上海第九層承壓水減壓控制措施

成 杰

(上海市基礎工程集團有限公司,上海 200002)

0 引言

在基坑工程超大、超深化的趨勢下，承壓水問題日益成為各基坑工程的重點和難點問題，而深層承壓水控制技術更是其中的重中之重，稍有處理不慎，則會造成坑底突涌、圍護結構隔水帷幕滲漏等基坑失穩現象[1-3]，進而引發一系列的環境巖土工程問題[4]。

目前上海地區對于微承壓水和第一承壓水層的工程實例和研究較多，但涉及第二承壓水層的研究較少，僅涉及承壓水的分類和一點降水結果，并不能指導實際工程方案設計。本文結合上海市軌道交通中間風井基坑工程的施工案例，重點介紹上海市⑨層承壓水的減壓控制措施和相應設計方法。

1 工程概況

上海軌道交通17號線地下盾構區間的中間風井位于此段盾構區間的最低點，兼有區間泵站及區間聯絡通道的功能。工程分為主體及附屬兩部分，基坑最大挖深約27.50 m，為地下3層結構；附屬風道為地下1層結構，開挖深度約10.0 m。工程外包尺寸為南北寬28.8 m，東西長30 m；圍護結構采用疊合墻形式，地下連續墻深48 m～49 m，明挖順筑法施工。

勘察顯示擬建場地有⑦層、⑨層承壓含水層，勘探揭示⑦層頂板標高為-21.93 m～-24.04 m，⑨層頂板標高為-43.34 m～-50.75 m。勘察期間分別對⑦層、⑨層承壓含水層進行了實測，結果顯示擬建場地第⑦層承壓含水層水位埋深為3.50 m(標高-0.54 m),⑨層承壓含水層水位埋深為10.80 m(標高-7.84 m)。

2 承壓水突涌驗算

本工程開挖深度達27.5 m，而根據勘查結果，可知基坑開挖已經進入第⑦層承壓水層，而基坑底部與第⑨承壓水層還有一定間距，故需要通過承壓水突涌驗算得到第⑦層承壓水作用下基坑開挖的臨界深度以及初步驗算是否需要對第⑨層承壓水進行減壓控制。

根據規范規定[5]，當上部為不透水層，坑底下某深度處有承壓水層時，按以下模型和公式驗算(見圖1)。

其中，γs為承壓水作業分項系數，取1.0；pwk為承壓含水層頂部的水壓力標準值，kPa。

2.1 第⑦層承壓含水層驗算

根據上式，計算得到基坑開挖的臨界深度h0=13.30 m。即：靜止承壓水位埋深在3.50 m的情況下，當基坑開挖深度大于13.30 m時，需降低承壓水水位。大底板開挖時水位需降至開挖面以下1 m。

計算得到的工作井基坑開挖深度與第⑦層承壓水層安全水位關系如表1所示。

表1 工作井基坑開挖深度與第⑦層安全承壓水位關系 m

2.2 ⑨層承壓含水層承壓水驗算

根據考察結果，第⑨層承壓含水層層頂最淺埋深為51.50 m，第⑨層承壓含水層水位埋深為10.80 m。計算得到當基坑開挖至埋深27.50 m時，安全系數γ=1.09>1.05,即經初步驗算，不需對第⑨層承壓水進行處理。而在實際施工過程中卻發現此驗算結果并不成立，仍需對⑨層承壓水進行處理。具體原因和承壓水減壓控制措施將在后文進行詳述。

3 承壓水降水方案設計

3.1 ⑦層承壓水降水方案設計

根據穩定性分析，基坑挖到底時，要求疏干⑦層承壓水到28.47 m以下。根據計算，基坑內布置4口井深為43 m的⑦層疏干井(J1,J2,H1,H2)，降水30 d后⑦層水位埋深能夠達到要求。另設兩口坑外⑦層水位觀測井(J3,J4)，井點布置如圖2所示。

3.2 ⑨層承壓水分析計算及降水方案設計

雖然根據2.2節的分析結果，基坑底以下的土體⑨層承壓水抗突涌穩定系數為1.09，基坑挖到底時⑨層承壓水不會產生突涌。但是，考慮到承壓水頭埋深受季節性變化的影響，承壓含水層承壓水水頭埋深一般地面以下3 m～11 m波動，并不一定是工程勘察報告所顯示的10.8 m。驗算結果顯示，承壓水在水頭浮動范圍內可能對基坑底板穩定性產生不利影響。為了防止高水頭承壓水從最不利點產生突涌，對基坑造成危害，在第2道混凝土支撐施工完成養護期間，于基坑外布置了2個⑨層承壓水觀測井(J5, J6)，現場實測⑨層承壓水水位，并作生產性抽水試驗。降水深井的結構如表2所示。

表2 ⑨層承壓水觀測井結構一覽表

井類型編號孔徑/mm井徑/mm濾管埋深/m井深/m坑外第⑨層觀測井J5,J665027355～6465

現場實測⑨層承壓水穩定水位平均埋深為4.51 m(J5為4.61 m，J6為4.41 m)，與勘察期間測得的本工程⑨層承壓含水層水位埋深為10.80 m，有明顯的差距。

