复杂地质条件下超深基坑渗流特性研究（1）

随着城市建设的发展，高层建筑和大量的地下工程的出现，随之而来的是大量的深基坑、超深基坑的施工问题。地下水作为影响基坑稳定性的主要因素之一，会加大工程的难度，尤其对沿海大城市的影响特别明显。复杂的地质条件和汛期超高地下水位，使得这些地区的基坑工程富有挑战性和风险性，因此地下水的控制在基坑施工中尤为重要。

长江中下游地区的土层呈典型的二元结构，上部由透水性弱、力学强度低的粘性土层组成，为隔水层或潜水含水层；下部由力学强度较高，透水性强的砂、砾、卵石层组成，富水性好。进行基坑施工时，为防止地下水的影响，同时控制降水对周边环境的影响，通常采用降水与帷幕止水相结合的地下水控制方案。又因地下水位较高、含水层厚、渗透系数较大以及相对隔水层埋深较大等原因，落地式止水帷幕具有施工成本高、难度大的问题。因此，常采用悬挂式止水帷幕，结合坑内降水井的降水方案是该类基坑工程中地下水控制的主要措施。目前，已有学者研究了悬挂式止水帷幕的基坑渗流问题，但针对影响基坑渗流特性及因素的研究较少。因此，结合富水软土地区二元结构的地层渗流特性，建立典型的二元结构渗流计算模型，对多种组合降水进行数值模拟，并重点分析地下连续墙埋深深度、降水井底部高程和强透水层渗透系数对基坑渗流特性的影响。

1?软土地区二元结构地层地质特征

软土地区二元结构地层一般是在江河的一级阶地，其地层为河流冲积相的沉积物，土体颗粒具有上细下粗的特点。以汉口地区为例，上段由厚度一般为几米至十几米的淤泥质土，由软塑粉质粘土或粘土组成，其力学性质差，天然含水量一般大于40%，孔隙比一般大于1，地基承载力标准值一般为40~90kPa，压缩模量为1.5~3.0MPa，为弱透水层；中段为粉土、粉砂或粉砂与粉质粘土互层，厚度约5~10m，压缩模量4.0~6.0MPa，为中等透水层；下段主要为粉细砂层，厚度20~30m，底部常有2~6m的粗中砂、砾砂和卵石层，其渗透系数自上而下逐步增大，为强透水层。

2?计算模型

根据二元结构典型地层的工程地质条件，将地层简化为具有代表性的8个岩土层，各岩土层的厚度和渗透系数见表1。从总体上看，整个含水层由上到下颗粒逐渐变粗，透水性由弱变强，土层4~6为强透水层，渗水量较大。

表1?各岩土层的厚度和渗透系数

根据表1中各土层厚度（总厚度100m），有限元计算模型的尺寸为（长×宽×高）450m× 470m×100m，基坑在水平面内为矩形50m×70m。

由上至下共8个水文地质层，建立水文地质模型。根据与基坑的关系进行网格划分，并加密基坑附近的 网格。

覆盖层深度达60m，采用全封闭式隔水措施，会大幅增加施工的难度和成本，因此，应在满足降水条件的前提下，主要研究采用悬挂式止水帷幕和坑内降水相结合的地下水控制方案，基坑的降水结构如图1所示。

图1?基坑降水结构示意

模型四周为定水头边界（第一类边界条件），水头为100m。基坑内为定流量边界（降水井），模型底部为不透水边界。随着基坑的开挖，坑内不断抽水，地下水将在坑外形成降水漏斗，降水漏斗面即为自由面边界。