1、探析基坑降水引起的地面沉降分析摘要：本文主要根据作者多年承担路桥施工的工作经历，对基坑降水引起地面沉降简单的研究，并对基坑降水引起地面沉降的原理和措施进行了简析。 关键词：基坑降水、地面沉降、概述、原理、措施 随着我国城市化进程的加快，高楼大厦不断地涌现，出现了大量的基坑工程，基坑的降水是保证基坑稳定的最主要方法之一，尤其是在地下水埋深较浅地区开挖基坑，基坑降水必不可少，降水成为基坑工程的重要组成部分。基坑降水给基坑施工带来很大的方便，但同时基坑的深井、群井抽水也引起了一系列的问题，给降水基坑周围建筑物带来了不良影响，长时间的抽水降低地下水位，会引起周围建筑物基础与地面产生不均匀沉降。不均匀沉
2、降会随着基坑边缘向外渐渐地扩展开来，下文主要就基坑降水引起的地面沉降进行简单的分析。 一、基坑降水引起地面沉降概述 在进行基坑降水引起的地面沉降分析时，应将整个松散沉积层作为一个整体进入模型参与计算，并将其概化为三度空间上的非均质各向异性。本着定水头边界应远离源、汇项的原则，通过试算，取以整个基坑的四周的最远边界点为起点,各向外扩展约数百米远，四周均按定水头边界处理。基坑降水过程中,地下水流态为三维非稳定流，基坑内地下水的疏干降压井是唯一的方法，降水引起含水层中地下水位下降,导致含水层有效应力逐渐增加,含水层骨架发生压缩变形,进而引起了基坑周围地面沉降的发生。 基坑降水引起地面沉降的另一原因，
3、是水位下降使得地层孔隙中的静水压力减少,给地基土施加一个附加应力,导致土层压缩而引起地面沉降。为了确保基坑周边建筑物地基稳定性，在降水设计时,应根据降水含水层的特性、地下水位、基坑大小、降水深度,周边建筑物的远近、高度及基础深度等因素,对周边建筑物地基的沉降量及沉降差进行评估计算,计算结果对降水方案的可行性起决定作用。同时由于地基土层的岩性不同,在降水井设计和施工过程没有针对不同含水层的岩性特征采用相应的措施,结果导致出水含砂泥量过高，破坏地层结构,造成塌陷，直接危及基坑周边地基稳定性。 二、基坑降水引起地面沉降原理 地下水的运动有层流和紊流两种形式，这里主要是地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不
4、太大的速度连续渗透的层流状态。并符合达西定理关于地下水的渗流速度与水力坡降成正比。抽水井的渗流运动严格来说属于三维渗流，可以从渗流运动的微分方程组出发来求解渗流运动要素空间场的函数关系。但这样求解非常复杂，这里忽略运动要素沿竖向的变化，并采用轴对称的假设。而近似用一维渐变渗流的一般公式来进行分析。虽然井的渗流运动一般属于非恒定流，但在地下水补给来源充沛，或经过一定的时间后渗流将会趋向稳定。且服从线性的达西定理，在此基础上作些基本假定，就可得到裘布依稳定潜水井流的涌水量。 基坑降水引起的地面沉降的计算理论主要有弹性理论、黏弹性理论等，实际运用中多根据弹性理论计算。一般采用一维固结理论，将各水头作
5、用下所产生的每层土的变形量叠加起来即为地面沉降量。在井点降水无大量泥砂排出的情况下,周围地面在降低水位深度内砂土含水层与粘性土弱含水层互层组合的地层沉降量可以采用分层总和法进行计算。总沉降量等于各土层沉降的总和，主要就粘性土及粉土层沉降和砂土沉降几个注意问题进行阐明。因基坑大井降水所形成的漏斗状浸润曲面随着抽水过程渐趋稳定,所以基坑周边不同距离的建筑物及其不同部位的水位下降值是不同的粘性土颗粒细、孔隙小,孔隙中主要存在着结合水、毛细水和重力水。粘性土的孔隙在自然状态下有的呈封闭状态,有的互相贯通,只有那些互相贯通整个土层的孔隙存在的重力水能够传递静水压力,因而在确定因水位降低而施加于土层的附加
