地下水位對機(jī)場軟土地基沉降的影響分析

白德勇

（四川省機(jī)場集團(tuán)有限公司，四川 成都 610200）

在建的成都天府國際機(jī)場位于成都市簡陽市，場區(qū)內(nèi)的地下水主要為孔隙水和裂隙水。孔隙水賦存于第四系地層粉土與砂泥礫石層，裂隙水主要存在于砂巖、粉砂巖夾層。根據(jù)地下水的埋藏條件，可將場區(qū)附近范圍地下水分為上層滯水、潛水與承壓水。潛水主要為第四系地層松散堆積物的孔隙水及部分基巖風(fēng)化裂隙水，而承壓水則主要為中砂巖夾層的層間裂隙水。在水文勘察期間，場區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋藏深度1.1～6.3m，地下水位年變化幅度1.5～2.0m。

機(jī)場所在區(qū)域常年降雨比較豐富，年平均降雨量為900mm，年內(nèi)降水時空分布不均，季節(jié)性明顯，每年7月、8月降雨比較集中，降雨量分別能達(dá)到183mm和174mm。由于降水量及地下水資源豐富，在施工過程及工后運營中，場區(qū)內(nèi)軟土地基受地下水位的影響十分顯著，需要研究地下水位變化與沉降之間的關(guān)系，為后續(xù)沉降預(yù)估與評判提供依據(jù)。

1 地下水位與軟基沉降的關(guān)系

地下水是地殼中的重要水源，同時也是巖土三相中的重要組成部分。地下水在巖土中滲流會對土體的工程力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。水位是地下水的重要表征手段，地下水位的變化會使得地基土中的有效應(yīng)力場發(fā)生變化，含水層孔隙水壓力的減小必然引起底層厚度的壓縮，從而引起地基土的沉降[1-2]。

國內(nèi)外學(xué)者對由地下水位變化引起路基的沉降開展了相關(guān)研究。錢壽易等[3]將地下水滲流在含水層中以二維的條件進(jìn)行模擬，地下水壓縮用一維固結(jié)垂直模擬，進(jìn)而提出了用于預(yù)測地下水和地面沉降關(guān)系的準(zhǔn)三維模型。Chai等[4]假設(shè)了幾種地下水位下降的情況，采用一維固結(jié)耦合分析法，預(yù)測了地面的沉降，結(jié)果較好。金瑋澤等[5]通過理論計算分析，認(rèn)為當(dāng)?shù)叵滤换厣脸跏妓粫r，土基只發(fā)生部分回彈，存在部分殘余沉降量。同時，孔隙度、滲透系數(shù)和彈性模量等參數(shù)對應(yīng)地下水位的下降與回升的趨勢，但是滯后于水位的變化。同時，研究人員也針對地下水開采引起的地面沉降做了大量研究，目前國內(nèi)主要研究地域有北京、大同盆地、三江平原、黃河三角洲等地區(qū)[2]，認(rèn)為地下水位的形狀與地表的變形具有很好的一致性。在降水方面，地表的沉降變化與降水周期基本保持一致，降水過程中雖然會出現(xiàn)回彈，總體的沉降趨勢是隨著降水量增加而增加，最后趨于穩(wěn)定。

2 工程實例

2.1 地質(zhì)情況

場區(qū)內(nèi)以淺丘寬谷地貌為主，地勢東高西低，南高北低。區(qū)域內(nèi)覆蓋地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層，包括第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系全新統(tǒng)殘破積層。其中，軟弱土總方量約為2226.3萬m3，溝谷軟弱土2218.5萬m3，獨立水塘軟弱土方量為7.8萬m3。軟土地基分布較廣，對于整個場區(qū)沉降的影響較大。

