上海超深基坑第二承壓含水層的綜合控制分析

沈 馳

上海廣聯(lián)環(huán)境巖土工程股份有限公司 上海 200444

近年來，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)飛速發(fā)展，軌道交通基坑也越來越深，由承壓水引發(fā)的工程事故屢見不鮮[1-4]。這些事故表明，深基坑工程中對(duì)承壓水的科學(xué)治理至關(guān)重要，施工前需要對(duì)相關(guān)承壓含水層的水文地質(zhì)特性有充分的認(rèn)識(shí)。

目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)上海地區(qū)微承壓含水層以及第一承壓含水層的研究較多且經(jīng)驗(yàn)豐富[5-7]，隨著基坑的加深，越來越多的工程涉及第二承壓含水層，而對(duì)于第二承壓含水層的工程經(jīng)驗(yàn)及研究較少，對(duì)其水文地質(zhì)特性的認(rèn)識(shí)與了解尚不充分。對(duì)需大幅控制第二承壓含水層水位的工程而言，尤其是周邊環(huán)境復(fù)雜的工程，如地下水控制不合理，則可能會(huì)對(duì)基坑安全和周邊環(huán)境穩(wěn)定造成極大的危害。

本文以上海軌道交通17號(hào)線某區(qū)間工程的風(fēng)井基坑為例，通過前期的試驗(yàn)及過程中的控制數(shù)據(jù)分析，總結(jié)了一些針對(duì)第二承壓含水層綜合控制的經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 基坑概況

東大盈港地下配套工程位于上海東大盈港西側(cè)盈港東路路面以下，主體部分為地下3層結(jié)構(gòu)。配套工程的功能是上海軌道交通17號(hào)線漕盈路站—青浦站地下盾構(gòu)區(qū)間的中間風(fēng)井，風(fēng)井均位于2段地下盾構(gòu)區(qū)間的最低點(diǎn)，兼有區(qū)間泵站及區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的功能。

基坑場(chǎng)地地面標(biāo)高＋5.55 m，基坑開挖深度30.2 m，采用厚1.2 m地下連續(xù)墻圍護(hù)，圍護(hù)深度54 m。

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜（圖1），基坑西北側(cè)為上海青城醫(yī)院，距離基坑最近處為20 m；青城醫(yī)院北側(cè)為寶宜苑小區(qū)；基坑?xùn)|側(cè)為東大盈港橋，距離基坑最近處50 m；基坑南側(cè)為港龍國(guó)際大廈，距離基坑最近處36 m。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

擬建場(chǎng)地地處湖沼平原，場(chǎng)地75.59 m埋深范圍內(nèi)土層由第四紀(jì)全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)沉積地層組成。按成因類型、土層結(jié)構(gòu)及性狀特征，土層由上至下分別為：①1人工填土、②1粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1黏土、⑥2砂質(zhì)粉土、⑥3粉質(zhì)黏土、⑥4粉質(zhì)黏土、⑦1黏質(zhì)粉土、⑦2砂質(zhì)粉土、⑧粉質(zhì)黏土、⑨粉砂。

影響深度內(nèi)承壓含水層的分布具有如下特點(diǎn)：

圖1 工程總平面

1）地下水主要包括潛水、第一和第二承壓含水層，潛水主要賦存于⑥2層，第一承壓含水層賦存于⑦1層和⑦2層。潛水與第一承壓含水層均被地下連續(xù)墻完全隔斷。

2）第二承壓含水層賦存于⑨層，層頂埋深47～50 m，層底未揭穿，厚度大于24 m。第二承壓含水層是本工程地下水控制的難點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)⑨層水位埋深5.81 m，標(biāo)高－0.26 m，需降低水位9.95 m方能滿足抗突涌穩(wěn)定性要求。地下連續(xù)墻進(jìn)入⑨層僅2 m，基本為敞開式降水，過度降水對(duì)周邊環(huán)境影響較大。典型地層分布特性如圖2所示。

圖2 典型地質(zhì)剖面

2 專項(xiàng)抽水試驗(yàn)

對(duì)于上海地區(qū)的第二承壓含水層，降水案例較少，工程經(jīng)驗(yàn)匱乏。本基坑開挖過程中需大幅降低第二承壓含水層水位。為確?；影踩爸苓叚h(huán)境安全，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了專項(xiàng)的抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)的主要目的是查明第二承壓含水層靜止水位、相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)、涌水量與水位下降間的關(guān)系，為降水設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。共布置4口井進(jìn)行抽水試驗(yàn)，井深為61 m，編號(hào)Y9-1—Y9-4（圖3）。

利用4口井進(jìn)行1組單井試驗(yàn)及1組群井試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如表1所示。

