天津市承壓水分布及對深基坑工程影響分析

史華偉

1 天津市各區(qū)工程地質(zhì)

天津市地處燕山山地向?yàn)I海平原過渡地帶，從10萬年前至今的期間內(nèi)，曾有三次海進(jìn)和海退，最后一次海退距今約5000年左右，歷次海進(jìn)海退形成數(shù)道貝殼堤。地貌主要以堆積平原為主，占全市面積93%以上，薊縣北部有部分山地丘陵，塘沽、漢沽為海岸潮間帶。

天津市第四系分布廣，厚度大，可分為更新統(tǒng)與全新統(tǒng)。市區(qū)及郊區(qū)大部分面積為全新世地層。

南部廣大平原區(qū)根據(jù)地貌形態(tài)和成因可分為:山前沖洪積傾斜平原、洪沖積平原、沖積平原、海積沖積低平原及海積低平原。平原區(qū)廣布第四系松散層，平原區(qū)北部(寶坻斷裂以北)第四系厚為數(shù)米至300 m，平原區(qū)南部(寶坻斷裂以南)及濱海地區(qū)第四系厚300 m～450 m，第四系松散土土質(zhì)類型主要有粘性土(粘土、粉質(zhì)粘土、粉土)、砂類土、黃土狀土、卵礫碎石土、淤泥及淤泥質(zhì)土五種類型。其中和工程密切相關(guān)的主要是埋深100 m范圍內(nèi)的土層。

以五種土質(zhì)類型為基本單元，根據(jù)垂向的變化組合關(guān)系，并考慮平原區(qū)淺層(30 m左右)，上下為陸相層，中間為海相層的沉積相變關(guān)系劃分出單層、雙層和多層結(jié)構(gòu)三種類型，寶坻斷裂以北的山前平原為粘性土—砂類土的雙層結(jié)構(gòu)，寶坻斷裂以南平原區(qū)及濱海地區(qū)為多層結(jié)構(gòu)，只有局部受河流影響地段出現(xiàn)了雙層結(jié)構(gòu)。

2 各區(qū)承壓含水層分布及水頭

天津市地下水在垂直方向上，可分為淺層地下水和深層地下水，共四個含水組。

第Ⅰ含水組為淺層水，含水層底界深度一般在70 m以內(nèi)，地層時代為全新統(tǒng)—上更新統(tǒng)，參與現(xiàn)代水循環(huán)，接受降水補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄，水力特性為潛水或淺層承壓水。

深層地下水包括第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水組，分別相當(dāng)于中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)上段和下更新統(tǒng)下段，底界深度分別在180 m～220 m，290 m～310 m，370 m～430 m，以細(xì)粒砂和粘性土互層為主，水力特性為高水頭承壓水，與淺層水之間有穩(wěn)定的隔水層或較厚的弱透水層，不參與現(xiàn)代水循環(huán)，多為古沉積水，主要接受微弱的側(cè)向補(bǔ)給和上部含水層的越流補(bǔ)給，在開采量中，彈性釋水量和弱透水層壓密釋水量占很大比重。

淺層水水位埋深比較淺，多為1 m～2 m或2 m～3 m，最深至埋深5 m;而第Ⅱ含水組承壓水水位基本位于-20 m之下，在漢沽、塘沽、靜海、北辰等用水比較集中的地區(qū)，水位甚至在-50 m～-80 m，市區(qū)內(nèi)由于控制對第Ⅱ含水組的開采使水位今年有所恢復(fù)。

第Ⅱ含水組承壓水地層位于埋深約80 m之下，而一半地下工程開挖深度在40 m之內(nèi)，影響深度約80 m之上，巖土工程施工難以影響到此含水組;且其水位高度因在-20 m之下，也難以對工程造成突涌等威脅，所以一般基坑工程或隧道工程等地下工程基本不必考慮第Ⅱ含水組承壓水的影響。第Ⅲ，Ⅳ含水組對地下工程基本無影響。地下工程所受地下水的影響主要來自于淺層地下水，即底界深度在70 m以上、水位埋深在5 m以上的第Ⅰ含水組。

天津市地下水系統(tǒng)可劃分為兩個區(qū)，寶坻斷裂以北為薊運(yùn)河地下水系統(tǒng)區(qū)，寶坻斷裂以南平原區(qū)為海河—潮白河地下水系統(tǒng)區(qū)。