2.2 水文條件

（1）降雨充沛。場區(qū)平均降雨量為836.2mm，常年降雨量在497.1～1267.4mm。（2）年內(nèi)降水時空分布不均。場區(qū)降雨季節(jié)性明顯，集中分布在每年的七八月份，平均降雨量分別為182.9mm和174.3mm。（3）年際降水量。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，最小的降水量為497.1mm，最大降水量為1267.4mm。（4）降水量地域分布不均。場區(qū)降水量自西北和西南方向向中部遞減；隨高程的增加而增加。

2.3 傳感器布設(shè)

（1）地下水位監(jiān)測。地下水位監(jiān)測埋設(shè)在地面以下或④-2層，埋設(shè)方法為一孔多點，沿孔豎向每2m埋設(shè)一個監(jiān)測點，鉆孔直徑為110～130mm。監(jiān)測傳感器為基康BGK-4500SR型滲壓計，適合在各種惡劣環(huán)境中使用。（2）地面沉降監(jiān)測。選用沉降監(jiān)測板、測桿進(jìn)行沉降監(jiān)測。觀測采用二等水準(zhǔn)觀測，水準(zhǔn)路線為支路線，觀測點測站高差中誤差≤±0.5mm。按二等水準(zhǔn)精度進(jìn)行監(jiān)測。每1km水準(zhǔn)測量高差中數(shù)偶然中誤差±0.3mm。

3 數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場觀測時間為2017年5月10日—2018年11月16日，總計時間約為一年半。觀測間隔為6～10d，視施工及氣候等條件而定。場區(qū)三個點位的地下水位觀測值、沉降值及沉降速率的數(shù)據(jù)如圖1～圖3所示。

由于三個測點的地理位置不同，所以地下水位的變化存在一定的差異性。下面對這三個測點的水位與沉降變化規(guī)律進(jìn)行分析：（1）第一測點由于降雨等氣候原因，地下水位長時間保持著較高的狀態(tài)，其沉降量也呈現(xiàn)出較為均勻的下降。沉降速率隨著沉降量的增加而變慢。當(dāng)?shù)叵滤挥善椒€(wěn)的高水位狀態(tài)急劇下跌時，沉降量與沉降速率同時呈現(xiàn)顯著的加劇趨勢。（2）第二測點的地下水位先是呈現(xiàn)平穩(wěn)上升狀態(tài)，同時沉降量與沉降速率變化都較為平穩(wěn)。當(dāng)水位下跌的時候，沉降量出現(xiàn)較為明顯的陡變現(xiàn)象。（3）第三測點與第二測點類似，水位總體是上升的趨勢，當(dāng)中間水位有突然的下降時，沉降量與沉降速率均出現(xiàn)陡變現(xiàn)象。

圖1 第一監(jiān)測點數(shù)據(jù)

圖2 第二監(jiān)測點數(shù)據(jù)

圖3 第三監(jiān)測點數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

根據(jù)目前對地下水位與軟基沉降量研究的總結(jié)，同時結(jié)合成都地區(qū)機(jī)場場區(qū)18個月的地下水位與沉降量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，文章得到以下結(jié)論：（1）地下水位的曲線形狀與地表的變形具有很好的一致性。地表的沉降變化與降水周期基本保持一致，降水過程中雖然會出現(xiàn)回彈，總體的沉降趨勢是隨著降水量增加而增加，最后趨于穩(wěn)定。軟土路基整體的沉降量隨著時間的變化而變大，同時隨著沉降量的增大，沉降速率變慢。（2）軟基的沉降量與沉降速率對地下水位的變化較為敏感。當(dāng)?shù)叵滤怀霈F(xiàn)突變的時候，后兩者會發(fā)生較為明顯的隨變效應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤蛔兏撸鼗某两邓俣葧兙?；?dāng)?shù)叵滤蛔兊?，地基的沉降速度會加劇。由于軟基沉降對地下水位的敏感性，在實際工程中，需要對施工區(qū)域的水文氣候條件進(jìn)行科學(xué)的勘測，以規(guī)避和防范因此而造成的軟基沉降。