上海某大型深基坑降水设计

唐 辰

(同济大学，上海 200092)



上海某大型深基坑降水设计

唐 辰

(同济大学，上海 200092)

以上海某工程为例，通过分析该工程的地层及水文地质分布特征，按规范要求进行了基坑降水设计，并提出了基坑降水方案，基于解析法，验证该降水方案的可行性，为相似工程设计积累了经验。

深基坑，降水方案，承压含水层，降水井

0 引言

随着经济的发展，城市化进程的加快，人口的增长，地面空间显得越来越紧张。为了利用有限的土地，人们不得不将视角转向高层空间与地下空间。近年来，大量高层建筑的涌现，地下工程如地铁、地下商业街、地下电厂、泵房等纷纷上马是这种发展趋势的必然结果。

在高层建筑和地下工程的构筑中，深基坑工程占了极大的比例，它越来越成为一种优选的施工方法。但是，工程建设中由地下水引发的工程地质与环境问题日益突出，如基坑开挖中由于地下水引起的坑底突涌和土体位移、地下水渗流对围护结构和边坡的稳定性影响、地下工程施工中引起的流砂和管涌、砂土液化等。在工程实践过程中发生与工程地下水有关的各种地质问题与工程事故，已经引起了研究人员和工程技术人员的高度关注。如何更好地对工程实践中积累起来的经验教训加以总结，以避免或减轻由于地下水问题引发的工程地质问题与环境问题，已成为工程建设中一项具有重大意义且迫切需要解决的工作[1]。

同时地面沉降问题已经成为沿海发达城市面临的一个非常严峻的问题，控制基坑降水引起的地面沉降是基坑降水方案设计过程中不可或缺的一部分。

本文以上海某工程为例，根据场区工程地质、水文地质条件及渗流理论，进行基坑降水方案设计，并采用解析法进行方案验证，为类似工程提供宝贵的工程经验。

1 工程背景

本工程西侧距离沪杭客运铁路专线约为15.5 m，场地北侧距离宝城路地道中心线约20 m，场地东侧距离梅陇西路中心为20 m，距离西侧住宅小区为63 m，如图1所示。

基坑开挖总面积约为49 500 m2，基坑采用分区开挖即分3个区域，其中①区基坑开挖深度为11.27 m～20.72 m，②区开挖深度为19.42 m～20.72 m，③区基坑开挖深度为19.42 m。基坑开挖采用明挖，最大开挖深度为22 m，基坑边坡防护采用地下连续墙。

本工程开挖面积大、深度深，属于大型深基坑，且临近沪杭铁路，周边环境复杂、地下管线密布、人流车流繁忙、场地施工空间有限，对周边环境的影响及地面沉降控制要求均很高。

2 场地地质条件

2.1 地层分布

拟建场地位于上海市西南(闵行区莘庄镇)，地貌类型为滨海平原，地形起伏不大，拟建场地地表主要为水泥地坪和建筑垃圾，地面标高变化不大，约为4.23 m～4.66 m，平均为4.48 m。根据地基土的成因、结构及土性等综合分析,本场地共划分9大层,如表1所示。

表1 场地地层分布 m

2.2 水文地质分布

场地浅部地下水属潜水类型，主要接受大气降水入渗补给，水位随季节而变化，潜水水位埋深约在0.3 m～1.5 m，按照勘测资料，地下水静止水位埋深在0.70 m～1.40 m间。

场地深部地下水为承压水含水层，由于拟建场地第⑧层粘性土层缺失，第⑦层承压含水层和第⑨层承压含水层连通。根据上海地区的区域资料，承压水水位一般低于潜水水位，呈周期性变化，埋深一般为3.00 m～12.00 m。

3 降水方案设计

3.1 降水方案的选择

降水时基坑底板的稳定条件为：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。需要进行抗突涌验算，按式(1)进行验算：

(1)

式中：F——基坑底面突涌安全系数[2]，取1.1；

γm——透水层以上的土的饱和重度，kN/m3；

t——透水层顶面距基坑底面的深度，m；

Pw——含水层水压力，kPa。

验算结果见表2。

表2 抗突涌验算

经验算，降水目标为降低除①1外第⑦层承压含水层水头16 m。

根据勘察所得地层特性降水方法选用管井降水法。管井降水方法具有排水量大，降水深，不受吸程限制，排水效果好，井距大，对平面布置干扰小等优点，且可用于各种情况[3]。因本工程对周边沉降要求非常高，故采用坑内降水。

