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城市建設基坑降水引發(fā)地面沉降的影響研究

文檔作者：時紹瑋，朱慶川，徐冬文檔來源：天津市控制地面沉降工作辦公室		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月04日
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海河水利·45·
DOI：10．3969／j．issn．1004—7328．2016．04．015
城市建設基坑降水引發(fā)地面沉降的影響研究
時紹瑋，朱慶川，徐冬
(天津市控制地面沉降工作辦公室，天津300061)
摘要：由于基坑降水引起地面沉降的范圍較遠。往往能達到墻后5～10倍基坑開挖深度的距離，而實際基坑工程坑
外沉降的測點往往布置在墻后1—4倍基坑開挖深度的距離，因此難以全面獲得不同類型基坑降水對地面沉降的影
響范圍。此次利用有限差分軟件Modflow建立三維地下水滲流模型，研究不同開挖深度(5～25 In)的基坑降水對地
面沉降的影響范圍，并探討不同止水帷幕截斷方式工況下坑內降水后坑外水位及地面沉降隨時間發(fā)展關系。
關鍵詞：基垸；沉降；范圍；發(fā)展；關系
中圖分類號：TV551．4+2 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7328(2016)04—0045—05
隨著城市發(fā)展速度與建設規(guī)模的不斷加大，特
別是市政工程和高層建筑的大量興建，導致城市地
下空間被廣泛利用，隨之產生深基坑工程數(shù)量驟增，
建筑基坑規(guī)模和深度也隨之加大，基坑降水量不斷
攀升。研究成果表明，天津市建筑密集區(qū)基坑降水
引發(fā)地面沉降的貢獻率已經占到地面沉降總量的
16％左右，但是由于基坑降水引發(fā)地面沉降在天津
發(fā)生的歷史較短，導致對基坑降水過程中進行回灌
所采用的方式方法及相關技術要求的研究起步較
晚，學者對其發(fā)生、發(fā)展及影響范圍的規(guī)律研究不
深，管理上缺乏有力的科研依據(jù)。因此，筆者以典型
基坑工程為案例，探討不同深度及不同截斷方式的
基坑降水對地面沉降的影響范圍及發(fā)展關系，為進
一步制定行之有效的管理措施提供科學依據(jù)。
1有限差分模型建立及驗證
首先依托天津文化中心站抽水試驗對數(shù)值模型
進行校核。試驗流程，見表1。其中，W2、W3分別
為第一、二承壓含水層降壓井；P2—1一P2—3、P3—1一
P3—3分別為第一、二承壓含水層水位觀測井；DC—
CJ01--DCCJl0為地面沉降監(jiān)測點，為了保護測點，
將其布置在地表下2 In；分層沉降監(jiān)測點和分層孔
壓監(jiān)測點分別布置4組，每組包括3個位置接近的測
孔，如FCCJl—1一FCC兒一3、KXSl一l—KXSl—3，其埋
置深度分別為4、8、12 m。
收稿日期：2016_咱3一15
作者簡介：時紹瑋(1983一)，女，工程師，主要從事地面沉降控制與
管理工作。
表1抽水試驗流程
根據(jù)土層分布，建立了三維地下水滲流數(shù)值模
型，模型參數(shù)見表2。分別對W2井、W3井抽水試驗
進行數(shù)值模擬，并分別將計算的觀測井P2—1一P2—3
及P3—2一P3—3的水位降深與現(xiàn)場抽水試驗的觀測
井降深作對比，如圖l一2所示。
表2模型土層分布及滲透系數(shù)
萬方數(shù)據(jù)
·46· 時紹瑋，朱慶川，徐冬：城市建設基坑降水引發(fā)地面沉降的影響研究2016年8月
圖1 W2抽水試驗過程中觀測并P2一l—P2—3的水位
降深計算值與實測值對比
圖2 W3抽水試驗過程中觀測井P3-2--P3-3的水位
降深計算值與實測值對比
由圖1—2可以看出，建立的三維地下水滲流數(shù)
值模型可以反映實際場地土層特性，因而用該模型
來研究基坑降水引發(fā)沉降的范圍。
2沉降影響范圍
2．1基坑深度5及10 m
基于驗證過的數(shù)值模型，通過對不同開挖深度
(5、10 m)的基坑分別進行模擬，通過對截斷第一承
壓含水層的程度來控制沉降的影響范圍，從而對地
下支護結構設計方案進行優(yōu)化。截斷方式有3種，
即工況l：未對第一承壓含水層進行處理；工況2：截
斷第一承壓含水層總厚度的1／2；工況3：對第一承
壓含水層全部截斷。
經計算，結果如下：
(1)開挖深度5 m的基坑。用驗證后的模型，降
深滿足深度為5 m的基坑，對3種截斷方案均進行了
模擬。由于開挖深度較淺，經過抗凸涌計算，基坑施
