基坑降水对区域地下水及周边环境影响的综合分析

钱　鑫（广东省建科建筑设计院有限公司，广东　广州　510000）



基坑降水对区域地下水及周边环境影响的综合分析

钱鑫（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州510000）

随着城市地下空间的利用与发展，超深、超大基坑不断涌现，基坑围护结构体系便起到了挡土和截水的作用。而在广阔的冲洪积平原区，基坑开挖必然会揭露地下水，近年来频频出现基坑降水引起周边地面沉降的问题，虽然体系采取了截水措施，但鉴于工法特点和施工质量容易受到人为因素影响，基坑降水对区域地下水及周边环境仍然会产生一定影响。影响程度受工法特点、地层条件、渗透特征、水头高度、动态特征、区域地质环境等多方面因素决定，这就需要取得多方面相关数据，再进行综合判断与分析，并结合相关观测检测成果，得出结论性意见。最终所形成的成果文件亦通过省级专家组的认可，可以为影响的判定提供技术支持。

基坑降水；围护结构；水文地质条件；水动力特征；综合分析法

1　前言

广阔的冲洪积平原地区，地下水水位往往埋藏较浅，部分还具有多层地下水结构，深基坑围护结构体系［1］在截水方式上常采用水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、地下连续墙、咬合桩，与其搭配的挡土结构常采用排桩+内支撑、排桩+锚杆（索）。由于降水后基坑内外的水头差，止水帷幕外的地下水都会有绕过帷幕流向基坑的趋势。帷幕的有效性取决于工法特点及施工质量，容易受人为因素影响而出现渗漏情况，而大多数基坑施工只注重应急措施，一旦出现问题首先要确保基坑安全，对周边环境的影响往往由于尚未出现灾难性破坏便任其发展，致使施工方与周边居民产生各类纠纷。基于此类项目尚没有明确的相关规范操作标准，因此，本文以某工程为实例，阐述了我院在多个此类项目中所形成的一套比较完整可行的操作和分析方法，为影响的判定提供了可靠的技术支持，积累了该类型项目工作方法的实际经验。

2　项目概况

本项目位于佛山市顺德区××村，该村在一段时期内部分房屋和路面陆续出现不同程度的倾斜、开裂和下沉。通过收集既有资料已排除了地震、开采、岩溶塌陷、极端气象等其它灾害性因素，区域内存在的影响因素主要为附近正在进行的三处深基坑工程，分别为西北侧A基坑、北侧B基坑、东南侧C基坑，其中A与B基坑相邻（图1）。A基坑边线距该村最近距离约50m，采用排桩+锚索+大直径搅拌止水，B基坑边线距该村最近距离约70～100m，采用地下连续墙+内支撑支护半逆作法，C基坑边线距民房最近距离约60～80m，采用排桩+锚索+水泥土搅拌桩止水（部分为悬挂式）。

3　水文地质条件

本项目区域布置了一定数量的地质勘探点、抽水试验点和地下水位动态观测点，并收集了施工区既有地质及设计文件、区域水文地质图等资料，资料整理汇总如下。

（1）地层分布特征：揭露土层自上而下为1层填土、2-1层淤泥、2-2层淤泥质砂、2-3层粉质粘土、2-4层粉细砂、2-5层粗砾砂、2-6层粉质粘土、2-7层淤泥质土、2-8层细砂、3层残积土。

图1　平面位置及地下水流向图

（2）水文地质特征：区域地下水主要赋存于第四系松散层孔隙中，按水力性质可分为2-2层淤泥质砂层孔隙潜水、②-4层粉细砂及2-5层粗砾砂（二层相邻）孔隙承压水。据室内及现场抽水试验结果，2-2层淤泥质砂平均渗透系数2.8×10-4cm/s；2-4层粉细砂平均渗透系数1.93m/d、具强透水性；2-5层粗砾砂平均渗透系数19.6m/d、具极强透水性。

据各基坑勘察阶段提供的地下水位：A基坑2012年9～10月间地下水位高程1.77～3.21m；B基坑2010年1～4月间地下水位高程0.92～2.49m；C基坑2013年3～4月间地下水位高程0.57～2.15m。各地下水位年变幅均不大于1m。

据各基坑提供的地勘报告及设计图：A基坑2-5粗砾砂层降水影响半径为100～300m，基坑开挖将同时揭露2-2淤泥质砂层潜水和2-5粗砾砂层承压水；B基坑2-4粉细砂层降水影响半径为70m，基坑开挖将同时揭露2-2淤泥质砂层潜水和2-4粉细砂层承压水；C基坑2-4粉砂层降水影响半径为80～150m，基坑开挖将揭露2-4粉细砂层承压水。

图2　淤泥层平面分布图

图3　粗砾砂层平面分布图

（3）区域水文地质条件：据最新区域水文地质图，区域水文地质特征为全新统河流相沉积层，含水层为细、中、粗砂，相对隔水层为淤泥质土、粘土。调查场区地下水具双层结构，上层为孔隙潜水、下层为承压水，区域含水层富水性贫乏～中等。区域地下水流向整体上为自西北至东南。

4　地下水动力特征

通过现场采集地下水位动态观测点数据，形成相应地下水降落漏斗剖面（图4～5）。A基坑水势处于场区最低点，其周边水位出现较明显下降，水势次低点为C基坑，其周边水位处于渐变状态。地下水随范围的扩大形成较明显的降深漏斗曲线。利用图解法得到大致的降水影响半径：A基坑降水影响半径约110～303m，水位高差1.63～6.42m；C基坑降水影响半径约142～302m，水位高差2.55～4.28m。其次，本项目地下水等水位线所反映的地下水流向（图 4）存在两个明显指向，与该区域水文地质图的地下水流向明显不同。

