北京地区水文地质特征分析

2014-11-09张健

山西建筑 2014年5期

关键词：永定河抗浮场区

张健

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 工程概况

拟建工程位于北京市某铁路车站附近，主要为污水池和锅炉房，基坑开挖深度约12 m，建筑平面面积约800 m2。基坑开挖深度较大，地下水对拟建建筑物有很大的影响，因此抗浮设计水位的选取对于工程的安全性和经济性影响很大。

2 场地工程地质条件

2．1 拟建场地地形、地貌概况

拟建场地位于永定河冲洪积扇中下游，毗邻凉水河，为凉水河Ⅱ级阶地，受人工活动影响，原始地貌已遭破坏，现状场地地形较平坦。拟建场地为绿化草地。勘探期间钻孔孔口标高为40．63 m～41．16 m。

场地空间范围狭小，地下埋设有较多的电缆、光缆、自来水、污水等地下管线设施，场地周围分布有高压电线，场地紧邻既有动车铁路线约15 m。

为了详细查明场区及周围的工程地质及水文地质情况，在本工程的建筑平面范围内共布置勘探钻孔7个。所有勘探点的位置详见图1，代表性剖面图见图2。

图1 勘探点平面位置示意图

图2 工程地质剖面1—1′

2．2 场地地基土均匀性评价

根据野外钻探资料和室内土工试验资料综合分析，拟建场地表层为人工堆积层，厚度不一，厚度为3．0 m～5．7 m，该层土堆积时间短，土质结构松散，物理力学性质差，承载力低，且厚度变化较大;人工堆积层以下为新近沉积层，物理力学性质相对较差，承载力相对较低。人工堆积层和新近沉积层以下为一般第四纪沉积的粘性土、粉土、砂类土、圆砾、卵石，沉积时间长，层位相对较稳定，强度较高，土的工程性质和力学性质较好，但各层土之间的物理力学性质差别较大。

3 场地水文地质条件

3．1 区域水文地质概况

北京市位于华北平原北部，属于永定河、大清河、北运河、潮白河、蓟运河等水系冲洪积扇的中上部地段。北京规划市区内第四系岩相分布，由西向东具有明显的过渡现象。由于河流频繁改道，形成多级冲洪积扇地，使地质条件较为复杂。总的趋势，西部以碎石类土为主，向东则逐渐形成粘性土、粉土与碎石类土的交互沉积，第四系覆盖层厚度也由数米增加到数百米。以此为背景，地下水的赋存状态也从西部的单一潜水层，向东、东北和东南逐渐演变成多层地下水的复杂状态。按照北京市区地质、工程地质、水文地质条件和地下水动态，将北京市区浅层地下水的工程水文地质条件划分为三个大区:永定河冲洪积扇台地潜水区、过渡区、潜水区(Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区)，又细分为七个亚区(Ⅰa，Ⅰb，Ⅰc;Ⅱa，Ⅱb;Ⅲa，Ⅲb)。

北京市区工程水文地质分区的地下水分布特征见表1，北京市区工程水文地质分区略图参见图3。

表1 北京市区工程水文地质分区的地下水分布特征

图3 北京市区工程水文地质分区略图

3．2 地下水特征

1)场区水文地质特征及地下水类型。

本场地所处场区的地表水系属于永定河水系，拟建场地附近主要分布有凉水河及南二环护城河(马草河)。根据北京地区地下水长期观测数据(40多年)，以及对北京市浅层地下水位动态变化规律的研究成果，本工程拟建场区位于北京市区工程水文地质分区的Ⅲb亚区。

根据工程场区水文地质分区的水文地质特征及本次勘察结果，在勘探深度范围内主要分布有上层滞水，拟建场地地下水类型及钻探期间实测水位参见表2。

表2 地下水情况一览表

本次勘探过程中，受南侧一处下穿凉水河管道施工场地排水影响，该场地距离勘探点约30 m远，为了便于施工，管道施工工作井处水位一直维持在距离地表约12．5 m处(标高约28．1 m处)，本场地实测的稳定水位会受施工排水的影响。

2)地下水动态变化特征。

场区上层滞水主要接受大气降水入渗及管道渗漏补给，以蒸发为主要排泄方式，其水位动态受多种因素影响变化复杂。

3)拟建场区历年高水位及近3年～5年最高水位记录。

工程场区历年(自1955年以来)最高地下水位高程为40．20 m左右(在场地地面低洼处接近自然地面);近3年～5年最高地下水位高程为27．00 m左右(不含上层滞水)。

4)确定基础设计水位的基本依据和建议。

a．拟建工程场区位于典型的北京市区工程水文地质分区的Ⅲb亚区。该区含水层为渗透性很强的卵、砾石地层，地下水位受北京市地下水开采量减少和官厅水库放水造成的永定河侧向补给及大气降水入渗等因素的影响，多年动态及年动态变化较大。由于场区距永定河河道较近，地层渗透系数高，地下水位受永定河上游官厅水库放水造成的侧向补给的强烈影响。在此背景下，设计水位与地下水分布条件的最终确定将涉及本工程的防渗设计、地下室外墙承载能力验算以及外围平台部分的基础抗浮稳定性的验算。基础及结构设计时可根据上述历年最高水位、勘察时量测的地下水位，结合有关设计标准综合确定本工程防渗设计、外墙结构承载力验算和基础抗浮设计的设防水位。

b．综合分析，建议用于本工程地下建筑结构的抗浮设防水位按照标高37．0 m考虑(即地表以下约4．0 m)。

4 抗浮方案的分析与评价

本工程基坑需要下挖约12 m，部分建筑物易处于地下水位以下，将使其整体受到地下水的浮力作用，易造成建筑物结构变形，浮起，影响其正常使用及安全。本场地抗浮设计水位建议按标高37．0 m 考虑(即地表以下约4．0 m)。

可采取抗浮措施:

1)增加基础厚度，以增加配重抵抗浮力;

2)设置抗拔桩。

在解决建筑基础整体抗浮问题的同时，应保证基础结构强度，预防地下水压力作用下发生局部结构构件破坏。

本工程地下水的赋存条件、动态特征比较复杂，构筑物抗浮是必须重点考虑的问题。根据场地土的强渗透性特征，必须对建筑物地下部分进行抗浮验算。特别应该提出的是，受官厅水库放水的影响，1996年前后场区地下水位回升幅度较大，因此如若在基槽施工期间恰巧遇到永定河上游官厅水库放水事件，将可能造成场区地下水位骤然剧烈上升，将对施工的安全和顺利进行造成影响。因此，施工期间尚应与水利水文主管部门取得联系，了解水文调度计划，规避不利影响。锅炉房及污水池等地下建筑物，设计、施工中应考虑投入使用前，水位突然上升带来的不利影响，并建立处理预案。