3 試驗(yàn)成果及地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 初始水位

圖3 抽水試驗(yàn)平面布置

表1 抽水試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前對(duì)⑨層靜止水位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量周期為3 d。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，其靜止水位在標(biāo)高－0.48～－0.26 m之間波動(dòng)，波動(dòng)幅度0.22 m。工程期間根據(jù)不利條件，承壓水靜止水位按標(biāo)高－0.26 m計(jì)。

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)

2組試驗(yàn)的流量及降深關(guān)系如表2、圖4及圖5所示。

表2 抽水試驗(yàn)成果

圖4 單井試驗(yàn)觀測(cè)井水位降深-時(shí)間曲線

圖5 群井試驗(yàn)觀測(cè)井水位降深-時(shí)間曲線

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可知，第二承壓含水層滲透系數(shù)k＝16.5 m/d，儲(chǔ)水系數(shù)S＝5×10－4，降水井出水量約11 m3/h。

3.3 地下水風(fēng)險(xiǎn)分析

本工程基坑開挖最深為30.2 m，基坑底位于⑦1層粉土層，基坑底以下為⑦1、⑦2層的第一承壓含水層，⑧層相對(duì)隔水層及⑨層的第二承壓含水層。

根據(jù)基坑開挖特點(diǎn)及工程所涉及的土層，本工程淺部的潛水含水層以疏干為主，考慮到圍護(hù)底進(jìn)入⑨層頂部并完全隔斷⑦層的特點(diǎn)，擬針對(duì)⑦層及⑨層分別獨(dú)立降壓，⑦層水位降至坑底以下，⑨層水位按抗突涌穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

⑨層承壓含水層滲透系數(shù)較大，降水漏斗平緩。本工程為敞開式降水，大幅降壓對(duì)周邊環(huán)境影響較大，且影響范圍較廣。因此，實(shí)際降壓時(shí)在查明水文地質(zhì)特性的前提下適當(dāng)降低安全系數(shù)。

3.4 抗突涌穩(wěn)定驗(yàn)算

項(xiàng)目根據(jù)1.05及1.02這2種不同的安全系數(shù)進(jìn)行抗突涌穩(wěn)定驗(yàn)算（安全系數(shù)取1.05），驗(yàn)算結(jié)果如表3所示。

表3 基坑各承壓含水層抗突涌穩(wěn)定驗(yàn)算

本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，在摸清承壓水水位地質(zhì)特性的情況下，實(shí)際運(yùn)行時(shí)按照安全系數(shù)1.02進(jìn)行承壓水位控制。

4 承壓水綜合控制

4.1 降壓井布置

根據(jù)專項(xiàng)抽水試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，共布置7口降壓井，其中1口為觀測(cè)井，如圖6所示。

圖6 第二承壓含水層減壓井平面布置

4.2 試運(yùn)行

正式降壓前進(jìn)行試運(yùn)行，試運(yùn)行采用Y9-2—Y9-7抽水，總涌水量為458.7 m3/h，平均單井流量為76.5 m3/h。觀測(cè)井最終水位埋深降至15.92 m，降深9.21 m，降至標(biāo)高－10.37 m，滿足安全系數(shù)1.05時(shí)，水位埋深控制在15.76 m的要求。

4.3 地下水按需控制措施

1）基于抽水試驗(yàn)成果，考慮周邊環(huán)境保護(hù)要求，實(shí)際運(yùn)行時(shí)按照安全系數(shù)1.02進(jìn)行控制。

2）底板澆筑完成3 d后，根據(jù)底板養(yǎng)護(hù)情況逐步停抽降壓井，減少降壓井抽水時(shí)間，待底板養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度時(shí)停抽所有降壓井。

實(shí)際承壓水位控制過程如圖7所示。

圖7 基坑開挖時(shí)第二承壓含水層按需控制

3）優(yōu)先啟動(dòng)遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)域的降壓井，減少降壓的影響程度。

4）配備發(fā)電機(jī)作為備用電源，避免因停電問題導(dǎo)致降壓中斷、危害基坑安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程基坑開挖深，周邊環(huán)境復(fù)雜，重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象為西北側(cè)的上海青城醫(yī)院及東側(cè)的東大盈港橋。工程對(duì)于第二承壓含水層的水位降低要求較高。

為有效降低地下水位，達(dá)到降低基坑開挖過程中承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)的目的，施工期間通過專項(xiàng)抽水試驗(yàn)查明第二承壓含水層的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，為確定承壓水控制方案提供有力依據(jù)。同時(shí)在明確水位地質(zhì)特性的情況下，適當(dāng)降低了承壓水控制安全系數(shù)，在確?；影踩那疤嵯陆档蛯?duì)周邊環(huán)境的影響，其間實(shí)測(cè)周邊環(huán)境變化均在可控范圍之內(nèi)。

本次針對(duì)第二承壓含水層的成功控制，也為上海地區(qū)未來更多的工程提供了借鑒意義。