根據本工程勘查結果，第⑨層承壓含水層層頂最淺埋深為51.50 m(標高-48.20 m)，承壓含埋深取本次實測埋深4.51 m(標高-1.21 m)，重新對第⑨層承壓水進行突涌驗算，不能滿足安全要求，并得到基坑開挖深度與第⑨層承壓水的安全水頭埋深關系(見圖3)。

由圖3可知，本工程⑨層承壓水初始水頭埋深4.51 m時，臨界安全開挖深度為24.50 m，基坑超過24 m時(第8道鋼支撐往下時)，應加強⑨層承壓水觀測，并按需降水。

由于本場區⑨層承壓含水層厚度大，含水量豐富，單井抽水引起水位降小，為了滿足本工程開挖到底27.5 m時，要求水位控制到10.36 m以下，根據模擬計算，須在基坑外布置6個降壓井(J5～J10，此階段J5,J6作為降壓井使用，另設觀察井J11，見圖2；降水井結構如表3所示)才能滿足降水要求(見滲流場分析圖4)。降水設計方案如表4所示。

4 降水效果

4.1 抽水試驗結果

4.1.1第⑦層承壓水抽水試驗

開啟坑內J1降壓深井抽水，并對坑內的未抽水井J2,H1,H2和坑外的J3,J4進行同步觀測并記錄數據，得到以下結果：

1)坑內水位變化情況。坑內的觀測井J2,H1,H2的水位基本穩定，坑內的水位埋深基本穩定在31 m左右，完全能夠滿足基坑開挖27.50 m時降深的要求。

表4 基坑開挖工況與抽水運行水位控制對應關系

序號工況開挖深度hS/m安全承壓水位埋深D/m開啟降水深井觀測井1第1道混凝土支撐2.85—不降壓J5,J62第2道板撐3.50—不降壓J5,J63第3道鋼支撐6.80—不降壓J5,J6第4道板撐10.40—不降壓J5,J64第5道鋼支撐13.71—不降壓J5,J65第6道板撐17.36—不降壓J5,J63第7道混凝土支撐20.86—不降壓J5,J64第8道鋼支撐24.164.63J5～J9J10,J115大底板27.5010.36J5～J10J11

2)坑外水位變化情況?？油獾挠^測水位基本趨于穩定，整體上講，坑內降水對坑外基本上沒有影響，說明圍護結構已經將⑦層承壓水完全隔斷，并且圍護結構本身無明顯滲漏現象。

4.1.2第⑨層承壓水抽水試驗

抽水前先測定各個觀測井的初始水位并完成各項準備工作以后，開啟J6降壓神經抽水，水泵額定流量50 t/h，揚程60 m，并對坑外相距近37 m的未抽水井J5進行同步觀測并記錄數據。

在抽水12 h后，觀測井J5的水位基本穩定，水位埋深從4.61 m(標高-1.01 m)下降到了4.99 m(標高-1.39 m)基本穩定，下降了0.38 m。這表明本工程⑨層承壓水含水量豐富，影響半徑小，本工程⑨層承壓水要求降深大，基坑挖到24 m以下時本工程⑨層承壓水有較大的突涌風險。因此，須嚴格按照3.2節對第⑨層承壓水的分析計算及降水方案執行。

4.2 降水效果

4.2.1第⑦層承壓水降水效果

基坑開挖前開始4個井抽水，潛水泵流量6 t/h，揚程60 m，單井平均出水量4.9 t/h。開挖后采取基坑內3個⑦層降水井抽水，留H1井觀測，抽水結果顯示H1觀測井水位深度穩定在34.45 m，滿足坑內⑦層水位降深要求。同時觀察記錄基坑外J3～J4，G1～G2的水位情況，結果表明，坑內降水時，坑外水位變化不明顯，坑內降水對坑外基本無影響。

4.2.2第⑨層承壓水降水效果

基坑開挖到24 m時，開啟J5～J9深井泵抽水，50 t流量，70 m揚程，J10和J11作為觀測井；第8道鋼支撐完成后，同時開啟J5～J10深井泵抽水，J11作為觀測井，直至大底板施工完成。通過觀測井的水位觀察，在降水過程中第⑨層承壓水的水位始終保持在安全承壓水位以下。

5 結語

通過上海軌道交通17號線地下盾構區間的中間風井基坑工程的深層承壓水減壓控制方案設計過程可以得到以下結論：

1)對⑦層承壓水，在可能的條件下應該與圍護結構的設計相結合，盡可能隔斷承壓水層，進行坑內疏干降壓；

2)由于⑨層承壓水含水量豐富，影響半徑小，對工程安全影響大；且水位隨季節呈幅度不等的周期性變化，因此在降水設計時不能完全依賴勘察報告的數據，應布置一定量的觀察井，對更深層的承壓水位進行監測，防止意外事故的發生；

3)深層承壓水尤其是⑨層承壓水，在承壓水減壓控制方案設計時，應對滲流模型進行分析，幫助得到更加合理的井點布置；同時有必要進行抽水試驗，以得到更加準確地降水參數，確保方案的正確性。