淺析上海地區某工程深基坑地下水控制措施

□姜軍禮（上海同濟工程項目管理咨詢有限公司）□馮新軍（陸渾水庫管理局）

1.工程概況

該工程位于上海市,基坑開挖面積20000m2，周長約620m，基坑開挖深度19.80～21.7m，基坑開挖至⑤2層；基坑圍護采用1000m m和1200m m厚地下連續墻,分別深入地下43.2m、53m，基本斬斷⑤3層微承壓含水層。

該工程四周以道路和歷史建筑為主，道路下有較多的管線，場區距周邊道路、地下管線較近；基坑東北角為歷史保護建筑，南側為過江隧道(距離基坑9m)和大直徑污水管，東側為外灘通道（距基坑13m）；周圍環境復雜，保護要求高。

上海土質分9層，根據工程地質報告，本工程場地缺失⑥層和⑧層粘性土層，共分7層；本場區內⑤3層砂性較多，具有微承壓性，且⑤3層厚度相對較薄，下部的⑤4層在局部地段缺失，造成⑤3層和⑦層直接水力聯系。

該工程水文地質現狀：

1.1 場地淺部土層中地下水為潛水類型，水位穩定于0.32～0.50m之間，潛水位的動態變化主要受控于天氣降水，豐水期為5-8月份，地下水位較高；枯水期為12-2月，水位較低。年水位變化幅度在1m左右。

1.2 ⑤3層含水層具有微承壓性，承壓含水層位于工程地質分層的⑦層。概括上海地區工程經驗，此層承壓水位埋深一般在地面以下3.0～11m，隨季節周期性變化，勘察期間（2011年5月15日至23日）承壓水水位埋深5.8～6.3m。參考專項抽水試驗報告（2011年12月），實測水位埋深為8.0m。根據地質報告，場區東南部局部基坑底與此層承壓水含水層地面相對厚度較小，有可能引發基坑突涌。

2.安全驗算

根據工程地質及水文地質情況，應首先解決兩個問題：一個是承壓水降水和潛水降水，另一個是水井類型及數量。

2.1 抗承壓水突涌穩定性驗算

根據該工程地質報告，首先對該工程場地東南部局部存在基坑坑底與承壓含水層之間相對厚度較小的情況，進行抗突涌穩定性驗算。

基坑抗突涌穩定性條件：基坑底板至承壓含水層的頂板間的土壓力大于安全系數下承壓水的頂托力。

即：h·γS≧Fs·γW·H

其中：h為基坑底至承壓含水層頂板間的距離（m）；

γS為基坑底至承壓含水層頂板間的土層厚度加權平均重度（kN/m3），本工程取 18kN/m3;

H為承壓含水層頂板以上的承壓水頭高度（m）;

γW為水重度（kN/m3）;

Fs為基坑抗突涌安全系數（取1.10）。

該工程地下車庫部分基坑開挖深度為19.7m、（絕對標高-15.5m），主樓部分基坑開挖深度為21.7m、（絕對標高-17.5m）。車庫區域承壓水頭高度為約26m，覆土厚度約為12m。主樓區域承壓水頭高度約為28m，覆土厚度約為10m。

根據公式：

根據上述驗算，基坑開挖至坑底時，有突涌的可能性，必須增加減壓井。減壓井數量應根據地下水三維非穩定滲流數學模型計算，通過計算，本工程需要減壓井9口。

由于該承壓水頭是在平水期測得，而本工程的施工需經過雨季，應根據基坑坑底開挖完成時間確定是否要考慮在豐水期的降水方案；如在枯水期及平水期在基坑底部施工，則無需重復驗算。

2.2 微承壓水降水井數量驗算

本工程止水帷幕大部分隔斷⑤3層，根據抽水試驗由于⑤3層出水量較小，滲透透系低，具有微承壓性；該層土體在降水時脫水較快，但恢復較慢；基坑開挖至坑底時，其主要危害就是土體隆起。故首先考慮將部分疏干井和降壓井合二為一，設置聯合井。

《基坑降水技術規程》規定：單井流量＜1m3/h，且周邊無主要建筑物，疏干井和降壓井可以合并為聯合井。

《建筑基坑支護技術規程》規定：管井的出水量q(m3/d)按以下經驗公式：

q=120×3.14×R×L×K1/3

R為過濾器半徑；m（根據施工方案，R=0.136m）;

L為過濾器在含水層長度；m（根據施工方案，L=6m）;

