整围堰，使河水靠右岸通过，围堰保护左侧河床及岸边施工场地不受河水浸泡，以便进行左侧桥台和左侧3个桥墩的基坑开挖和浇筑，待左侧桥台和桥墩基坑开挖和浇筑完工后，拆除围堰。

根据场地的地层展布情况，基坑开挖要清除厚度<0.5m的粉质黏土层和厚度约5.0m的卵石层，待开挖到泥岩层，再进行桩基础施工。根据桥台和桥墩的构造和施工需要，桥台基坑终坑时的水平截面为8.70m×6.00m，桥墩基坑终坑时的水平截面为11.05m×3.00m。

图1 孙吴北大桥水文地质剖面图

4 基坑排水影响半径的确定

虽然在地下水环境影响评价技术导则上有影响半径的经验数值可供利用，但在工程实际应用中，影响半径与含水层厚度、地下水降深关系密切，并非直接取决于含水层岩性，采用公式计算更接近实际情况。库萨金公式适用于计算松散含水层井群、基坑或矿山巷道抽水的潜水影响半径，本场地地下水属于松散层含水层潜水，故基坑排水影响半径的计算公式为：

R=2s(kH)0.5

(1)

式中：s为地下水降深，m；k为渗透系数，m/d；H为含水层厚度，m。

基坑穿越整个潜水含水层，地下水降深可采用含水层厚度，即5.0m，渗透系数采用推荐渗透系数1.0×10-1cm/s即86.40m/d，含水层厚度为5.0m。由计算得到影响半径R=207.85m[1-2]。

桥台和桥墩的基坑均为矩形，引用半径r0可利用公式r0=0.25η(a+b)进行计算。于桥台而言，b/a=6.00/8.70=0.69，相应的η值为1.18，故桥台的引用半径r0桥台=4.34m；同样，于桥墩而言b/a=3.00/11.05=0.27，相应的η值为1.14，故桥墩的引用半径r0桥墩=4.00m。进而可以得到桥台和桥墩的引用影响半径如下：R0桥台=212.19m，R0桥墩=211.85m。

5 地下水水位沉降区

当一个桥墩或桥台的基坑排水时，形成的地下水水位沉降区为圆形，当右岸桥台和右侧4个桥墩基坑同时排水时，各基坑排水效应叠加起来就形成了椭圆形地下水位沉降区。右侧桥台、桥墩排水时地下水位沉降区范围图，见图2。同样，右侧桥台桥墩浇筑完成，调整围堰后，左侧桥台和3个桥墩基坑同时排水时，也形成一个椭圆形的地下水沉降区。左侧桥台、桥墩排水时地下水位沉降区范围图，见图3。

图2 右侧桥台、桥墩排水时地下水位沉降区范围图

图3 左侧桥台、桥墩排水时地下水位沉降区范围图

由于桥台和桥墩基坑排水的最大影响半径为212.19m，沉降区边缘距离大桥的最大距离不会超过212.19m，沉降区的最大水位降深为5.0m，沉降区最大面积为15.0hm2。

6 结 论

基坑排水引起的两个地下水沉降区是相继出现的，当右侧桥台桥墩浇筑完毕，基坑的排水过程即终结，由于该含水层富水性好渗透系数大，这个沉降区会在短时间内恢复；然后，由于左侧桥台桥墩基坑排水才逐渐出现第2个地下水沉降区，同样道理，当排水过程终结后，第2个沉降区也会很快恢复。根据施工组织设计，这两个地下水水位沉降区的存续时间均约为2个月。

本工程施工会在短时间内导致相继出现两个地下水水位沉降区，但沉降区范围小，(最大面积为15.0hm2)，存续时间短(约1个月)，在水文地质单元尺度上讨论，这两个沉降区不具有区域意义，不会对区域地下水的补给、径流和排泄产生影响。地下水水位沉降区内没有村屯和水源地，地下水水位沉降区不会对居民及水源地供水构成影响。