基坑抽排水对田坝区地基沉降影响分析

张新涛

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙　410014）

基坑抽排水对田坝区地基沉降影响分析

张新涛

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014）

通过工程实例，本文讨论了基坑的抽排水对施工区建筑物地基的影响的分析、计算，建筑物基础主要为砂卵砾石层，根据该层的渗透系数本文提出了抽排水影响地基沉降量的主要计算方法及公式。工程实例表明：该沉降理论公式可以准确的计算出建筑物沉降量，精确的确定建筑物地基的稳定性。

地下水位影响半径；浸润线；沉降量

1　前言

讨论基坑抽排水对建筑物的影响可以精确计算建筑物的沉降量，并能精确确定建筑物地基的稳定性。以金沙江向家坝水电站田坝施工区为例，下面详细介绍抽排水影响地基沉降量的计算方法及公式：

向家坝水电站横跨川、滇两省，是金沙江梯级开发中的最下游一个梯级。电站设计正常蓄水位380.00m，最大坝高162.00m，总装机容量6000MW。枢纽建筑物主要有混凝土重力坝、左岸坝后厂房、右岸地下厂房、左岸通航建筑物和两岸灌溉取水口等。工程分两期施工，采用分期导流的方式：一期先围左岸，在一期基坑中修建二期导流缺口、底孔及二期纵向围堰，由束窄后的主河床泄流及通航；二期围右岸，由一期形成的导流缺口及底孔泄流；后期加高缺口，封堵导流底孔，水库蓄水发电。

田坝施工区位于坝址右岸，为以地下厂房尾水渠、二期下游横向围堰右岸接头、马延坡坡脚连线所形成的三角区域，由Ⅰ、Ⅱ级阶地组成。这片施工场地布置有高程300m和310m两个混凝土生产系统、35kV变电站、水厂、钢管加工厂、仓库、输电线塔、⑧和⑩场内公路以及多条排水涵洞等，目前场平已基本完成，主要建筑物尚未施工。施工区外侧紧挨右岸地下厂房的尾水渠，内侧靠右岸山脚分布有金沙江的古河道，下游紧邻该施工区有新建的云天化中学、云天化生活区和水富县云富镇田坝居民区，再往下游为云天化生产区和水富县主城区。

二期基坑坝基开挖将达高程230m、尾水渠底板部分地段最低高程240m，基坑抽排水将引起尾水渠边坡和田坝施工临建工程区水文地质条件发生变化，为评价基坑降水对尾水渠边坡和田坝施工区的影响，须开展专门勘察，查明该区域的岩土特性和水文地质条件，分析评价基坑抽水影响的范围和程度，研究必要的加固处理措施。我院于2007年1月25日～3月27日在田坝区进行了补充调查和勘探，本次勘察完成钻孔24孔计1081.90m，注水试验19段。田坝施工区勘探平面布置详见图1。

2　地基沉降分析及计算

尾水渠首部底板高程240m，尾水渠开挖后水位必须降至高程240m以下。天然状态下，尾水渠部位的地下水位在270m左右，疏干后将产生30余米的水位降落，这样必然会引起周边场地的地下水位发生变化，导致场地地基沉降变形，为此，初步分析了基坑抽水引起地下水位下降的影响范围和影响范围内地基的沉降量。

2.1基坑抽水后地下水位影响半径的计算

图1　右岸田坝区勘探布置图

田坝区土层厚度一般超过30m，古河道在场地中间横穿而过，最大覆盖层厚度76m。该部位土层由3层组成，表层为砂质粘土夹砾石，中间为透镜状砂层，底层为含崩块石的砂卵砾石，分别为弱至强透水。而下伏基岩透水性相对上部土层透水性小很多，可以看作相对隔水层。因此尾水渠抽水的影响半径可以参照库萨金的经验公式进行估算：

式中：R——影响半径（m）；

H——潜水含水层厚度（m）；

K——渗透系数（m/d）；

S——水位降深（m）。

ZK225处于尾水渠首部的古河槽内，也位于尾水渠底板与其右侧边坡的交接处，所以选ZK225作为假想抽水井。基坑疏干至尾水渠底板高程240m，该钻孔天然状态下枯水期的观测水位268m（1990-04-20观测），因此，抽水降深S=28m。基岩面即相对隔水层顶板起伏较大，最低处位于古河槽，因此含水层厚度取至古河槽底面，高程236m左右，由此确定含水层厚度H=32m。因上部2个土层的透水性相对较小，而且砂层以透镜状产出，为简化计算，取下部的砂卵砾石层的渗透系数K=1×10-2～1×10-3cm/s来计算影响半径，R=294.5m～931.2m。

2.2抽水后浸润线的确定

确定了抽水的影响半径后，可以根据下列公式求得抽水影响范围内各点的含水厚度，从而绘制浸润线：

式中：h——抽水后影响半径范围内含水厚度；

h1——抽水后观测孔的含水厚度；

h2——抽水孔含水厚度；

x——距离观测孔的水平距离；

l——观测孔与抽水孔的距离。

当l=R（影响半径）时，h1为影响半径处的含水厚度，h2为抽水孔的含水厚度，它们均为定值，这样h为以x为自变量的函数。沿古河槽方向的剖面（即Ⅴ-Ⅴ′剖面）在渗透系数分别取K=1× 10-2cm/s和K=1×10-3cm/s时对应的h1为64m和53m，而h2均为4m，由此绘制的地下水浸润线如图2和图3，曲线形态为抛物线。

图2　二期基坑抽水前后地下水浸润线（K=1×10-2cm/s）

图3　二期基坑抽水前后地下水浸润线（K=1×10-3cm/s）

2.3抽水后地基沉降量计算

确定抽水影响半径和浸润线后，可以计算场地内各构筑物地基沉降量。总沉降量为各土层的沉降量之和，单层沉降量计算公式为：

式中：γw-为水的容重，取10kN/m3；△h-为抽水后计算点的水位降深（m）；E-为计算土层的变形模量。

田坝区土层虽为3层结构，但由于砂层呈透镜状，且分布范围较小，压缩性与表层砂质粘土夹砾石的差异不大，因此，上部2个土层可合并为一个土层，下部土层为含崩块石的砂卵砾石，沉降量计算按2层土体考虑。上层土体（①和②层）变形模量E1分别取10MPa和20MPa，下层土体（③层）变形模量E2分别取30MPa和50MPa。

渗透系数分别为K=1×10-2cm/s和K=1×10-3cm/s所对应各部位土层的沉降量见表1和表2。

3　计算结论

上述计算成果表明，二期基坑疏干将导致其相邻地区地下水位下降，影响半径最大932m，影响范围主要是田坝施工区，下游云天化中学、云天化生活区和水富县云富镇田坝居民区不受影响。地下水下降引起的地面沉降量最大值约27cm，按其影响程度可划分为3个带：0～110m，主要有尾水渠边坡及⑧公路路基，地面沉降量大于10cm；110～510m，主要有高程300m和310m混凝土系统，地面沉降量一般5～10cm；510m以外没有重要建筑物分布，地面沉降量小于5cm。

表1　K=1×10-2cm/s时各点沉降量成果表

表2　K=1×10-3cm/s时各点沉降量成果表

P66

A

1673-0038（2015）26-0257-02

2015-6-4

张新涛（1982-），男，工程师，本科，主要从事市场营销和项目管理工作。