3.2 降水设计

由表2可知本次工程的设计降深为16 m，则进行降水设计：

1)基坑的引用半径r0：

(2)

式中：A——基坑面积，m2。

计算得r0=125.5 m。

2)降水影响半径R：

(3)

式中：S——设计降深，m；

K——含水层渗透系数，m/d。

计算得R=295 m。

3)选用均质含水层，承压水非完整井基坑涌水量计算公式[4]计算基坑总涌水量Q：

(4)

式中：M——含水层厚度，m；

l——滤水管长度，m。

计算得Q=15 446.1 m3/d。

4)单井最大出水量q：

(5)

式中：d——滤水管外径，m。

计算得q=1 467.0 m3/d。

5)所需管井数量n：

n=1.1Q/q

(6)

计算得n=12，加一口井作为备用井，则设计13口井进行降水。

降水井布置如图2所示。

3.3 降水井设计

井的结构主要分为三部分，最上部为井壁管，不能透水；中间为过滤管，地下水主要通过过滤管渗进井中；最下面的为沉砂管。降水井的结构设计见表3。

表3 降水井结构

3.4 方案验证

1)降深验证。

根据非完整井的非稳定流公式[5]：

(7)

经计算机迭代计算得不间断抽水20 d单井最大降深为22 m，坑内最小降深为16.2 m，大于16 m，符合降水目标。

2)沉降验证。

承压水条件下考虑围护结构隔水作用的单层土层基坑涌水量的计算方法[6]为：

(8)

式中：H0——初始水头值，m；

l2——围护结构底部至基坑内水位的距离，m；

l3——围护结构底部至下部隔水层间的距离，m；

h——基坑内水头值，m；

Sw——基坑外水位最大降深，m；

h′——围护结构底中心轴线位置的等水头线的水头值，m；

R′——降水影响范围，m。

由Qin=Qout及0

(9)

式中：SS——土层收缩量，m；

γw——水的重度，kN/m3；

Δh——水位降深，m；

hi——各土层厚度，m。

根据李卫超、王伟等人[7]的研究成果，上海基坑开挖引起的地面沉降的调整系数介于0.90～1.25之间，出于安全考虑，本次设计取1.25，则：

Sd=Ψ·SS

(10)

经计算本次基坑开挖引起的周边沉降最大值为6.93 mm,符合降水沉降要求允许值。

4 结语

1)本工程的降水目标为降低第⑦层承压含水层水头16 m，采用管井降水方案。管井井点直径较大，出水量大，可满足大降深、大面积的要求，施工简单、效果好、成本低。基坑临近沪杭铁路，周边环境复杂、场地施工空间有限，对周边环境的影响及地面沉降控制要求均很高，故采用坑内降水方案。

2)经计算，基坑涌水量为15 446.1 m3/d，在基坑内布置降水井13口，井间距70 m，单井出水量为1 467.0 m3/d，不间断抽水20 d基坑内最小降深为16.2 m，大于设计的16 m，说明基坑中任意点的降深深度均满足降水设计要求。

3)经解析法验证，降水引起的基坑外最大沉降为6.93 mm,符合降水沉降要求允许值。

[1] 唐益群,杨 坪,王建秀，等.工程地下水[M].上海:同济大学出版社,2011.

[2] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3] 张 阳,范冉冉.华润凤凰城深基坑降水方案设计[J].地质灾害与环境保护,2008(3):86-89.

[4] 吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京:人民交通出版社,2003.

[5] 薛禹群.地下水动力学[M].北京:地质出版社,1997.

[6] 刘庆方,刘继强,谭佩莲,等.考虑围护结构隔水作用的基坑涌水量计算[J].隧道建设,2013(2):142-146.

[7] 李卫超,王 伟,王瑞祥,等.上海基坑开挖引起地面沉降估算经验系数探讨[J].岩土工程学报,2010(S2):73-76.

Dewatering design of a large deep foundation pit in Shanghai

Tang Chen

(TongjiUniversity，Shanghai200092，China)

Taking the engineering in Shanghai as an example, through analyzing the engineering geology and hydrological distribution features, the paper carries out the foundation dewatering design according to the norms, puts forward the foundation dewatering scheme, and finally testifies the dewatering scheme feasibly on the basis of analytical method, which has accumulated experience for similar engineering design.

deep foundation, dewatering scheme, pressure aquifer, dewatering well

1009-6825(2016)16-0071-03

2016-03-21

唐 辰(1991- )，男，在读硕士

TU463

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