基于群井抽水试验的基坑降水与地面沉降关系研究

冯雷

摘 要：随着城市建设发展，地下空间开发利用程度越来越高，建设项目基坑开挖深度越来越大，往往涉及下伏承压含水层，基坑开挖减小了承压含水层上覆土层的厚度，当承压水的水头压力超过上覆土层重度时一般会造成基坑突涌，导致基坑工程事故并造成一定的经济损失。天津市地处滨海海积冲积平原，地下水水位较浅，承压水水头较高，故深基坑开挖时需要降低承压水水头以保证基坑工程安全开挖，降低承压水水头会引起地面沉降，采用数值模型模拟分析也能在一定程度上反映地面沉降趋势，但是由于工程地质的复杂性很难完全的反映降水和地面沉降的关系，故本文借助天津市某深基坑进行的群井抽水试验研究降低地下水水头对地面沉降的影响。

关键词：群井抽水试验;深基坑;承压水;地面沉降

随着我国经济不断发展，城市化进程不断加快，合理开发地下空间成为城市发展的重要因素。近年来，深基坑工程数量急剧增加，基坑在开挖前，为防止边坡失稳与坑底隆起，常采用预降水的方式，累计沉降量均比较小，各点平均累计沉降量为3.9mm，说明在抽水试验过程中，抽水结果对地面沉降影响不大;从沉降点的最终沉降量看，试验区内（特别是试验区中心部位）沉降相对较大，平均為4.66mm，并总体呈向试验区外逐渐减小的趋势;而基坑降水过程使场区水位明显形成水位下降漏斗，水位变化与开采量呈正相关关系。研究结果为基坑设计及施工提供了理论依据。

一、抽水试验井

（一）降水试验目的

由于该场地处于建筑物、道路及管线密集的城市中心区域，止水帷幕无法彻底隔断基坑内外水力联系时，基坑降水将对周边环境造成重大影响。同时由于本场地地层分布复杂，且存在较多含水透镜体，第一承压含水层不连续，存在基坑内外水力联系较大的风险，因此本工程决定采用预降水试验判断基坑内外水力联系情况。本工程先后进行单井与群井降水等试验，观测基坑内外观测井水位降深及基坑外各监测点地表沉降值，探究基坑内外水力联系情况，以判断基坑围护结构设置是否合理。

（二）监测点布置

地面沉降观测点布设成网状形式，布置范围为群井试验区及试验区以外1倍抽水井间距。本次抽水井井距20m左右，故各向外延伸20m，监测范围为60×60m范围。监测点间距10m，地面沉降标数量为49个。监测方法主要是利用不动点来监控变化的沉降点，本工程在远离工地的老建筑物上一共布置了三个固定点，三个点构成一个基准网，并定期监测基准网的稳定性，从多次检测的结果表明，基准网是稳定的。在抽水试验前，埋设沉降点并观测，取得初始值，抽水试验开始后每天观测一次，抽水结束后的一周，观测两次。自2008年10月4日开始，到2008年11月10日结束，共观测了24次。

（三）单井降水试验

主体基坑开挖之前于3月27日9：30对基坑内J3疏干井进行单井降水试验，24h后停止降水，设计水位降深2m。期间，对基坑内外潜水层及第一承压含水层观测井水位降深分别进行观测。邻近抽水井J3的观测井水位变化。坑内观测井水位有显著下降，最大接近2m。而基坑外潜水层观测井水位下降均小于0.15m，水位变化稳定。第一承压含水层观测井G1-1（22）、G1-2（31）水位波动也相对较小，最大水位降深为0.38m（G1-2）。

