上海深基坑降水對周邊環境影響分析

曹 巖 余旺盛

(上海地礦工程勘察有限公司,上海 200065)

上海地區為典型的三角洲沉積平原，淺部地層主要以淺海相的粘性土和砂性土為主，具有高含水率、高壓縮性和高靈敏度等特點，且地下水位埋藏較淺，加之上海作為特大型城市，建筑物密集，地下管線較多，交通網絡密布，整體環境較為復雜，故對深基坑設計和施工帶來很大的挑戰[1-5]。本文以上海某深基坑工程為背景，基于深基坑抽水試驗，研究了上海潛水和承壓水目標含水層降水引起坑內外水位變化，及對地表沉降的影響。此外，通過坑外回灌監測數據，研究了回灌與坑內外水位及沉降的影響，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

某工程場地周邊環境較為復雜，主要為辦公樓和3層的裙房，±0.000為絕對標高+5.200 m，自然地面相對標高為-1.000，絕對標高+4.200 m。地下室為2層～3層。地下2層，開挖深度11.5 m；地下3層區域，常規區域開挖深度15.7 m(15.9 m)，主樓區域開挖深度18.6 m?；拥叵?層共設置三道鋼筋混凝土內支撐，將本工程基坑分為七塊先后施工。經勘察揭露，本工程地基土在135.32 m深度范圍內均為第四紀松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和粘性土、粉性土以及砂土組成，一般具有成層分布特點。本工程場地受古河道切割，⑥層和⑤3t2層缺失，代而沉積為厚度較大的⑤3層,⑤3t層；勘察揭示場地⑨層面稍有起伏。場地內地下水為潛水，賦存于淺部土層中，其水位穩定埋深為0.45 m～1.30 m，平均0.77 m。④2-2層,⑤3t層為微承壓水含水層；⑨1層,⑨2層為承壓含水層，該兩層連通，存在直接水力聯系。

2 降水試驗方案

2.1 降水方案

充分利用已經施工完成的一區所有降水深井，同時在一區塔樓局部深坑區域附近增加第⑤3t層布置4口抽水井兼觀測井，以滿足應急情況下塔樓局部深坑需要減壓降水時短時間內降至安全水頭埋深的要求。同時在2區,3區坑內各增加1口④2-2的水位觀測井，井深參照原坑外水位觀測井結構，根據需要由第三方檢測單位實施。具體可分為兩個降水實驗，第④2-2層試降水試驗和第⑤3t層試降水試驗。

2.2 回灌方案

在基坑西側分層布置第④2-2層與第⑤3t層的回灌井，同組布置，回灌井的間距控制在10 m/組，共布置24組。為了保證回灌效果，適當增加回灌井的過濾器長度和孔隙率，其中第④2-2層的井深26 m，過濾器長8 m，第⑤3t層回灌井井深40 m，過濾器長9 m，成井孔徑均為700 mm，井徑為219 mm，井壁厚4 mm。

3 結果分析

3.1 第④2-2層試降水試驗(第一階段)

第④2-2層試降水試驗(第一階段)：坑內潛水疏干深井(第④2-2層)水位標高在-6.45 m～-7.24 m之間，達到第一階段試驗要求?？觾葷撍?第④2-2層)水位觀測井最大下降4.74 m(S17)，最小下降3.06 m(S29)；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.63 m(HA2)，最小下降0.16 m(GA3)?？觾鹊冖?t層水位觀測井最大上升0.35 m(W4)，最小上升0.09 m(W2)；坑外第⑤3t層水位觀測井最大下降0.37 m(GB4)，最小下降為0.04 m(GB3)。

第④2-2層試降水試驗(第二階段)：坑內潛水疏干深井(第④2-2層)水位標高在-14.99 m～-16.65 m之間，并且每天都有20 cm～30 cm的水位下降，基本達到第二階段試驗要求?？觾葷撍?第④2-2層)水位觀測井最大下降10.20 m(S23)，最小下降7.75 m(S17)；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.36 m(GA4)，最小下降0.03 m(GA5)?？觾鹊冖?t層水位觀測井最大下降4.95 m(W4)，最小下降2.85 m(W2)；坑外第⑤3t層水位觀測井最大下降0.51 m(GB4)，最小下降為0.14 m(HB4)?；觾娶?-2水位和⑤3t層水位變化歷時曲線如圖1所示。

在整個抽水試驗期間根據周邊環境的監測數據顯示，各監測點數據正常。均未超過報警值。但從總體趨勢上看總體趨勢和試驗期間的水位變化相同。說明基坑降水對周邊環境有一定的影響，后期基坑開挖過程中降水周期較長，對周邊環境影響較大。

