地下水位对机场软土地基沉降的影响分析

白德勇

（四川省机场集团有限公司，四川 成都 610200）

在建的成都天府国际机场位于成都市简阳市，场区内的地下水主要为孔隙水和裂隙水。孔隙水赋存于第四系地层粉土与砂泥砾石层，裂隙水主要存在于砂岩、粉砂岩夹层。根据地下水的埋藏条件，可将场区附近范围地下水分为上层滞水、潜水与承压水。潜水主要为第四系地层松散堆积物的孔隙水及部分基岩风化裂隙水，而承压水则主要为中砂岩夹层的层间裂隙水。在水文勘察期间，场区地下水稳定水位埋藏深度1.1～6.3m，地下水位年变化幅度1.5～2.0m。

机场所在区域常年降雨比较丰富，年平均降雨量为900mm，年内降水时空分布不均，季节性明显，每年7月、8月降雨比较集中，降雨量分别能达到183mm和174mm。由于降水量及地下水资源丰富，在施工过程及工后运营中，场区内软土地基受地下水位的影响十分显著，需要研究地下水位变化与沉降之间的关系，为后续沉降预估与评判提供依据。

1 地下水位与软基沉降的关系

地下水是地壳中的重要水源，同时也是岩土三相中的重要组成部分。地下水在岩土中渗流会对土体的工程力学性质产生较大影响。水位是地下水的重要表征手段，地下水位的变化会使得地基土中的有效应力场发生变化，含水层孔隙水压力的减小必然引起底层厚度的压缩，从而引起地基土的沉降[1-2]。

国内外学者对由地下水位变化引起路基的沉降开展了相关研究。钱寿易等[3]将地下水渗流在含水层中以二维的条件进行模拟，地下水压缩用一维固结垂直模拟，进而提出了用于预测地下水和地面沉降关系的准三维模型。Chai等[4]假设了几种地下水位下降的情况，采用一维固结耦合分析法，预测了地面的沉降，结果较好。金玮泽等[5]通过理论计算分析，认为当地下水位回升至初始水位时，土基只发生部分回弹，存在部分残余沉降量。同时，孔隙度、渗透系数和弹性模量等参数对应地下水位的下降与回升的趋势，但是滞后于水位的变化。同时，研究人员也针对地下水开采引起的地面沉降做了大量研究，目前国内主要研究地域有北京、大同盆地、三江平原、黄河三角洲等地区[2]，认为地下水位的形状与地表的变形具有很好的一致性。在降水方面，地表的沉降变化与降水周期基本保持一致，降水过程中虽然会出现回弹，总体的沉降趋势是随着降水量增加而增加，最后趋于稳定。

2 工程实例

2.1 地质情况

场区内以浅丘宽谷地貌为主，地势东高西低，南高北低。区域内覆盖地层主要为第四系全新统人工填土层，包括第四系全新统冲洪积层、第四系全新统残破积层。其中，软弱土总方量约为2226.3万m3，沟谷软弱土2218.5万m3，独立水塘软弱土方量为7.8万m3。软土地基分布较广，对于整个场区沉降的影响较大。

2.2 水文条件

（1）降雨充沛。场区平均降雨量为836.2mm，常年降雨量在497.1～1267.4mm。（2）年内降水时空分布不均。场区降雨季节性明显，集中分布在每年的七八月份，平均降雨量分别为182.9mm和174.3mm。（3）年际降水量。根据统计数据，最小的降水量为497.1mm，最大降水量为1267.4mm。（4）降水量地域分布不均。场区降水量自西北和西南方向向中部递减；随高程的增加而增加。

2.3 传感器布设

（1）地下水位监测。地下水位监测埋设在地面以下或④-2层，埋设方法为一孔多点，沿孔竖向每2m埋设一个监测点，钻孔直径为110～130mm。监测传感器为基康BGK-4500SR型渗压计，适合在各种恶劣环境中使用。（2）地面沉降监测。选用沉降监测板、测杆进行沉降监测。观测采用二等水准观测，水准路线为支路线，观测点测站高差中误差≤±0.5mm。按二等水准精度进行监测。每1km水准测量高差中数偶然中误差±0.3mm。

3 数据分析

现场观测时间为2017年5月10日—2018年11月16日，总计时间约为一年半。观测间隔为6～10d，视施工及气候等条件而定。场区三个点位的地下水位观测值、沉降值及沉降速率的数据如图1～图3所示。

由于三个测点的地理位置不同，所以地下水位的变化存在一定的差异性。下面对这三个测点的水位与沉降变化规律进行分析：（1）第一测点由于降雨等气候原因，地下水位长时间保持着较高的状态，其沉降量也呈现出较为均匀的下降。沉降速率随着沉降量的增加而变慢。当地下水位由平稳的高水位状态急剧下跌时，沉降量与沉降速率同时呈现显著的加剧趋势。（2）第二测点的地下水位先是呈现平稳上升状态，同时沉降量与沉降速率变化都较为平稳。当水位下跌的时候，沉降量出现较为明显的陡变现象。（3）第三测点与第二测点类似，水位总体是上升的趋势，当中间水位有突然的下降时，沉降量与沉降速率均出现陡变现象。

图1 第一监测点数据

图2 第二监测点数据

图3 第三监测点数据

4 结论

根据目前对地下水位与软基沉降量研究的总结，同时结合成都地区机场场区18个月的地下水位与沉降量的观测数据进行分析，文章得到以下结论：（1）地下水位的曲线形状与地表的变形具有很好的一致性。地表的沉降变化与降水周期基本保持一致，降水过程中虽然会出现回弹，总体的沉降趋势是随着降水量增加而增加，最后趋于稳定。软土路基整体的沉降量随着时间的变化而变大，同时随着沉降量的增大，沉降速率变慢。（2）软基的沉降量与沉降速率对地下水位的变化较为敏感。当地下水位出现突变的时候，后两者会发生较为明显的随变效应。当地下水位变高，地基的沉降速度会变缓；当地下水位变低，地基的沉降速度会加剧。由于软基沉降对地下水位的敏感性，在实际工程中，需要对施工区域的水文气候条件进行科学的勘测，以规避和防范因此而造成的软基沉降。