摘要：基于天津软土地区某超大面积深基坑工程，采用分区开挖降水的方案。采用数值建模方法对降水过程中产生的对周边环境影响进行分析。监测结果表明，采用分区开挖及降水的方案保证了基坑工程的顺利开挖，并有效控制了对周边环境的影响。
关键词：基坑；降水；既有地铁
随着我国城市建设的发展，城市中用地渐趋紧张，一些大城市逐渐对深层地下空间进行开发和利用。特别是在东南沿海的一些大城市中，出现了一大批深大基坑。
类似天津这样的东南沿海地区城市，土质软弱、地下水位高、地层含水量大，在这样地质条件中进行基坑工程施工对地下水的处理关系基坑工程的成败。
国内很多学者对软土地区基坑工程降水设计和施工进行了研究，并对一些工程实例进行了报道[1-8]。
本文基于天津地区某超大面积深基坑工程，对降水设计、施工方案以及降水过程中对周边环境的影响进行了研究，为今后类似地质条件类似工程提供参考。
1工程概况
本工程地下室基坑周长约为1280m，占地面积约88000m2。主体部位三层地下室坑深约15.75m，南侧二层地下室坑深约11.35m。
基坑东西两侧和南侧均紧邻现状道路，场地的东北角红线外为临近的合生国际大厦项目，目前该项目尚未施工。基坑北侧紧邻地铁3号线，地下室外墙距离地铁线路为13.6~18.5m，距离车站主体约为11.0~13.1m，距离地铁风亭约为3.1~8.0m。
基坑北侧距离地铁站及地铁线路地段采用地下连续墙（考虑工期因素，两墙分离）进行支护，其余三侧场地周边环境条件相对比较宽松，采用钻孔灌注桩结合止水帷幕的围护型式。
由于基坑面积超大，考虑各种风险因素将基坑分为三期进行。同时为了减小降水对周边环境的影响，尤其是对运营地铁线路的影响，各期基坑采用地连墙进行分隔，基坑降水也分为三期进行。
南侧大基坑采用两道混凝土支撑，北侧两个小基坑采用三道混凝土支撑，基坑剖面情况如图1~2所示。
图1 基坑总平面图
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图2基坑北侧剖面图
2工程地质及水文地质条件
场地内主要土层主要有素填土、粉质粘土、粉土和粉砂，土层分布情况见图1和图2。
根据地基土的岩性分层、室内渗透试验结果及区域水文地质资料，场地埋深约60.00m以上可划分为3个水文地质段：上层滞水含水段、潜水含水岩组和微承压水含水岩组。
上层滞水一般不连续分布，含水层主要为人工填土层（Qml），隔水底板为全新统上组陆相冲积层（Q43al）粉质粘土。
潜水层主要指埋深约14.00m以上中组海相沉积层（Q42m）粉质粘土（地层编号⑥1）及粉质粘土（地层编号⑥4）层，可视为潜水含水层。勘察期间初见水位埋深2.70～3.40m，潜水静止水位埋深2.20～2.80m。
场地范围内承压水层共两层：第一承压含水层埋深约21.00～33.00m段全新统下组陆相冲积层（Q41al）粉土（地层编号⑧2）、上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）粉土（地层编号⑨1-1）、粉土（地层编号⑨2）可视为第一承压含水层，其下埋深约33.00～38.00m段上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）粉质粘土、粘土（地层编号?1）可视为第一承压含水层的相对隔水底板；第二承压含水层埋深约38.00～54.50m段上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）粉土、粉砂（地层编号112）、粉砂（地层编号114）可视为第二承压含水层。其下埋深约54.00～57.00m段上更新统第二组海相沉积层（Q3bm）粉质粘土、粘土（地层编号?1）可视为第二承压含水层的相对隔水底板。
根据勘察报告，第一承压水水头大沽标高约为-0.10m左右，第二承压水水头大沽标高约为-0.40m左右。
根据室内试验结合各层土性质，提供埋深45.00m以上各层土渗透系数及渗透性如下表1所示。
表1地基土渗透系数及渗透性表
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3基坑降水设计方案
3.1疏干井设计
本工程水泥土地下连续墙（CSM）已将第一承压层完全隔断且是全封闭的，可采用给水度的概念进行设计：
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该基坑面积为88000m2，n=88000/300=293口。由于基坑局部落深区域较多，且考虑土层变化和基坑平面布局，同时为保证降水效果，实际布疏干井共314口。
3.2减压井设计
本基坑中水泥土地下连续墙（CSM）将第一承压含水层隔断未隔断第二承压含水层，故无须验算第一承压含水层的抗突涌稳定，所以仅须验算2粉土、粉砂和4粉砂（第二承压含水层）的抗突涌稳定。
根据抗突涌稳定验算，除楼座处集水坑以及40层写字楼电梯井抗突涌稳定系数为0.94-1.08，基坑的大部分区域抗突涌稳定系数为1.18-1.30，满足抗突涌稳定安全要求。
在抗突涌稳定系数不满足区域设置备用减压井兼做观测井，随着基坑的开挖对井内水头实施动态观测，必要时方可开启减压井。
3.3降水井构造及设计
考虑到基坑深度较深，兼顾降水井的经济性，疏干井采用钢管井及无砂混凝土井管两种材料，减压井采用钢管井，疏干井设置两种深度的无砂混凝土井，具体要求如下：
1）、疏干井1、3做法：孔径650mm，井管采用Φ273/6钢管，滤水管范围内回填2~4mm石屑滤料，含水层部位采用桥式过滤器外包1层60目尼龙网，井口用粘土封填防止地表水流入。
2）、疏干井2、4做法：采用?500无砂混凝土管，外填等径渣石，孔径800mm。
3）、减压井兼观测井做法：井管采用Φ273/6钢管，减压段井管采用桥式过滤器。
4）、观测井1、2做法：采用?500无砂混凝土管，外填等径渣石，孔径800mm。
4基坑降水对周边环境影响分析
采用软件MODFLOW根据基坑和降水井设计情况建立三维数值模型，数值模型如图3所示。
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图4疏干井引起的地面沉降
5降水效果评价
5.1坑内土体疏干情况
基坑降水工程达到了较好的效果，基坑开挖过程中土体干燥，出入顺利，最大单日出土量达到2.8万方。基坑坑底也较稳定，未发生突涌、管涌等不利情况。
6结论
基于天津软土地区某超大面积深基坑工程，对对降水设计、施工方案以及降水过程中对周边环境的影响进行了研究，得出如下结论：
（1）采用水泥土地下连续墙作为止水帷幕和管井降水的降水方案，有效的对坑内进行疏干降水，同时保证了坑外水位变化在合理范围内。
（2）为降低对周边环境的影响，尤其是对北侧地铁运营线路的影响，采用分期降水、开挖的方案，将基坑分为三期进行。
（3）计算分析和监测结果表明，采用本方案进行基坑工程降水，有效的保护了周边环境，同时保证了本工程的顺利实施。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.JGJ120—99 建筑基坑支护技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，1999.
[2]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.
[3]工程地质手册（4 版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007．
论文作者:何开清
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：基坑论文; 含水层论文; 地层论文; 粘土论文; 工程论文; 周边环境论文; 编号论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;