天津市某建设项目基坑工程疏干抽排地下水影响分析

韩 芳

（天津市地质研究和海洋地质中心，天津300170）

本文以天津市河西区某建设项目为例，对基坑工程疏干抽排地下水对周边地下水水位和周边建筑物及道路地面沉降影响的合理性等进行探讨。 分析论证了建设项目基坑工程疏干抽排地下水对区域环境和第三方的影响。 根据分析论证结果判断其取用水合理性和可行性，并提出合理开采地下水资源，防止地面沉降的措施和建议。

1 工程概况

本工程拟建物西侧为两栋地上30 层高层住宅，两栋高层住宅中间为5 层的商业，中部南北两排7层的住宅楼，东侧地上为3 层低层住宅，拟建地下车库整体地下2 层，拟采用框架结构、桩基础。 基坑面积约10 000 m2，普遍开挖深度为9.7 m。

本基坑工程采用Φ850＠ 600 三轴搅拌桩作为止水帷幕，有效桩长23.0 m。 支护形式为SMW 工法桩＋两道钢筋混凝土内支撑的支护形式，基坑外围一道三轴搅拌桩止水帷幕将基坑封闭。

基坑内设大口井降水，共设计35 口井均布于坑内，采用坑内降水排水方案，降水深度在基坑底以下1.0 m，基坑外围设计潜水观测井10 口。

本基坑潜水含水层岩性可概化为素填土层（①2）、粉质黏土层（④1）、粉土层（④2）、粉质黏土层（⑥4）；第一承压含水层可概化为粉土层（⑧2）。工程采用封闭止水帷幕，并且深入到粉质黏土层（⑨1）中，在降水过程中，可有效阻断基坑内外潜水含水层和第一承压含水层的水平水力联系。

2 论证区域水文地质条件

本基坑工程论证对象为52.0 m 以浅的地层。论证区域属浅层地下水系统，岩层主要为多种岩性相间的结构，或者为上细下粗的双层结构。 地下水的补给来源主要为大气降水，排泄方式主要为蒸发。

根据工程勘察结果，论证区域含水层可以细分为潜水含水层、第一承压含水层以及第二承压含水层。

（1）潜水含水层。 主要指埋深约14.00 m 以上透水性较好的人工填土层（Qm1）、全新统上组陆相冲积层（Q43a1）粉质黏土（④1）及粉土（④2）层和全新统中组海相沉积层（Q42m）粉质黏土层（⑥4）。

（2）第一承压含水层。 主要指埋深约20.0～21.0 m 段透水性较好的全新统下组陆相冲积层（Q41a1）粉土层（⑧2）。

（3）第二承压含水层。 主要指埋深约38.0～48.0 m 段透水性较好的上更新统第三组陆相冲积层（Q3ca1）粉砂层（○12）。

（4）相对隔水层。 ①潜水含水层与第一承压含水层之间的相对隔水层： 主要指埋深约14. 00 ～20.00 m 段全新统下组沼泽相冲积层（Q4lh）粉质黏土（⑦）和全新统下组陆相冲积层（Q41a1）粉质黏土层（⑧1）；②第一承压含水层与第二承压含水层之间的相对隔水层：主要指埋深约21.0 ～38.0 m 段上更新统第五组陆相冲积层（ Q3ea1） 粉质黏土层（⑨1）和上更新统第三组陆相冲积层（Q3ca1） 粉质黏土层（○11）；③第二承压含水层之下的隔水底板：主要指埋深约48.0～52.0 m 段上更新统第三组陆相冲积层（Q3ca1）粉质黏土层（○13）。

3 取水影响论证

3.1 概念模型和边界处理

本次采用三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件VisualMODFLOW 对建设项目基坑抽排水情况进行数值模拟，建立概念模型，预测和计算基坑降水后，周边地下水水位降深和地面沉降量的变化，从而分析判断抽排地下水的合理性和可行性［1］。

综合考虑水文地质条件、勘察资料地层分布、基坑止水结构设计及降水井设计，确定本次模型范围为以基坑边界为中心，充分考虑基坑降水水资源论证影响范围与降水影响半径，概化为潜水含水层、潜水含水层和第一承压含水层之间的相对隔水层、第一承压含水层、第一承压含水层和第二承压含水层之间的相对隔水层、第二承压含水层以及其之下的隔水底板。 模型共划分为11 层（见图1 和表1）。

本基坑工程抽排水总工期为619 d，模拟时间共划分为13 个应力期。 根据以往本区域以及相关地区开展的水文地质工作资料，确定本次参与计算的水文地质参数。 降水主要取用含水层内的重力水体积，不计算大气降水补给量和蒸发排泄量。

图1 模型分层图

表1 模型分层表

3.2 对基坑周边地下水水位降深影响

在基坑工程抽排水过程中，可以看出：（1）水位降深随着降水时间的增长渐渐趋向于平缓；（2）止水帷幕附近水力梯度较大，水位降深同样较大（图2）。

在抽排水619 d 时，基坑地下水水位降落漏斗逐渐变大，地下水水位降深在0.0 ～0.62 m 之间（见图3）。 因此， 确定本基坑抽排水对水位的影响较小。

图3 基坑抽排水619d 周边地下水水位降深等值线图

3.3 对基坑周边地面沉降影响

首先通过模型导出基坑周边各点的水位降深值，然后采用分层总和法［2］，通过确定压缩层厚度，计算各层自重应力、附加应力、两者平均值和压缩量等，计算出基坑周边各点累计沉降量，最后绘制完成基坑抽排水引起的周边地面沉降等值线图［3］。

通过计算，在抽排水619 d 时，基坑地面沉降量在0.0～8.0 mm 之间（见图4）。 因此，确定本基坑抽排水对周边地面沉降的影响较小。

图4 基坑抽排水619 d 周边地面沉降等值线图

4 结论及建议

4.1 结论

基于VisualMODFLOW 软件，经过计算分析，本基坑抽排地下水引起的周边地下水水位最大降深为0.62 m，引起的最大地面沉降量为8.0 mm，对周边区域地下水水位和地面沉降的影响均较小，由此可确定，本基坑取用水合理可行。

4.2 建议

（1）天津地区软土分布较广，地下水水位较浅，基坑降水常会引起土中水含量和孔隙水压力变化，从而对周围环境的土体产生一定程度的影响。 因此，需要加强在基坑施工过程中对地下水水位、周边建筑物及临边道路的地面沉降的监控。

（2）建立模型，进行数值模拟，仅是针对基坑降水对周边区域地下水水位、周边建筑物及临边道路的地面沉降影响的预测，实际数据与预测结果可能会出现一定程度的差异，因此，还需要根据实际情况和实际监测结果对降水方案进行调整。

（3）在基坑开挖到设计标高时，应尽快封闭打垫层，尽量减少地下水的抽排量，严格控制工期，从而减少地面沉降的风险。