深大基坑施工過程中地下水的控制對周邊環(huán)境的影響

上海外高橋保稅區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200131

1 工程概況

某工程基地面積約9 5 3 8 m2，總建筑面積約88 540 m2，其中地下部分建筑面積約33 600 m2，地下4 層，地上部分裙樓7 層，主樓19 層，結(jié)構(gòu)形式為框架－核心筒結(jié)構(gòu)?；游鬟叀|邊臨近交通繁忙的市政道路，地下管線密集。基坑開挖深度為－18.60～－19.15 m，局部深坑達(dá)到－22.50 m。本工程采用厚1 m地下連續(xù)墻（兩墻合一）加4 道鋼筋混凝土支撐作為基坑支護(hù)體系及止水帷幕，地下連續(xù)墻深為－42.3 m，最深部位為－48.3 m。

2 周邊環(huán)境

該工程周邊環(huán)境極其復(fù)雜，基坑西臨市政道路紅線僅5 m，與電力管線、雨水管線距離很近。西臨市政道路對面是20世紀(jì)50年代修建的居民小區(qū)，多為6 層磚混結(jié)構(gòu)，距離基坑約27 m?；颖泵婢嗍姓缆芳t線6 m，道路側(cè)埋有給水管線?；?xùn)|鄰超高層住宅小區(qū)（地下2 層），最近1 棟建筑距離基坑約16 m?；幽蟼?cè)為一商務(wù)樓（地下2 層），在距離基坑邊約8 m處布有煤氣管線。

3 水文地質(zhì)

擬建場地地層由上向下依次為：①1層雜填土，①2層浜填土，②層褐黃色粉質(zhì)黏土，③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，④層灰色淤泥質(zhì)黏土，⑤1層灰色粉質(zhì)黏土，⑤3層灰色粉質(zhì)黏土，⑦層灰色砂質(zhì)粉土，⑧層灰色粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑨層灰色粉砂。

根據(jù)工程地質(zhì)報告資料，場地內(nèi)的地下水類型為淺部土層中的淺水和下部土層中的第1層承壓水（⑦層土）、第2層承壓水（⑨層土）。淺部土層中的淺水地下水位埋深為1.2～1.6 m，第1層承壓水（⑦層土）水位埋深為9.15～9.65 m，第2層承壓水（⑦層土）水位埋深為16.3～16.60 m。

4 現(xiàn)狀調(diào)查研究

針對本工程基坑施工面臨周邊環(huán)境復(fù)雜的難點，業(yè)主要求監(jiān)理單位、總承包單位重點調(diào)查了距本項目南面300 m左右的某商業(yè)中心工程、西面500 m左右的某商業(yè)大廈工程以及某商業(yè)廣場工程等3 個先期施工的類似項目在深基坑施工過程中對周邊環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)這3 個工程施工過程中均出現(xiàn)較大的位移和沉降，有些甚至達(dá)到非常嚴(yán)重的程度。

前車之覆，后車之鑒。根據(jù)以上調(diào)查的情況，本工程業(yè)主、監(jiān)理和總承包單位經(jīng)過多次討論，對影響的原因進(jìn)行了分析，見表1。

通過調(diào)查分析，經(jīng)過對上述末端因素的多次討論研究，并邀請深基坑專家召開專家會議，本工程制定了相對應(yīng)的控制目標(biāo)：控制支護(hù)體系本體位移不超報警值；通過對降水、坑外回灌措施的控制，嚴(yán)格以按需降水的原則指導(dǎo)施工，做到對周邊管線、道路、房屋沉降最大值均控制在報警值范圍之內(nèi)。

表1 道路、管線沉降過大，房屋開裂原因分析

5 實施要點[1-4]

5.1 熟知水文地質(zhì)參數(shù)

監(jiān)理、總包單位及降水專業(yè)分包技術(shù)人員首先對本工程水文地質(zhì)勘察報告進(jìn)行了仔細(xì)的解讀，準(zhǔn)確分析了本工程場地的水文地質(zhì)特征、掌握了水文地質(zhì)參數(shù)。

5.2 進(jìn)行單井抽水試驗

根據(jù)水文地質(zhì)條件，施工單位進(jìn)行了定流量非穩(wěn)定流的單井抽水試驗，共選擇了1 個主孔和2 個觀測孔，單井抽水25 h，并進(jìn)行25 h水位恢復(fù)試驗，編制了詳細(xì)的抽水試驗報告，用泰斯軟件計算出含水層的滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、流量與降深關(guān)系及影響半徑等，為深化降水設(shè)計提供了充分的依據(jù)。

5.3 確定降水井位置及數(shù)量

根據(jù)水文地質(zhì)勘察報告、抽水試驗報告以及周邊環(huán)境情況，施工單位決定采用真空深井井點降水方法，合理布置疏干井、降壓井和觀測井的數(shù)量、位置和井底標(biāo)高，在基坑內(nèi)共布置42 口疏干井和6 口降壓井，在坑外布置8 口觀測回灌井，降水井位置分布見圖1。

圖1 降水井位置分布

5.4 基坑底板穩(wěn)定性驗算

基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于承壓水的頂托力。

根據(jù)勘察報告，場地內(nèi)第⑦層含水層最淺埋深為44.10 m，試驗實測承壓水頭埋深5.2～5.3 m，本基坑開挖深度一般為18.5 m，局部深坑深度分別為19.05 m和22.5 m，分別對不同開挖深度情況進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。

