浅析上海地区某工程深基坑地下水控制措施

□姜军礼（上海同济工程项目管理咨询有限公司）□冯新军（陆浑水库管理局）

1.工程概况

该工程位于上海市,基坑开挖面积20000m2，周长约620m，基坑开挖深度19.80～21.7m，基坑开挖至⑤2层；基坑围护采用1000m m和1200m m厚地下连续墙,分别深入地下43.2m、53m，基本斩断⑤3层微承压含水层。

该工程四周以道路和历史建筑为主，道路下有较多的管线，场区距周边道路、地下管线较近；基坑东北角为历史保护建筑，南侧为过江隧道(距离基坑9m)和大直径污水管，东侧为外滩通道（距基坑13m）；周围环境复杂，保护要求高。

上海土质分9层，根据工程地质报告，本工程场地缺失⑥层和⑧层粘性土层，共分7层；本场区内⑤3层砂性较多，具有微承压性，且⑤3层厚度相对较薄，下部的⑤4层在局部地段缺失，造成⑤3层和⑦层直接水力联系。

该工程水文地质现状：

1.1 场地浅部土层中地下水为潜水类型，水位稳定于0.32～0.50m之间，潜水位的动态变化主要受控于天气降水，丰水期为5-8月份，地下水位较高；枯水期为12-2月，水位较低。年水位变化幅度在1m左右。

1.2 ⑤3层含水层具有微承压性，承压含水层位于工程地质分层的⑦层。概括上海地区工程经验，此层承压水位埋深一般在地面以下3.0～11m，随季节周期性变化，勘察期间（2011年5月15日至23日）承压水水位埋深5.8～6.3m。参考专项抽水试验报告（2011年12月），实测水位埋深为8.0m。根据地质报告，场区东南部局部基坑底与此层承压水含水层地面相对厚度较小，有可能引发基坑突涌。

2.安全验算

根据工程地质及水文地质情况，应首先解决两个问题：一个是承压水降水和潜水降水，另一个是水井类型及数量。

2.1 抗承压水突涌稳定性验算

根据该工程地质报告，首先对该工程场地东南部局部存在基坑坑底与承压含水层之间相对厚度较小的情况，进行抗突涌稳定性验算。

基坑抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层的顶板间的土压力大于安全系数下承压水的顶托力。

即：h·γS≧Fs·γW·H

其中：h为基坑底至承压含水层顶板间的距离（m）；

γS为基坑底至承压含水层顶板间的土层厚度加权平均重度（kN/m3），本工程取 18kN/m3;

H为承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）;

γW为水重度（kN/m3）;

Fs为基坑抗突涌安全系数（取1.10）。

该工程地下车库部分基坑开挖深度为19.7m、（绝对标高-15.5m），主楼部分基坑开挖深度为21.7m、（绝对标高-17.5m）。车库区域承压水头高度为约26m，覆土厚度约为12m。主楼区域承压水头高度约为28m，覆土厚度约为10m。

根据公式：

根据上述验算，基坑开挖至坑底时，有突涌的可能性，必须增加减压井。减压井数量应根据地下水三维非稳定渗流数学模型计算，通过计算，本工程需要减压井9口。

由于该承压水头是在平水期测得，而本工程的施工需经过雨季，应根据基坑坑底开挖完成时间确定是否要考虑在丰水期的降水方案；如在枯水期及平水期在基坑底部施工，则无需重复验算。

2.2 微承压水降水井数量验算

本工程止水帷幕大部分隔断⑤3层，根据抽水试验由于⑤3层出水量较小，渗透透系低，具有微承压性；该层土体在降水时脱水较快，但恢复较慢；基坑开挖至坑底时，其主要危害就是土体隆起。故首先考虑将部分疏干井和降压井合二为一，设置联合井。

《基坑降水技术规程》规定：单井流量＜1m3/h，且周边无主要建筑物，疏干井和降压井可以合并为联合井。

《建筑基坑支护技术规程》规定：管井的出水量q(m3/d)按以下经验公式：

q=120×3.14×R×L×K1/3

R为过滤器半径；m（根据施工方案，R=0.136m）;

L为过滤器在含水层长度；m（根据施工方案，L=6m）;