從基坑開挖期間的數據看出，坑內潛水(第④2-2層)水位觀測井下降水位在7.75 m～10.20 m；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.46 m(WS13)，最小下降0.03 m(WS12)。基坑內承壓水位降深8 m～10 m，坑外承壓水水位變化1 m～2 m。

3.2 第⑤3t層試降水試驗

第⑤3t層試降水試驗開始時間為2014年4月2日11點整，結束時間為2014年4月4日7點整，歷時44 h。開啟遠離地鐵隧道區域，在一區塔樓局部深坑周邊的W5,W7,BW3三口減壓深井抽水，觀測三口抽水井區域中心位置的BW4以及區域外側的W2,W6的水位變化，考慮到抽取第⑤3t層減壓深井對周邊環境的影響，在井群中心位置觀測井(BW4)水位相對標高為-19.35 m，達到試降水要求后停止抽水。

在對第⑤3t層試降水試驗的同時，對坑內外第④2-2層和第⑤3t層觀測井的水位進行監測，繪制坑內外第④2-2層和第⑤3t層觀測井的歷時曲線如圖2～圖5所示。

在進行坑內第⑤3t層進行抽水處理時，從坑內第④2-2層和第⑤3t層水位觀測井水位歷時曲線圖可以看出，坑內第⑤3t層抽水，對坑外的上層第④2-2層的有影響，坑外觀測井GB4,GB5的水位降幅約0.1 m～0.3 m與坑外第④2-2層的水位下降值基本一致，說明第⑤3t層和第④2-2層之間可能存在水力聯系。

3.3 回灌試驗

在坑外第④2-2層回灌井HA1～HA4進行回灌，對回灌井HA1～HA4回灌量和水位、觀測井GA3～GA5的水位進行觀測并繪制相關曲線如圖6,圖7所示。

首先進行第④2-2層的回灌試驗，在第④2-2層回灌量1 m3/d的情況下，從第④2-2層回灌期間回灌井和同層觀測井水位變化歷時曲線可以看出，第④2-2層回灌井水位和觀測井水位基本穩定，能夠滿足基坑外第④2-2層微承壓水水位也宜維持在-2.0 m～-3.0 m左右。

通過本次試抽水試驗數據，開啟坑內潛水及第④2-2層群井抽水約20 d后，坑內水位能滿足基坑大底板土體疏干要求。通過短時間內開啟局部第⑤3t層減壓深井抽水后，坑內第⑤3t層的水位能夠滿足塔樓局部深坑開挖到底時降第⑤3t層水頭控制的要求。根據本次抽水試驗成果，潛水及第④2-2層抽水試驗時，抽水單井每天實際平均出水量開始時約為3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。在第⑤3t層群井試抽水試驗期間，整個第⑤3t層單井出水量基本穩定，第⑤3t層單井每天平均出水量為23.56 m3～34.04 m3。同時受第⑤3t層群井抽水的影響，為期2 d的試抽水試驗中，坑內疏干深井(含第④2-2層)每天累計總出水量逐步減小，減少趨勢比較明顯。整個群井試驗抽水期間，坑外第④2-2層和第⑤3t層均有不同程度的水位下降，其中坑外第④2-2層水位下降0.55 m～1.32 m之間，第⑤3t層水位下降0.30 m～1.00 m之間。

4 結語

1)一般情況下坑內潛水層(第④2-2層)水位較能滿足坑底土體疏干要求，且與坑外水位關聯不是很大。根據上海國際航空服務中心項目抽水試驗成果，潛水及第④2-2層抽水試驗時，抽水單井每天實際平均出水量開始時約為3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。

2)坑內第⑤3t層的水位可以通過短時間內開啟局部第⑤3t層減壓深井抽水降低其水位滿足局部深坑開挖的要求。第⑤3t層群井試抽水試驗期間，整個第⑤3t層單井出水量基本穩定，第⑤3t層單井每天平均出水量為23.56 m3～34.04 m3。同時受第⑤3t層群井抽水的影響，為期2 d的試抽水試驗中，坑內疏干深井(含第④2-2層)每天累計總出水量逐步減小，減少趨勢比較明顯。

3)第④2-2層的回灌試驗，在第④2-2層回灌量1 m3/d的情況下，第④2-2層回灌井水位和觀測井水位基本穩定，能夠滿足基坑外第④2-2層微承壓水水位宜維持在-2.0 m～-3.0 m左右。