市政公用建设霉囊Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｐｕｂｌｉｃ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２０１２ Ｎ０．４ 深基坑降水对周边环境产生影响的 主要因素分析 口文／刘伟莉 摘要：结合天津市某地铁深基坑工程实例，对在深基坑降水过程中对周边环境产生影 响的主要因素进行分析探讨，提出了深基坑降水应注意的问题。 关键词：深基坑；降水；环境；影响 随着城市建设的迅猛发展，各类用途的地下空间 降低承压水的水头差，可以减少承压水对基坑坑底的 已在各大中城市陆续得到开发利用，诸如高层建筑多 层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下商 场、地下仓库、地下人防工事以及各种地下民用和工业 设施等。深基坑工程已日渐为人们所熟知，城市深基坑 工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、 地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技 术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍 有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的 建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。 其中深基坑降水又是基坑开挖过程中最常用的方法之 一。在实际工程中，由于降水不慎造成支护工程的失败 或造成周边严重的环境问题的实例屡见不鲜。 天津市地下水埋深较浅、水量丰富，要确保深基坑 的顺利开挖，必须处理好地下水问题。目前，主要解决 的方法一是“堵”，即在支护结构外侧，设置防渗墙；二 是“引”，即采用抽取地下水，降低地下水头。“堵”的方 法费用较高且一但防渗墙出现失效或产生管涌，补救 工作十分困难；而“引”的方法可能对周边环境造成不 良影响，使邻近建筑物开裂，地面下沉等。因此，降水引 起的环境问题对深基坑工程尤为重要，必须对其进行 深入地分析和研究。 １降水对周边环境产生影响的主要因素 在基坑开挖期问，坑内地下水位必然低于四周，周 围地下水向基坑内渗流，产生渗流力。受渗流力的影响 会使周围边坡土体安全系数降低，从而出现失稳现象， 对基坑开挖土层采用降水措施后，降水深度范围内土 层含水量因降水而显著减小，重度提高，土层在增加的 自重作用下，进一步出现沉降固结，相应的土体抗剪强 度将逐步增加，从而提高开挖土体边坡和基坑坑底的 稳定性。 同时，基坑开挖过程中，坑底可能存在着承压含水 层的顶托力作用，地面下的土层受到向上的渗流力的 作用，使砂性土层的渗透水力坡降增大，当达到一定程 度时，会使砂性土形成流沙涌出坡面。采用深井降水， ３４ Ｉ天津建设科技 顶托力，增加基坑底部的稳定性。 因此可以看出，降水过程中水头降低的多少及影 响半径是造成影响的关键。一旦确定地下水下降高度， 就可求出由于有效应力增加而产生的压缩沉降量。确 定了降水的影响半径，就可确定其影响范围。 根据地下水动力学理论，可以分析出，不同的土性 其渗透性是不一样的，其给水度也不一样。影响半径可 用库萨金公式求得： ｌ Ｒ＝１．９５ｓ（ｋｈ）７ （１） 式中： 为影响半径，ｍ；ｓ为水位降深，ｍ；ｋ为渗透 系数，ｍ／ｄ；ｈ为含水层厚度，ｍ。 降深和渗透系数越大，影响半径越大。因此，在降 水过程中，只要控制水的下降，减少影响半径，就可以 减少降水对周边环境的影响。从理论上讲在降水过程 中，由于水头的降低，产生的固结压缩沉降量是很小 的，可估算出可能产生的沉降量，从而对沉降量能否造 成对周边建筑物的破坏进行评估。但是，在实际工程 中，由于土层性质的变化以及降水过程中带走了大量 的土颗粒，有可能造成较大的沉降而危及建筑物的安 全。因此，当含水介质为比较松散的填土或新近沉积 土，由于其固结过程尚未完成，属欠固结土且土的结构 有较大孑Ｌ隙，一但水头降低，有效应力增加，土体将会 出现较大的压缩固结。另外，当降水过程中，由于大量 的细粒土的带出，使土体中出现空洞，一旦土中有效应 力增加，将出现较大的地面下降。由此可见，在松散填 土中降水必须注意对周边环境的影响。当周边条件复 杂时，应慎用降水并且抽水过程应避免将细粒土从地 下带出。 在深基坑工程中，必须认真分析场地的地质条件 及周边环境，针对其不同的条件，采取相应的施工措 施，将降水引起对周边环境的影响减小到最低程度。 ２工程实例 ２．１工程概况 天津地铁３号线宜兴埠站为地下２层车站，明挖 ２０１２ Ｎ０．４ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｐｕｂｌｉｃ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ囊§市政公用建设 顺作法施工，围护结构采用８００咖厚地下连续墙。车站 总长１８５．７ ｍ，标准段宽度２０．５ Ｉｌｌ，开挖深度１６．９４ ｍ， 地下连续墙深２８．４６ Ｉｌｌ。端头井宽为２４．９ ＩＩ１，最大开 挖深度为１８．９０Ｉｌｌ，墙深３０．８６ｉｎ。 ２．２工程地质情况 受海进海退的影响，天津地区形成较有规律的沉 积层。本站底板坐落在第⑤ 粉质粘土上，地基承载力 特征值为１５０ ｋＰａ。 场地潜水层水以第１Ｉ层陆相层⑤层的湖沼相沉积 层为隔水底板。潜水地下水位埋藏较浅，勘测期间地下 埋深１．２～３．７ １１１。 微承压水以第１Ｉ陆相层的湖沼相沉积⑤ 粉质粘 土、⑥ 粉质粘土为隔水项板，浅层微承压水主要赋存 于粉土粉砂层，含水厚度较大，分布相对稳定。与上层 潜水水力联系密切，同时以渗透方式补给深层地下水。 该层地下水水位受季节影响较小，稳定水位为３．４８～ ４．０５ ｎｌ，一般稳定于潜水位之下。 ２．３降水井布置 １）浅层降水井。采用大口井基坑内降水，根据地质 特点、降水试验，结合类似工程经验，单井有效抽水面 积的经验值为牛３００ Ｉｌｌ。，本工程取１８５ ｍ。；本工程基坑降 水面积约３６００ ｍ 。 降水采用７００ ｍｉｌｌ开孔，外径为４００ ｍｉｌｌ，内径为 ３００ Ｉｎｔｏ的无砂水泥管的降水井，共设２３口降水井，井 距ｌ３～１９ ｍ梅花型布置；其中端头井井深２４ Ｉｌｌ，标准段 井深为２３Ｉｌｌ。设潜水观测井８口，井距５０ｍ，井深７ｍ。 影响基坑的地下水是潜水，潜水含水层渗透性较 差，围护结构将潜水完全截断，无侧向补给来源，降水 后期，潜水水量越来越小。基坑的出水量主要包括地下 水的储存量、地下水的垂直补给量，现对基坑的抽水量 进行估算，以便知道降水施工及潜水泵的选型。 采用基坑周围有支护结构（隔水）计算公式： ０＝ＫＳｇｑ （２） 式中：０为基坑每天总涌水量，ｍ。／ｄ；Ｋ为渗透系数， 根据经验取０．７５ ｍ／ｄ；Ｓ为水位降深，即地下水面至基 坑底面下１．０ ｍ考虑；ｕ为支护结构周长，ｍ；ｑ为单位涌 水量，Ｌ／（ｓ・ｍ）。 单井平均出水量估算结果见表１。 表１ 各区每天单井平均出水量估算结果 分项 宜兴埠站标准段ｌ宜兴埠站端头井 单口井涌水量／ｔ ５５ １ ５８ 本区最低槽底标高／ｍ ｌ７．５ ｌ 一１９．５ 采用式（３）估算各区基坑总涌水量： ０＝ ５ Ｂ （３） 式中：０各区基坑总涌水量，ｍ。； 为给水系数，根 据经验取０．１；Ａ、Ｂ分别为支护结构长度、宽度Ｉ１１。 初次降水时间（即从现地下水位降至一８ ｍ所需要 的时间）估算为６～９ ｄ；从－８ ｉｎ降至槽底所需要的时问 ｌ２～１６ ｄ。 ２）降压井布置。减压井采用６００ ｍｌｎ开孔、直径为 ２７３舢。共设４口，两端头井各设２口、设地连墙外并兼 承压观测井，井深以必须穿透微承压水层为准则。具体每 口井的深度以地质报告为依据进行设计施工，井深３４ ｍ。 基坑底板至承压含水层顶板问的土压力应大于等 于承压水的项托力。即： Ｈ ≥ ｙ （４） 式中：Ｈ为基坑底至承压含水层顶板间距离，Ｉｎ；Ｙ 为 基坑底至承压含水层顶板间土的平均重度，１８．９ ｋＮ／ｍ。； ｈ为承压水头高度至承压含水层顶板的距离，ｍ； 为 水的重度，１０ ｋＮ／ｍ。； 为安全系数，取１．１。 经计算，当土方开挖表２深度时，需要降低承压水 水头高度，以满足基坑底板稳定性的要求。为尽可能减 少抽取承压水后对基坑周围环境地下水位的影响而引 起坑外的地表沉降，降低承压水位的工作随着基坑的 不断向下开挖，根据现场需求降低承压水位。 表２需要降低承压水水头高度的位置 ｍ １ 分项 需降水的开挖深度 水头降低值 水头降深 大里程端头井 １Ｏ．３ １４．８ ｌ８．３ 小里程端头井 １１．８ １１．Ｏ １４．５ 标准段 １２．４ ９．Ｏ １２．５ ３结语 施工过程中严格进行监督检查，保证成井质量，抽 水稳定后，井水含砂量不得超过十万分之一（体积ｌ：ｌｓ）。 降水运行过程中，做好各井的水位观测工作，及时掌握 井内水位的变化情况，加强对地层及建筑物变形监测， 详细掌握降水及开挖施工对地层变形的影响规律，以 便设定更合理的降水参数来保护周边建筑的安全。在 工程实际降水过程中，监测结果显示基坑周边地表沉 降、建筑物沉降变形、地下水位等各项监测值均控制在 有效范围内。 口● 口中图分类号：ＴＵ４６＂３ 口文献标识码：Ｃ 口文章编号：１ ００８—３１ ９７（２０１ ２）０４—３４—０２ 口收稿日期：２０１２—０４—１３ 口作者简介：刘伟莉／女，１９８１年出生，工程师，天津市华盾工程 监理咨询有限公司，从事工程监理工作。 天津建设科技Ｉ ３５