K为渗透系数；m/d(根据地质报告，K=8×10-6cm/s)。

根据上述公式计算：q=0.4m3/d，＜1m3/h，可以用联合井代替⑤3降压井。

2.3 潜水降水井数量验算

由于本工程沿地下连续墙周围有8m宽的坑内裙边加固，伸至基础底板下7m。疏干井数量计算一般按照下面公式：

N为疏干井口数；

S为基坑内需要考虑的疏干面积；m2

A为疏干井疏干有效影响面积（一般为220-250）；m2

故：坑内疏干井（20000-620×8）÷250=60口。

疏干井和⑤3降压井合二为一，布置成联合井。

3.通过上述计算确定了降水井的类型、数量，在监理过程中，监理人员在过程控制中应该督促施工单位采取的技术措施、管理措施、应急措施及控制要点。

3.1 进行地下水控制应把握的主要技术要点

3.1.1 熟悉拟建场地地下地质报告勘测范围内基土分层规律，工程地质特征，各土层土力学参数。

3.1.2 熟悉地下水水文地质条件：地下水的类型、埋藏条件、渗透性、承压水水位、地下水与周围的水力联系。地下水漏斗的影响半径，地下径流补给区、排池区。

3.1.3 可能存在的环境水文地质问题：地下各施工段围护施工情况，出现渗漏的形式及特点，注意周围环境，即周围建筑物、构筑物、地下管线、道路现状、基坑围护变形。

3.1.4 降水井点布置、数量井类型，在施工区段根据要求，施工方案要求，降水控制措施，做到按需降水，控制土方开挖方式、程序，严格按16字方针组织实施。

3.1.5 井点施工过程中必须进行必要的降水验证。包括单井验证、中期验证、最终验证，以提供施工、优化方案依据，并最终满足设计要求。

3.1.6 编制应急预案：应注意主要针对地基隆起、突涌，围护渗漏、管涌和突然停电等，以及相应工况下应急物资、设备设施、技术准备。

3.2 控制要点及措施

3.2.1 深井施工运行过程中的管理措施

深井降水系危险性较大的分项工程，施工方案必须经过专家论证，且有必要的安全验算。编制承压水降水井具体降水运行工况控制表，按需抽水，随开挖深度加大逐步降低承压水位，避免过早抽水、降深过大。应同时进行周边环境沉降观测。挖土施工尽量提高效率，缩短挖土时间，相应减少基坑裸露时间，同时减少降水降压对周边环境的影响。科学信息施工，注意沉降速率、累积沉降、坑外水位变化。如有异常，及时研究保护方法。停止降水时应注意验算基础的抗浮稳定性。配备双路独立电源。坑外压力合力在开挖面以上1/3高度处，水土压最大，因此应注意开挖面以上一定是否存在渗漏点。

3.2.2 深井降水控制技术措施

3.2.2.1 疏干井滤料宜用粗砂，滤料柱定粘土厚度≮3m；滤管厚度、材质等应有相关质量证明证书，注意其耐压试验证明和焊接质量。

3.2.2.2 降水运行前应重新测量各井井口高度及水位。疏干井应随开挖逐步降水至开挖面以下1～2m。根据井内水位，有水即抽，无水即停；如降水周期较长，应注意地下水的腐蚀性及选用井管材料的耐腐蚀性。本工程降压时间约为1年。降压井严禁割除裸管部分，降压时，合理控制降深，控制水位不低于计算水位下0.5m，同时应注意出水含沙率；降压井穿越加固层，钻头进入含水层前，护壁泥浆应全孔置换。降压井回填滤料及粘土球时应用测绳测试，误差应小于10cm；注意滤管的埋深、长度，应全数隐蔽验收。

4.风险工况的应急措施

根据本工程特点、工程地质及水文地质情况，降水过程中出现的风险工况主要有以下2种情况：

4.1 地下连续墙围护施工质量差，开挖过程中围护产生一定变形，导致墙体出现涌水，出水量较大。

应对措施：

4.1.1 如涌水点出现在开挖面以上，肉眼可见，其堵漏思路是将涌水转变为点漏或者线漏。堵漏工序如下：

清理漏点——引流——模板支设——浇筑超早强混凝土——治理点漏、线漏——坑外堵漏。

4.1.2 涌水点在开挖面以下，肉眼不可见，其堵漏思路是首先固沙。堵漏工序如下：

漏点堆载——坑内靠墙处高压注浆——坑外堵漏——坑内堵漏。

以上两种堵漏方法，其思路就是首先使涌水量减少或形成内封闭，为坑外堵漏创造条件，赢得抢险时间，然后根据实际情况，将渗漏隐患消除，减少对周围环境的影响。

4.2 地质勘探未探明的承压水渗流通道，导致承压水沿着渗流通道上升，形成管涌，出水量较大；应对措施是固沙，斩断渗流通道，其工序如下：

漏点堆载——土体化学注浆——增加降压井。

4.3 应急物资：根据以上风险工况及抢险工艺，应主要准备以下物资和设施：

钻探设备、注浆设施、麻袋、水玻璃、超早强水泥等以及必要人力资源。

5.结语

本工程周围环境复杂，深基坑施工包括多项危险性较大分项工程，施工过程中存在较多风险。为降低风险，应采取以下措施：

5.1 实现设计施工一体化，在工程设计阶段即根据工程地质、水文地质对设计方案进行多方案比选；较大工程可以采用设计施工总承包模式；

5.2 降水是基坑开挖的准备工作，无论是降水，还是基坑开挖，必然会对围护结构及周围环境产生影响，因此必须贯彻“以水位控制为前提，以沉降控制为核心”的理念，强化信息化施工；

5.3 监理人员在降水施工过程控制中，应始终把握好基础性的工作，严格监理，严格监理程序控制，加强巡查力度，善于发现问题，并督促施工单位及时整改。