淺析上海地區(qū)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(xù)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(qū)距周邊道路、地下管線較近；基坑?xùn)|北角為歷史保護建筑，南側(cè)為過江隧道(距離基坑9m)和大直徑污水管，東側(cè)為外灘通道（距基坑13m）；周圍環(huán)境復(fù)雜，保護要求高。

上海土質(zhì)分9層，根據(jù)工程地質(zhì)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(qū)內(nèi)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(lián)系。

該工程水文地質(zhì)現(xiàn)狀：

1.1 場地淺部土層中地下水為潛水類型，水位穩(wěn)定于0.32～0.50m之間，潛水位的動態(tài)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(zhì)分層的⑦層。概括上海地區(qū)工程經(jīng)驗，此層承壓水位埋深一般在地面以下3.0～11m，隨季節(jié)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(jù)地質(zhì)報告，場區(qū)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(fā)基坑突涌。

2.安全驗算

根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，應(yīng)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(shù)量。

2.1 抗承壓水突涌穩(wěn)定性驗算

根據(jù)該工程地質(zhì)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(wěn)定性驗算。

基坑抗突涌穩(wěn)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(shù)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(quán)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(shù)（取1.10）。

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

根據(jù)公式：

根據(jù)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?dāng)?shù)量應(yīng)根據(jù)地下水三維非穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)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(jīng)過雨季，應(yīng)根據(jù)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(fù)驗算。

2.2 微承壓水降水井?dāng)?shù)量驗算

本工程止水帷幕大部分隔斷⑤3層，根據(jù)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(fù)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(shè)置聯(lián)合井。

《基坑降水技術(shù)規(guī)程》規(guī)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(lián)合井。

《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：管井的出水量q(m3/d)按以下經(jīng)驗公式：

q=120×3.14×R×L×K1/3

R為過濾器半徑；m（根據(jù)施工方案，R=0.136m）;

L為過濾器在含水層長度；m（根據(jù)施工方案，L=6m）;

K為滲透系數(shù)；m/d(根據(jù)地質(zhì)報告，K=8×10-6cm/s)。

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

2.3 潛水降水井?dāng)?shù)量驗算

由于本工程沿地下連續(xù)墻周圍有8m寬的坑內(nèi)裙邊加固，伸至基礎(chǔ)底板下7m。疏干井?dāng)?shù)量計算一般按照下面公式：

N為疏干井口數(shù)；

S為基坑內(nèi)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(nèi)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(lián)合井。

3.通過上述計算確定了降水井的類型、數(shù)量，在監(jiān)理過程中，監(jiān)理人員在過程控制中應(yīng)該督促施工單位采取的技術(shù)措施、管理措施、應(yīng)急措施及控制要點。

3.1 進行地下水控制應(yīng)把握的主要技術(shù)要點

3.1.1 熟悉擬建場地地下地質(zhì)報告勘測范圍內(nèi)基土分層規(guī)律，工程地質(zhì)特征，各土層土力學(xué)參數(shù)。

3.1.2 熟悉地下水水文地質(zhì)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(lián)系。地下水漏斗的影響半徑，地下徑流補給區(qū)、排池區(qū)。

3.1.3 可能存在的環(huán)境水文地質(zhì)問題：地下各施工段圍護施工情況，出現(xiàn)滲漏的形式及特點，注意周圍環(huán)境，即周圍建筑物、構(gòu)筑物、地下管線、道路現(xiàn)狀、基坑圍護變形。

3.1.4 降水井點布置、數(shù)量井類型，在施工區(qū)段根據(jù)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(yán)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(yōu)化方案依據(jù)，并最終滿足設(shè)計要求。

3.1.6 編制應(yīng)急預(yù)案：應(yīng)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(yīng)工況下應(yīng)急物資、設(shè)備設(shè)施、技術(shù)準(zhǔn)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(jīng)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(yīng)同時進行周邊環(huán)境沉降觀測。挖土施工盡量提高效率，縮短挖土?xí)r間，相應(yīng)減少基坑裸露時間，同時減少降水降壓對周邊環(huán)境的影響?？茖W(xué)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(yīng)注意驗算基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性。配備雙路獨立電源?？油鈮毫狭υ陂_挖面以上1/3高度處，水土壓最大，因此應(yīng)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(shù)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(zhì)等應(yīng)有相關(guān)質(zhì)量證明證書，注意其耐壓試驗證明和焊接質(zhì)量。

3.2.2.2 降水運行前應(yīng)重新測量各井井口高度及水位。疏干井應(yīng)隨開挖逐步降水至開挖面以下1～2m。根據(jù)井內(nèi)水位，有水即抽，無水即停；如降水周期較長，應(yīng)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(yán)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(yīng)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(yīng)全孔置換。降壓井回填濾料及粘土球時應(yīng)用測繩測試，誤差應(yīng)小于10cm；注意濾管的埋深、長度，應(yīng)全數(shù)隱蔽驗收。

4.風(fēng)險工況的應(yīng)急措施

根據(jù)本工程特點、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，降水過程中出現(xiàn)的風(fēng)險工況主要有以下2種情況：

4.1 地下連續(xù)墻圍護施工質(zhì)量差，開挖過程中圍護產(chǎn)生一定變形，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)涌水，出水量較大。

應(yīng)對措施：

4.1.1 如涌水點出現(xiàn)在開挖面以上，肉眼可見，其堵漏思路是將涌水轉(zhuǎn)變?yōu)辄c漏或者線漏。堵漏工序如下：

清理漏點——引流——模板支設(shè)——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(nèi)靠墻處高壓注漿——坑外堵漏——坑內(nèi)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(nèi)封閉，為坑外堵漏創(chuàng)造條件，贏得搶險時間，然后根據(jù)實際情況，將滲漏隱患消除，減少對周圍環(huán)境的影響。

4.2 地質(zhì)勘探未探明的承壓水滲流通道，導(dǎo)致承壓水沿著滲流通道上升，形成管涌，出水量較大；應(yīng)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(xué)注漿——增加降壓井。

4.3 應(yīng)急物資：根據(jù)以上風(fēng)險工況及搶險工藝，應(yīng)主要準(zhǔn)備以下物資和設(shè)施：

鉆探設(shè)備、注漿設(shè)施、麻袋、水玻璃、超早強水泥等以及必要人力資源。

5.結(jié)語

本工程周圍環(huán)境復(fù)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(fēng)險。為降低風(fēng)險，應(yīng)采取以下措施：

5.1 實現(xiàn)設(shè)計施工一體化，在工程設(shè)計階段即根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)對設(shè)計方案進行多方案比選；較大工程可以采用設(shè)計施工總承包模式；

5.2 降水是基坑開挖的準(zhǔn)備工作，無論是降水，還是基坑開挖，必然會對圍護結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境產(chǎn)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(jiān)理人員在降水施工過程控制中，應(yīng)始終把握好基礎(chǔ)性的工作，嚴(yán)格監(jiān)理，嚴(yán)格監(jiān)理程序控制，加強巡查力度，善于發(fā)現(xiàn)問題，并督促施工單位及時整改。