平原區(qū)淺層水單井用水量在100 m3/d～500 m3/d范圍或100 m3/d以下，目前市區(qū)內(nèi)數(shù)個工程現(xiàn)場抽水試驗(yàn)最大單井用水量在120 m3/d。

淺層水埋藏較淺，主要接受降水、河渠滲漏和灌溉回歸水的入滲補(bǔ)給，主要通過蒸發(fā)和開采排泄。山前平原區(qū)含水層顆粒粗，地下水徑流條件好，水位動態(tài)穩(wěn)定，年變幅1.0 m～2.5 m，表現(xiàn)為滲入—徑流—開采型動態(tài)。南部平原區(qū)淺層水徑流條件差，水力坡度一般為0.1‰～0.5‰，河流、洼淀、水庫等地表水體往往是淺層地下水的局部排泄帶，在汛期河流補(bǔ)給地下水，地下水總體流向渤海灣，渤海灣是淺層水最終排泄帶，地下水動態(tài)多處于自然狀態(tài)，屬于滲入—蒸發(fā)型動態(tài)特征，多年動態(tài)變化較小。

塘沽區(qū)地下埋深約40 m處有一層分布廣泛的粉砂層，之上全部為粘土層，這一粉砂含水層在地下工程施工中會形成承壓性。天津市區(qū)及近郊則在埋深約20 m處即出現(xiàn)粉砂和細(xì)砂層，之下還斷續(xù)出現(xiàn)粉砂—粘土互層。粘性土含水量大、壓縮性高、滲透系數(shù)小并具有遲滯效應(yīng)，使得排水施工更加困難，理論分析更加復(fù)雜。

3 基坑降水工程問題

基坑降水工程的主要目的是為了疏干基坑內(nèi)土層含水以能夠干式作業(yè)，同時對于承壓水需要保證抗突涌穩(wěn)定安全，以及避免管涌、流砂等滲流破壞。所以對于某些承壓含水層需要采取降水減壓措施，而減壓會導(dǎo)致土體粒間有效應(yīng)力增加產(chǎn)生沉降，尤其對于施工現(xiàn)場附近具有對沉降敏感的地下管線或高層建筑等時，如何既能保證安全減壓，又能良好控制沉降，成為一個具有難度的課題。

為此要著手從以下課題展開研究:水文地質(zhì)模型識別即含水層類型判定;含水層水文地質(zhì)參數(shù)反演;井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)，包括井?dāng)?shù)、井距、涌水量等;抗突涌穩(wěn)定演算及減壓井布置和減壓設(shè)計(jì);應(yīng)急分析和應(yīng)急預(yù)案設(shè)計(jì);井點(diǎn)降水?dāng)?shù)值計(jì)算分析;地面沉降數(shù)值計(jì)算分析。

4 結(jié)語

天津市為沖洪積平原與海積平原，市區(qū)及郊區(qū)大部分面積為全新世地層，第四系松散土土質(zhì)類型主要有粘性土、砂類土、黃土狀土、卵礫碎石土、淤泥及淤泥質(zhì)土五種。天津市地下水在垂直方向上，可分為淺層地下水和深層地下水，共四個含水組。第Ⅰ含水組為淺層水，含水層底界深度一般在70 m以內(nèi)，地層時代為全新統(tǒng)—上更新統(tǒng)，參與現(xiàn)代水循環(huán)，接受降水補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄，水力特性為潛水或淺層承壓水。第Ⅰ含水組對基坑降水影響大，第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ含水組屬深層水，對工程建設(shè)基本無影響。基坑降水需要疏干基坑內(nèi)儲水，為基坑開挖創(chuàng)造干式作業(yè)條件;降低坑底承壓含水層水頭，保證抗突涌穩(wěn)定安全，避免滲流破壞;控制降水引起的面沉降，避免產(chǎn)生較大差異沉降。

[1]天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局.天津市地質(zhì)環(huán)境圖集[M］.北京:地質(zhì)出版社，2004.

[2]候 釗，陳 環(huán)，錢 征，等.天津軟土地基[M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1987.

[3]張咸恭，王思敬，張倬元，等.中國工程地質(zhì)學(xué)[M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

[4]梁多勝.深基坑支護(hù)與降水施工技術(shù)[J］.山西建筑，2011，37(1):63-64.