驗算結(jié)果：當(dāng)基坑開挖到18.5 m和19.05 m時，基坑大底板處于穩(wěn)定性臨界狀態(tài)，可以不降承壓水；當(dāng)基坑開挖深度至22.5 m時，需將承壓水頭降至9.45 m以下，以保證基坑的安全。

5.5 改變抽水方法

根據(jù)驗算結(jié)果，我們對降水方法進(jìn)行了相對應(yīng)的改變：

（a）按需降水、分區(qū)進(jìn)行：根據(jù)上述驗算表，本次基坑開挖到18.5 m和19.05 m時，可以不降承壓水，只加強(qiáng)水位及坑底土體情況觀測，如有突涌或隆起現(xiàn)象再進(jìn)行降壓；在局部深坑施工時，嚴(yán)格按照計算的水頭高度降水。

（b）對角跳抽、間斷執(zhí)行：以深坑一局部工程為例（圖2），可以看出在局部深坑周邊呈四邊形布置了Y3、Y4、Y5、Y6共4 口降壓井，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、施工單位研究討論決定采用Y4、Y5同時抽水，Y2、Y3、Y6作觀測降深及水位恢復(fù)情況，然后換作Y3、Y6同時抽水，Y2、Y4、Y5作觀測降深及水位恢復(fù)情況的方法進(jìn)行，盡量避免局部集中降水量過大的情況。

圖2 降壓井位置分布

5.6 制定回灌措施

（a）根據(jù)在上海地區(qū)的施工經(jīng)驗，地下水回灌壓力一般在0.06～0.10 MPa之間，本次回灌用水利用降水抽出的地下水經(jīng)三級沉淀后再利用，即在回灌過程中通過安裝加壓泵，對水體自然壓力進(jìn)行加壓，從而達(dá)到回灌所需壓力。

（b）通過多次回灌實驗，觀測水位恢復(fù)情況，對回灌壓力進(jìn)行測試，最終確定壓力值為0.10 MPa，并確定對G6、G5、G3進(jìn)行回灌，其余作為觀測井。

6 管理要點

（a）在疏干井進(jìn)行潛水層降水時，必須嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求降到開挖面以下0.5～1 m，并隨時觀測坑外地下水位變化情況，如遇止水帷幕有滲漏現(xiàn)象應(yīng)及時安排堵漏，避免因潛水層滲漏對周邊環(huán)境造成影響。

（b）填報降水日報表，每日上報降水及水位情況，繪制降水曲線圖，全程掌控潛水層水位變化。

（c）嚴(yán)格執(zhí)行按需降水、分區(qū)進(jìn)行、對角跳抽、間斷執(zhí)行的抽水方法，減小對周邊環(huán)境的影響。在承壓水降水過程中，安排管理人員輪流值班，全天候觀測水位變化及坑底土體情況。水位測量每2 h1 次，并做好記錄，根據(jù)水位高低進(jìn)行降壓井水泵的開啟時間和順序，將承壓水水頭始終控制在計算數(shù)據(jù)9.45 m以下10 m以上一個相對穩(wěn)定的區(qū)間。

（d）為了堵住管理疏忽的漏洞，避免操作工人在夜間有脫崗的現(xiàn)象而導(dǎo)致降水過度的情況發(fā)生，業(yè)主、監(jiān)理和施工單位經(jīng)過研究后決定改變傳統(tǒng)的將潛水泵安裝在井底的抽水方法，而是將潛水泵安裝在一個合理的深度，使得在水頭降到需要的標(biāo)高時即使沒有人為控制也不再繼續(xù)降水。經(jīng)過初期對Y4、Y5分別在10 m、15 m、20 m水泵安裝深度的試驗，并觀測Y2、Y3、Y6水頭下降情況，最終確定將水泵安裝在20 m深度時比較理想。

（e）利用Σγsi·h≥γw·H公式進(jìn)行底板混凝土澆筑后基坑穩(wěn)定性驗算（注：未加上地下連續(xù)墻質(zhì)量）：

（44.1－22.5）×17.7＋1.35×35≥（44.1－5.2）×10，429.57 ≥ 389

據(jù)以上計算數(shù)據(jù)分析：當(dāng)基坑底板混凝土澆筑完成后基坑大底板處于安全狀態(tài)，當(dāng)混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度時可以停止降承壓水。

7 確認(rèn)效果

從第三方監(jiān)測單位對本基坑的監(jiān)測報告對比分析可以看出，本次深基坑施工降水對周邊環(huán)境影響極小，管線、道路、房屋的沉降值均未超報警值，支護(hù)體系本體水平、垂直位移也在報警值范圍之內(nèi)，達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)。

8 結(jié)語

在本工程基坑地下水控制施工過程中，嚴(yán)格按信息化施工的要求，在基坑周邊道路、支護(hù)結(jié)構(gòu)和臨近建筑物均設(shè)置了觀測點，通過科學(xué)指導(dǎo)施工，認(rèn)真監(jiān)測并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，從而消除了降地下水對周邊管線、道路、房屋的影響，其沉降值均未超報警值；支護(hù)體系本體水平、垂直位移也在報警值范圍之內(nèi)。確保了地下工程的施工質(zhì)量和安全，保證了基坑周邊管線、道路、支護(hù)結(jié)構(gòu)和臨近建筑物安全使用，可為其他工程施工提供借鑒經(jīng)驗。