工過程中并不需要對第一承壓含水層進行減壓處
理。但發(fā)現(xiàn)第一承壓含水層是否截斷對基坑外沉降
影響較小，基坑外最大沉降未超過O．5 mrn。沉降等
值線，如圖3所示。
(2)開挖深度10 m的基坑。同上，由于開挖深
度較淺，所以在基坑施工過程中并不需要對第一承
壓含水層進行減壓處理。但發(fā)現(xiàn)第一承壓含水層是
否截斷對基坑外沉降影響較小，基坑外最大沉降未
超過O．5 mm。沉降等值線，如圖4所示。
圖3開挖深度5 m的基坑工況1降水完成后180 d沉降
／／ ＼
＼ ／
圖4開挖深度10 m的基坑工況1降水完成后180 d沉降
2．2基坑深度15、20及25 m
基于驗證過的數(shù)值模型，通過對不同開挖深度
(15、20、25 m)的基坑分別進行模擬，通過對截斷第
二承壓含水層的程度來控制沉降的影響范圍，從而
對地下支護結構設計方案進行優(yōu)化。截斷方式有5
種，即工況1：未對第二承壓含水層進行處理；工況
2：截斷第二承壓含水層總厚度的1／4；工況3：截斷
第二承壓含水層總厚度的1／2；工況4：截斷第二承
壓含水層總厚度的3／4；工況5：對第二承壓含水層
全部截斷。
(1)開挖深度15 m的基坑。用驗證后的模型，
降深滿足深度為15 m的基坑，對5種截斷方案均進
行了模擬。由于開挖深度較淺，所以在基坑施工過
程中并不需要對第二承壓含水層進行減壓處理。但
發(fā)現(xiàn)第二承壓含水層是否截斷對基坑外沉降影響較
小，基坑外最大沉降未超過3 mm。沉降等值線，如
圖5所示。
萬方數(shù)據(jù)
2016．No．4 海河水利·47·
圖5開挖深度15 m的基坑工況1降水完成后180 d沉降
(2)開挖深度20 m的基坑，4個工況下，基坑外
沉降等值線如圖6q所示。
／——、＼
圖6開挖深度20 m的基坑工況1降水完成后180 d沉降
＼＼10—／
圖7開挖深度20 m的基坑工況2降水完成后180 d沉降
1 0
圖8開挖深度20 m的基坑工況3降水完成后180 d沉降
圖9開挖深度20 m的基坑工況4降水完成后180 d沉降
(3)開挖深度25 m的基坑。當未對第二承壓含
水層進行處理時，基坑外沉降嚴重，且影響范圍較
大，基坑外沉降最大值40 mm，180 d沉降等值線如
圖1卜14所示。
基于地下連續(xù)墻對第二承壓含水層的的截斷方
式的不同，來控制基坑周邊地表沉降。將地表沉降
分為10、20、30、40 mm 4條等值線，研究基坑中部地
10
30
圖10開挖深度25 m的基坑工況1降水完成后180 d沉降
zo
而
T0
圖1l開挖深度25 m的基坑工況2降水完成后180 d沉降
初
7D～
圖12開挖深度25 m的基坑工況3降水完成后180 d沉降
10
20
10
圖13開挖深度25 m的基坑工況4降水完成后180 d沉降
圖14開挖深度25 m的基坑工況5降水完成后180 d沉降
萬方數(shù)據(jù)
·48· 時紹瑋，朱慶川，徐冬：城市建設基坑降水引發(fā)地面沉降的影響研究2016年8月
連墻與4條等值線距離，得出地面沉降影響范圍，從
而提出墻深控制指標，如圖15所示。統(tǒng)計計算結
果，見表3—6。
圖15基坑周圍地表沉降等值線與基坑距離示意
表3地連墻中點與10舳等值線距離。
表4地連墻中點與加蛐等值線距離。
O
O．25
0．5
O．75
1
0 46．16
0 44．59
0 14．4
0 O
O 0
表6地連墻中點與40衄等值線距離m
經過上文計算，可以得到15—25 m深度基坑在
不同止水帷幕深度的工況下10、20、30、40 mln沉降
的影響范圍，從而根據(jù)不同需要進行止水帷幕優(yōu)化
設計。此外，對于基坑開挖深度為5、10 m的基坑，
由于基坑開挖深度相對較小且坑底距離天津市區(qū)穩(wěn)
定第一承壓含水層層頂距離較大(一般約10 m)，故
一般不需對第一承壓含水層進行降壓處理，基坑降
水引起的坑外地面沉降范圍很小(在止水帷幕不發(fā)
生滲漏的條件下)。
3地面沉降發(fā)展過程
基于上文數(shù)值模型，以25 m深基坑為例，探討
5種不同止水帷幕截斷方式工況下坑內降水后坑
外水位及地面沉降隨時間發(fā)展關系，選取坑外距離
地連墻中點約10 m位置進行分析。圖16為地面沉
降時程曲線，圖17為坑外承壓層水位變化時程曲
線，圖18為坑外承壓層上覆弱透水層水位變化時
程曲線。
由圖16可以看出，地面沉降在降水開始后10—
20d發(fā)展較快，且能完成最終沉降的75％以上，而由
于承壓層上弱透水層及潛水層中滲透性較差土層的
存在，地面沉降在所計算的180 d后仍未穩(wěn)定，尤其
是止水帷幕沒有截斷承壓層的各工況。
