江 彬

福建省地质工程勘察院，福建 福州 350002

1 工程概况

1.1 岩土体条件

某基坑开挖面积约12000m2，地下室底板标高约-11.25m，基坑工程安全等级为一级。典型的岩土层大致可分为以下类型：土层（1）杂填土，层厚为1.00～4.60m；土层（2）淤泥，层厚为3.90～22.80m；土层（3）淤泥夹砂，揭示厚度为5.80～18.90m；土层（4）粗砂（含泥），揭示厚度为1.90～22.40m；土层（5）粉质黏土，揭示厚度为0.70～4.50；土层（6）淤泥质土，揭示厚度为1.60～10.00m；土层（7）卵石，揭示厚度为0.30～8.10m；土层（8）淤泥质土，揭示厚度为1.70～5.90m；土层（9）粉质黏土，揭示厚度为0.50～13.00m；土层（10）粗砂（含泥），揭示厚度为1.40～21.60m；土层（11）砂土状强风化花岗岩，揭示厚度为3.60～31.70m。

1.2 地下水情况

场地地下水初见水位埋深为0.90～5.10m，综合稳定水位埋深为0.40～4.95m。地下水位年变化幅度为1.0～2.00m，近3～5年最高地下水水位为5.40m，历史最高地下水水位为5.60m。地下水的主要情况如下：赋存于土层（1）杂填土孔隙中的上层滞水，其透水性一般、变化范围较广。水位随着季节的交替，水量波动很大，但对基坑工程的影响相对较弱；赋存于土层（4）粗砂（含泥）、土层（7）卵石、土层（10）粗砂（含泥）中的孔隙承压水，各层透水性中等～强，富水性强，对该基坑工程的安全影响较大。淤泥、淤泥夹砂、粉质黏土、淤泥质土的透水性及富水性均较弱，属弱透水层，为相对隔水层。承压水水位埋深为15.30～17.99m（高程在-11.97～-9.09m）。

1.3 基坑突涌情况

土层（4）粗砂（含泥）中承压水水位标高为-11.97～-9.09m，承压水水位标高取-9.09m，基坑底板标高为-11.25m，则潜水含水层厚度H=-11.25-（-14.09）=2.84m，基坑动水位至含水层底面的深度h=-9.09-（-14.09）=5m，水重度γw=10kN/m3，土体重度r=15.5kN/m3，可利用以下公式判断基坑开挖过程中是否会产生突涌现象：

经计算，2.84m＜3.22m，因此基坑在开挖过程中可能会产生突涌现象。

2 基坑降水方案

基坑范围内降水主要针对土层（4）粗砂（含泥）、土层（7）卵石、土层（10）粗砂（含泥）中的孔隙承压水。对承压水执行按需减压，以保证基坑坑底突涌稳定性。同时应在基坑内每200m2左右布置1口疏干井，以疏干坑内水。

2.1 疏干井计算

根据经验，此次疏干井有效辐射疏干面积约250m2/口，计算井数为10013÷250≈40口，实际布置48口，井深以超过地下室底板不小于6m为控制标准。

2.2 承压降水井计算

该基坑涌水量按承压非完整井计算。含水层平均厚度为25.47m，渗透系数加权平均值为23.7m/d，降深3.96m，降水井口径为219，设过滤器进水长度l=6m，影响半径R=486.83m，等效半径r=56.47m。涌水量Q的计算公式如下：

式中：k为含水层的渗透系数，m/d；M为承压含水层厚度，m；S为基坑水位降深，m。

单井出水量q0的计算公式如下：

井数n的计算公式如下：

为了确保降水效果，实际布置14口降水井，井深以进入粗砂（含泥）层及卵石层不小于8m为控制标准。降水井布置如图1所示。

图1 降水工程平面布置图

3 基坑降水的模拟方案

3.1 计算模型

根据现场实际情况，建立数值模型，模型长、宽、高分别为1000m×800m×100m。计算时将土层（4）、土层（5）、土层（7）、土层（8）的外围（即模型边界处）设定为定水头边界条件，同时为土层（4）、土层（5）、土层（7）、土层（8）整体赋予初始水头边界条件，使得该层的水头可随抽水而改变。通过不断地调整、试算，所建立的数值模型和最终确定的各抽水井的平面位置和抽水速率如图2所示。

图2 抽水井位置及抽水速率（单位：m3/d）

3.2 结果分析

（1）水头降深分析。此次基坑降水的主要对象为土层（4）。土层（4）的降深等值线图如图3所示。由图3可以发现，基坑内的降深普遍达到了4m，大致满足设计要求；而坑外的降深最大值仅为0.5m，因而此次基坑降水能够有效地控制地面沉降，不会对基坑外的构筑物等造成过多影响。此外还可以发现，基坑内等水头线分布相对比较均匀，证明了抽水井设置的合理性，同时帷幕边缘处的等值线分布十分密集，这说明帷幕内外产生了较大的降深差值，帷幕对控制坑内外的降深发挥了作用。在帷幕内部的基坑中，水位降深需要达到一定程度，降深较大，可以使基坑中的施工作业顺利进行；而在帷幕外部，降深较小，使得土体的压缩变形和沉降也较小，因而可以避免基坑周边建筑由于地面的不均匀沉降而遭受损坏。

图3 土层（4）的降深等值线（单位：m）

土层（7）的降深等值线如图4所示。由于土层（7）位于悬挂止水帷幕之下，因而坑内外的降深等值线差别明显减小，从整体上看，降深变化相对也较为均匀，未出现沿着帷幕边缘密集分布的特征。

图4 土层（7）的降深等值线（单位：m）

（2）地面沉降分析。地面沉降等值线如图5所示。由于止水帷幕有效地控制了基坑外的降深，基坑外的地面沉降也相对较为轻微，最大值仅为0.4m，不会影响基坑外的日常作业。

图5 地面沉降等值线分布（单位：m）

4 结论

在对某基坑工程进行勘察，初步确定降水设计方案后，利用Visual Modflow软件，模拟得到了整个场地的水位降深和地面沉降分布情况。具体结论如下：

（1）通过将坑内的14口承压降水井的抽水量设定为70～420m3/d，可以较为均匀地将基坑的降深达到4m左右，满足工程需求。

（2）由于止水帷幕的设置，基坑内等水头线分布相对比较均匀，证明了抽水井设置的合理性。

（3）帷幕边缘处的等值线分布十分密集，这说明帷幕内外产生了较大的降深差值，帷幕对控制坑内外的降深发挥了有效的作用，因而可以避免基坑周边建筑由于地面的不均匀沉降而遭受损坏。因此，此次的降水设计取得了良好的效果。