K為滲透系數；m/d(根據地質報告，K=8×10-6cm/s)。

根據上述公式計算：q=0.4m3/d，＜1m3/h，可以用聯合井代替⑤3降壓井。

2.3 潛水降水井數量驗算

由于本工程沿地下連續墻周圍有8m寬的坑內裙邊加固，伸至基礎底板下7m。疏干井數量計算一般按照下面公式：

N為疏干井口數；

S為基坑內需要考慮的疏干面積；m2

A為疏干井疏干有效影響面積（一般為220-250）；m2

故：坑內疏干井（20000-620×8）÷250=60口。

疏干井和⑤3降壓井合二為一，布置成聯合井。

3.通過上述計算確定了降水井的類型、數量，在監理過程中，監理人員在過程控制中應該督促施工單位采取的技術措施、管理措施、應急措施及控制要點。

3.1 進行地下水控制應把握的主要技術要點

3.1.1 熟悉擬建場地地下地質報告勘測范圍內基土分層規律，工程地質特征，各土層土力學參數。

3.1.2 熟悉地下水水文地質條件：地下水的類型、埋藏條件、滲透性、承壓水水位、地下水與周圍的水力聯系。地下水漏斗的影響半徑，地下徑流補給區、排池區。

3.1.3 可能存在的環境水文地質問題：地下各施工段圍護施工情況，出現滲漏的形式及特點，注意周圍環境，即周圍建筑物、構筑物、地下管線、道路現狀、基坑圍護變形。

3.1.4 降水井點布置、數量井類型，在施工區段根據要求，施工方案要求，降水控制措施，做到按需降水，控制土方開挖方式、程序，嚴格按16字方針組織實施。

3.1.5 井點施工過程中必須進行必要的降水驗證。包括單井驗證、中期驗證、最終驗證，以提供施工、優化方案依據，并最終滿足設計要求。

3.1.6 編制應急預案：應注意主要針對地基隆起、突涌，圍護滲漏、管涌和突然停電等，以及相應工況下應急物資、設備設施、技術準備。

3.2 控制要點及措施

3.2.1 深井施工運行過程中的管理措施

深井降水系危險性較大的分項工程，施工方案必須經過專家論證，且有必要的安全驗算。編制承壓水降水井具體降水運行工況控制表，按需抽水，隨開挖深度加大逐步降低承壓水位，避免過早抽水、降深過大。應同時進行周邊環境沉降觀測。挖土施工盡量提高效率，縮短挖土時間，相應減少基坑裸露時間，同時減少降水降壓對周邊環境的影響。科學信息施工，注意沉降速率、累積沉降、坑外水位變化。如有異常，及時研究保護方法。停止降水時應注意驗算基礎的抗浮穩定性。配備雙路獨立電源。坑外壓力合力在開挖面以上1/3高度處，水土壓最大，因此應注意開挖面以上一定是否存在滲漏點。

3.2.2 深井降水控制技術措施

3.2.2.1 疏干井濾料宜用粗砂，濾料柱定粘土厚度≮3m；濾管厚度、材質等應有相關質量證明證書，注意其耐壓試驗證明和焊接質量。

3.2.2.2 降水運行前應重新測量各井井口高度及水位。疏干井應隨開挖逐步降水至開挖面以下1～2m。根據井內水位，有水即抽，無水即停；如降水周期較長，應注意地下水的腐蝕性及選用井管材料的耐腐蝕性。本工程降壓時間約為1年。降壓井嚴禁割除裸管部分，降壓時，合理控制降深，控制水位不低于計算水位下0.5m，同時應注意出水含沙率；降壓井穿越加固層，鉆頭進入含水層前，護壁泥漿應全孔置換。降壓井回填濾料及粘土球時應用測繩測試，誤差應小于10cm；注意濾管的埋深、長度，應全數隱蔽驗收。

4.風險工況的應急措施

根據本工程特點、工程地質及水文地質情況，降水過程中出現的風險工況主要有以下2種情況：

4.1 地下連續墻圍護施工質量差，開挖過程中圍護產生一定變形，導致墻體出現涌水，出水量較大。

應對措施：

4.1.1 如涌水點出現在開挖面以上，肉眼可見，其堵漏思路是將涌水轉變為點漏或者線漏。堵漏工序如下：

清理漏點——引流——模板支設——澆筑超早強混凝土——治理點漏、線漏——坑外堵漏。

4.1.2 涌水點在開挖面以下，肉眼不可見，其堵漏思路是首先固沙。堵漏工序如下：

漏點堆載——坑內靠墻處高壓注漿——坑外堵漏——坑內堵漏。

以上兩種堵漏方法，其思路就是首先使涌水量減少或形成內封閉，為坑外堵漏創造條件，贏得搶險時間，然后根據實際情況，將滲漏隱患消除，減少對周圍環境的影響。

4.2 地質勘探未探明的承壓水滲流通道，導致承壓水沿著滲流通道上升，形成管涌，出水量較大；應對措施是固沙，斬斷滲流通道，其工序如下：

漏點堆載——土體化學注漿——增加降壓井。

4.3 應急物資：根據以上風險工況及搶險工藝，應主要準備以下物資和設施：

鉆探設備、注漿設施、麻袋、水玻璃、超早強水泥等以及必要人力資源。

5.結語

本工程周圍環境復雜，深基坑施工包括多項危險性較大分項工程，施工過程中存在較多風險。為降低風險，應采取以下措施：

5.1 實現設計施工一體化，在工程設計階段即根據工程地質、水文地質對設計方案進行多方案比選；較大工程可以采用設計施工總承包模式；

5.2 降水是基坑開挖的準備工作，無論是降水，還是基坑開挖，必然會對圍護結構及周圍環境產生影響，因此必須貫徹“以水位控制為前提，以沉降控制為核心”的理念，強化信息化施工；

5.3 監理人員在降水施工過程控制中，應始終把握好基礎性的工作，嚴格監理，嚴格監理程序控制，加強巡查力度，善于發現問題，并督促施工單位及時整改。