6、荷载时应考虑这一点。 由以上面基坑降水引起的地面沉降原理的分析可知，对于一般的基坑，地下水流动方式也比较复杂，但主要是上层滞水或潜水。其降水设计比较简单，既可以在坑内简单地设集水井，又可以在坑外设井点降水，这两种降水方案都可以在坑外形成一个降水影响曲线。其对坑外地面沉降的附加值可以用的简化方法。假设降水曲线方程近似为裘布依稳定井流模型的影响线方程，且只考虑支护结构深度范围内的地下水竖向渗流。水力坡降可根据流网求得，有时也可取经验值。基坑开挖只考虑二维，看成是平面应变问题。不考虑时间因素，只计算降水曲线稳定后的沉降量。 三、基坑降水减少地面沉降措施 在基坑降水时减少地面沉降的方法主要是采取围护设
7、备，现就基坑降水常用的几种围护设备进行简单的比较和分析。基坑内的井点降水以疏干基坑内的地下水为目的，这类围护结构本身是隔水的。并位于潜水含水层以下，即潜水含水层的底板之中，将基坑内的地下水与基坑外的地下水分隔开来。其渗流特征为，基坑内外无水力联系，降水时基坑外的地下水不受影响。这类井点降水不会影响到坑外，但对围护结构的隔水性能要求较高。 基坑内降水还可以采取井点降水，也可以采取坑内集水坑排水。此时地下水的渗流特征为，基坑内外水力相通、相互影响，在围护结构的外侧，形成类似于井点降水的降水曲线。这种围护结构的降水方案多用在基坑不是太深的工程。围护结构还没有达到潜水含水层底板。另外有一种围护结构本身
8、可以不隔水，只按围护结构所受的土压力、支撑力和本身的抗弯刚度以及整体稳定来设计，降水井在围护结构的外侧，其降水深度满足基坑内无水即可，此时地下水的渗流特征为，基坑内外地下水完全相通。井点管周围形成明显的降水漏斗曲线，这种降水方式对坑外地面沉降影响范围最大。 不同的降水方案及围护结构，对坑外地面沉降的影响不同。对于上面的第一种情况,地面的沉降主要是围护结构的水平位移和坑底土体隆起造成的。其降水措施由于没有直接影响到坑外的土体，也即坑外的地下水没有下降，其原有的地下水渗流场没有改变，故降水并没有给坑外的地面造成附加沉降。还有一种情况虽然是坑内降水，但能在坑外比较快地形成很明显的影响曲线，这一曲线随
9、开挖深度的不同也在不断变化，随着时间的延长,降水曲线逐渐稳定,这种情况对地面的沉降影响很大。另外的那种情况下的坑外降水,对坑外的地下水破坏最大,降水幅度最大和影响范围最广,故地面的附加沉降当然最大。故在实际工程中应采用第一种围护结构，减少基坑降水时对地面沉降的影响。 四、结束语：基坑降水引起地基沉降的主要原因，是地基土水位降低使得孔隙中的静水压力减少，而施加于地基土的附加应力所致。同时与坑外土的性质密切关联，渗透系数越大降水影响半径越大，降水对坑外的影响大小还与降水方案的设计相关。因此在基坑工程中一定要小心地处理地下水，尽量避免大范围内地降低地下水，适时地采取止水围护结构来隔断基坑内外的地下水的水力传递。 参考文献 1陈崇希，林敏， 地下水动力学 ，中国地质大学出版社，1999 2陈希哲， 土力学地基基础 ，清华大学出版社，1998 3黄志仑， 关于地下建筑物的地下水扬力问题分析 ，岩土工程技术，2002 4骆祖江，李朗， 复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟 ，工程地质学报，2006 5许锡金,李东霞， 基坑降水引起地面沉降计算方法研究 ，岩土工程技术，2004 6王翠英，黄理兴，段卫昌， 深基坑降水引起周边地面沉降量值计算修正系数 Ms 的确定 ，岩土力学，2006