为获得直接效果，现场选择1处代表位置进行了示踪试验。试验结果表明（图6），A基坑周边接收井指示剂浓度变化明显（靠上部的三条多线段），地下水流向得以证实。

图4　A基坑附近地下水降落漏斗

图5　C基坑附近地下水降落漏斗

图6　示踪试验时间-浓度变化曲线

5　地下水动态变化特征

经过一定周期的地下水位动态观测，可以形成水位-时间动态变化曲线。A基坑现状处于开挖状态，周边地下水位随时间变化较明显，且幅度较大（图7）；C基坑现状处于地下结构施工状态，周边地下水位随时间缓慢下降（图8），持续降水已形成新的水势。

图7　A地下水高程-时间变化曲线

图8　C地下水高程-时间变化曲线

6　施工方资料分析

据A基坑提供的第三方 《监测简报》，4～6月间锚索施工开始出现漏水漏砂现象，9～11月该基坑邻近该村一侧W18～W20水位监测井反映出明显下降（图9）。这与我院（图7）在该区域周边水位监测在时间及变化特征上吻合。

据C基坑提供的一段中后期降水记录，该基坑周边水位监测曲线已处于稳定下降状态（图10）。这与我院（图8曲线中后段）在该区域周边水位监测在相同时间段内的变化特征吻合。

图9　A基坑第三方水位监测曲线

图10　C基坑第三方水位监测曲线

据C基坑提供的施工降水记录，求和得总降水量为543984m3。根据设计图纸进行估算，其基坑面积34032m2，最大开挖深度9.9m，止水桩长最大19m，假定基坑及其止水帷幕形成密闭水桶，按不利情况考虑坑内土层均为透水砂层、孔隙率取35%，计算得基坑内水量约为226312m3。比较后发现，基坑内实际降水量比实际所赋存地下水水量要大得多。

7　综合分析

①从区域大环境看，场区具备地下水赋存条件，但水量贫乏，地下水均衡态易受改变。②从地质条件看，平面分布上（图2～3）2-1层淤泥、2-5层粗砾砂全区域分布连续且广泛；纵向分布上高压缩性软土层位于浅表部位，而其上覆地层多为填土、下伏地层为砂层，其分布关系和土质特征在地下水位长时间下降时易引发较大沉降［2］。③从水文特征看，区域地下水含水层连通性好、渗透性强、影响半径大，且过往水位无异常变化，一旦长期抽取地下水，其影响就会凸显、其范围会不断扩大，从而打破原有平衡，形成新的水势，间接引起土中应力重新分布。④从基坑开挖深度看，各基坑开挖均会大面积揭露到场区的含水层，对场区地下水影响形成的可能性存在客观条件。⑤从水动力特征看，观测期间各观测水位埋深普遍较大，与勘察阶段的地下水位相比存在较大差别；基坑周边的地下水水位明显低于较远区域地下水水位，形成明显降落漏斗，平面上地下水所反映的流向具有明显指向性，且与该区域水文地质图的地下水流向明显不同，这说明原区域地下水特征受工程降水活动影响已发生改变。⑥从地下水动态变化特征看，场区地下水位变化量明显，且与施工方监测数据相吻合。⑦从工法上看，A基坑支护结构采用了锚索，人为因素的不确定性令锚孔在止水帷幕局部位置形成水流通道，而本项目实际确实出现大量漏水漏砂现象，故在本项目中该工法对地下水影响最大。C基坑止水桩采用定长致局部出现悬挂现象，考虑到勘探孔间地层存在变化，悬挂式帷幕就可能产生渗流通道，通过降水量估算结果，间接证明坑外地下水向坑内补给的状态是客观存在的。C基坑区含水层厚度并不大，以全部采用落底式帷幕为宜，若使用悬挂式应充分考虑地层特点和地区经验，并通过现场试验或模拟计算等方式复核其插入含水层深度是否满足使用效果［3］。

另外，据本次现场结构检测与沉降观测结果，受地基变形严重影响的房屋、显著影响的房屋在场区分布位置基本位于含水层降水影响半径范围内。侧面印证了基坑降水对区域地下水及周边环境的影响是不容忽视的。

8　结论

（1）基坑降水对区域地下水及周边环境的影响是客观存在的。影响程度受工法、降水深度、水文地质条件、区域水动力特征、施工质量等多方面因素决定。

（2）我院基于该类项目所形成的一套操作和综合分析方法是合理可行的，亦通过了省级专家组认可，可以为影响因素的确定提供可靠的技术支持。

（3）应注意尽量减少在高地下水位环境中使用锚索，使用时应结合地区成熟的施工经验采取针对性措施［4］，以防止渗漏造成地下水土大量流失。含水层深厚需采用悬挂式止水帷幕时应结合地区经验通过相应手段复核其插入含水层深度是否满足使用效果。

［1］《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）.中华人民共和国住房及城乡建设部，2012.

［2］徐运达.软土区深大基坑降水对支护及周边环境影响研究.南京大学，2015.

［3］王昆泰，胡立强，吕凯歌.悬挂式帷幕条件下基坑渗流特性的计算分析.建筑科学，2010.

［4］易小涛.深基坑富含粉砂和地下时锚索施工的探索.建筑工程技术与设计，2015.

所获荣誉及奖励：

2015年度广东省优秀工程勘察设计奖工程勘察类三等奖；2015年度广东省建筑工程集团有限公司优秀工程设计三等奖。

钱 鑫（1982-），男，岩土工程师，工学学士，主要从事岩土工程设计及勘察工作。

TU463

A

2095-2066（2016）11-0030-03

2016-3-8