（四）基坑整体群井降水试验

基坑内观测井水位下降迅速，例如J16水位降深最大值达15.41m，停抽后水位恢复较快。基坑外8m潜水观测井G0-11（8）与12m潜水观测井G0-9（12）、G0-10（12）水位波动很小，基坑外16m浅层观测井G0-1（16）至G0-8（16）水位下降幅度较大，且停抽后恢复较快，而G1-6（16）井水位变化异常，很快就稳定，说明该点附近基坑内外存在水力联通。第一承压水⑧2层观测井G1-1（22）与第一承压水⑨2层观测井G1-2（31）、G1-6（31）在基坑内群井抽水开始后水位下降迅速，但G1-1（22）水位变化小于G1-2（31）、G1-6（31）。⑧2层观测井G1-1（22）水位下降为3.72m，⑨2层观测井G1-2（31）、G1-6（31）水位下降较为接近，达到了7.50m。由此现象可知，基坑内外第一承压水存在较强的水力联系，且⑨2层基坑内外可能存在直接的水力联系，而坑位⑧2层水位下降是通过坑外⑨2层水位越流向坑内补给造成的。第二承压水B111层观测井G2-1（35）与⑨2层承压水观测井G1-2（31）、G1-6（31）水位变化趋势较为一致，且G1-6（31）降深较大，达到7.23m。第二承压含水层B112层承压水观测井G2-2（40）水位下降小于B111层，但最大降深仍达到4.78m。基坑内群井疏干降水并未直接对第二承压含水层进行抽水，但仍引发第二承压含水层较大的水位下降，由此可见，此场地第一、第二承压含水层同样存在较大的水力联系。

二、地面沉降分析

从观测数据来看，49个地面沉降点各点平均累计沉降量为4.6mm，累计沉降量较小，说明在抽水试验过程中，抽水结果对地面沉降影响不大。从沉降点的最终沉降量看，试验区内（特别是试验区中心部位）沉降相对较大，介于5.3～9.0mm，平均7.03mm，并总体呈向试验区外逐渐减小的趋势。全部49点中不均匀沉降量最大为25号点和2号点，不均匀沉降量为7.0mm。

（一）累计沉降最大点及累计沉降最小点

地面沉降点累计沉降最大点为25#点，累计沉降为9.0mm.累计沉降最小点为2#点（观测网最外排，累计沉降为2.0mm。

（二）沉降速率

地面沉降点一共布有49个沉降点，25号点的累计沉降最大，反映了该楼的整体沉降情况。

三、结语

通过本次群井抽水试验基本能反映出基坑降水对周边地面沉降影响的规律，对于后期降水具有一定的借鉴作用（1）本次抽水试验对群井试验区地面沉降标数量均为49个。从观测数据来看，从观测数据来看，累计沉降量均比较小，各点平均累计沉降量为3.9mm，说明在抽水试验过程中，抽水结果对地面沉降影响不大;从沉降点的最终沉降量看，试验区内（特别是试验区中心部位）沉降相对较大平均4.66mm，并总体呈向试验区外逐渐减小的趋势，但受场地浅部填土不均匀性的影响，个别点位分布无规律可循。（2）本工程基坑开挖深度普遍在20m左右，最深达26.35m，基坑降水过程使场区水位明显形成水位下降漏斗，基本与开采量呈正相关关系。同时也引起周围地层中的水头下降。水头下降降低了土层中的孔隙水压力，一部分原来由水所承担的上覆地层自重压力转嫁到土的骨架上，引起有效应力增加，使土层压密，产生地面沉降。因此，一方面基坑设计及施工应采取隔水措施，另一方面应在降水过程中加强基坑变形、地面沉降等监测工作，发现问题及时处理。

参考文献：

[1]师晨翔，金文，杨永平，姚建平，李镜培.考虑土体吸力基坑抗隆起稳定性极限上限分析[J].地下空间与工程学报，2019，15（01）：303-310.

[2]相兴华.基坑开挖与降水对支护结构受力及地面变形影响的研究[D].太原理工大学，2013.

[3]田志强，陈锐，王子哲，等.深基坑开挖及降水引起的邻近浅基础沉降分析[J].地下空间与工程学报，2012，8（增1）：1483-1490.

[4]曾超峰，薛秀丽，郑刚.软土区基坑预降水引起支护墙侧移的典型参数影响研究[J].岩土力学，2017，38（11）：3295-3303，3318BFC17353-B75D-4913-86FA-FA374F060173