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圖16深25 m基坑不同工況下沉降隨時間變化曲線
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圖17深25 m基坑不同工況下承壓水位隨時間變化曲線
萬方數(shù)據(jù)
海河水利·49·
—●-T況一
'--'t-r況二
十[況三
+I。況四
十邱0五
圖18深25 m基坑不I司工況下承壓層
上覆弱透水層水位隨時間變化曲線
4結論
(1)對于開挖深度為5、10 m的基坑，由于基坑
開挖深度相對較小且坑底距離第一承壓含水層層頂
距離較大(一般約10 m)，一般不需對第一承壓含水
層進行降壓處理，基坑降水引起的坑外地面沉降范
圍很小(在止水帷幕不發(fā)生滲漏的條件下)。
(2)深15 m基坑由于不需要對第二承壓含水層
進行減壓，所以基坑降水并不會引發(fā)該含水層水位
明顯下降，第二承壓含水層是否截斷對坑外地表沉
降影響較小。
(3)深20 m基坑需要對第二承壓含水層進行減
壓，加深止水帷幕深度會增加地下水滲流路徑，從而
改變地下水滲流，減小坑外土體沉降。
對于10 mm的沉降影響范圍，根據(jù)基坑止水帷
幕深度的不同，該范圍介于0～42 m；對于20 mm的
沉降影響范圍，根據(jù)基坑止水帷幕深度的不同，該范
圍介于0—10 m；而不論基坑止水帷幕是否截斷第
二承壓含水層，深20 in基坑滿足降壓要求后，基本
不會出現(xiàn)坑；,b30 mm的沉降。具體隋況，見表3—6。
此外，當止水帷幕截斷50％以上時，10mm沉降
影響范圍有明顯“收縮”，當止水帷幕截斷75％以上
可將10 mm沉降控制在距離基坑10 m以內。具體
情況，見表31。
(4)深25 m基坑開挖較深，如地下連續(xù)墻未截
斷第二承壓含水層，為防止坑底凸涌，需對該含水層
進行減壓處理，由于降深較大，坑外地表會出現(xiàn)較大
沉降(約40 mm)。
對于10 mm的沉降影響范圍，根據(jù)基坑止水帷
幕深度的不同，該范圍介于0—140 m；對于20 mm
的沉降影響范圍，根據(jù)基坑止水帷幕深度的不同，該
范圍介于0～88 m；對于30 mm的沉降影響范圍，根
據(jù)基坑止水帷幕深度的不同，該范圍介于0—46 m；
對于40 mm的沉降影響范圍，根據(jù)基坑止水帷幕深
度的不同，該范圍介于0—10 m。具體情況，見表
3—_6。
此外，對于10 mm的沉降影響范圍，增加止水帷
幕深度對其影響不大，如果周圍建筑對沉降敏感，沉
降需要控制在10 mm以內時，建議將第二承壓含水
層截斷；對于20mm的沉降影響范圍，止水帷幕截斷
50％以上時，其沉降影響范圍有明顯“收縮”；對于
30mm的沉降影響范圍，止水帷幕截斷25％以上時，
其沉降影響范圍有明顯“收縮”。具體情況，見表
3—16。
(5)基坑降水后，地面沉降在降水開始后10～
20 d發(fā)展較快且能完成最終沉降的75％以上，而由
于承壓含水層上弱透水層及潛水層中滲透性較差土
層的存在，地面沉降在較長時間內仍不能穩(wěn)定，尤其
是止水帷幕沒有截斷承壓層的工況。
參考文獻
【1】葉淑君，薛禹群，張云，等．上海區(qū)域地面沉降模型中土層
變形特征研究【J]．巖土工程學報，2005，27(2)：140—147．
[2】楊建民，鄭剛，焦瑩．天津站抽水試驗分析叨．土木工程學
報，2008，41(7)：67—70．
[3】楊建民，鄭剛，焦瑩．天津站抽水試驗數(shù)值反演分析叨．土
木工程學報，2010，43(9)：125—130．
[4】張剛，梁志榮．承壓水降水引起地表沉降現(xiàn)場試驗研究[J]．
巖土工程學報．2008，30(增刊)：323—327．
[5】周念清，唐益群，婁榮祥，等．徐家匯地鐵站深基坑降水
數(shù)值模擬與沉降控制[J】．巖土工程學報，201 l，32(12)：
1950—1956．
【6】6王建秀，吳林高，朱雁飛，等．地鐵車站深基坑降水誘發(fā)
沉降機制及計算方法[J]．巖石力學與工程學報，2009，28
(5)：1010—1019．
·環(huán)球水信息·
永定河成功舉辦防汛演習
7月12日，北京市永定河防汛指揮部辦公室組織
開展永定河防汛演習，永定河管理處及各基層管理
所、門頭溝、石景山、豐臺、大興、房山分指揮部參加
統(tǒng)一演練。
針對目前全國嚴峻的防汛形勢，指揮部要求各部
門要高度重視，嚴陣以待，加強防守，落實責任，以最飽
滿的狀態(tài)做好主汛期各項工作，確保永定河安全度汛。
(摘自2016年7月14日北京水務網)
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