上海超深基坑第二承壓含水層的綜合控制分析

沈 馳

上海廣聯環境巖土工程股份有限公司 上海 200444

近年來，我國城市軌道交通建設飛速發展，軌道交通基坑也越來越深，由承壓水引發的工程事故屢見不鮮[1-4]。這些事故表明，深基坑工程中對承壓水的科學治理至關重要，施工前需要對相關承壓含水層的水文地質特性有充分的認識。

目前，行業內對上海地區微承壓含水層以及第一承壓含水層的研究較多且經驗豐富[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，而對于第二承壓含水層的工程經驗及研究較少，對其水文地質特性的認識與了解尚不充分。對需大幅控制第二承壓含水層水位的工程而言，尤其是周邊環境復雜的工程，如地下水控制不合理，則可能會對基坑安全和周邊環境穩定造成極大的危害。

本文以上海軌道交通17號線某區間工程的風井基坑為例，通過前期的試驗及過程中的控制數據分析，總結了一些針對第二承壓含水層綜合控制的經驗。

1 項目概況

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盈港東路路面以下，主體部分為地下3層結構。配套工程的功能是上海軌道交通17號線漕盈路站—青浦站地下盾構區間的中間風井，風井均位于2段地下盾構區間的最低點，兼有區間泵站及區間聯絡通道的功能。

基坑場地地面標高＋5.55 m，基坑開挖深度30.2 m，采用厚1.2 m地下連續墻圍護，圍護深度54 m。

基坑周邊環境復雜（圖1），基坑西北側為上海青城醫院，距離基坑最近處為20 m；青城醫院北側為寶宜苑小區；基坑東側為東大盈港橋，距離基坑最近處50 m；基坑南側為港龍國際大廈，距離基坑最近處36 m。

1.2 工程地質與水文地質

擬建場地地處湖沼平原，場地75.59 m埋深范圍內土層由第四紀全新統至上更新統沉積地層組成。按成因類型、土層結構及性狀特征，土層由上至下分別為：①1人工填土、②1粉質黏土、③淤泥質粉質黏土、⑥1黏土、⑥2砂質粉土、⑥3粉質黏土、⑥4粉質黏土、⑦1黏質粉土、⑦2砂質粉土、⑧粉質黏土、⑨粉砂。

影響深度內承壓含水層的分布具有如下特點：

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，現場實測⑨層水位埋深5.81 m，標高－0.26 m，需降低水位9.95 m方能滿足抗突涌穩定性要求。地下連續墻進入⑨層僅2 m，基本為敞開式降水，過度降水對周邊環境影響較大。典型地層分布特性如圖2所示。

圖2 典型地質剖面

2 專項抽水試驗

對于上海地區的第二承壓含水層，降水案例較少，工程經驗匱乏。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境安全，現場進行了專項的抽水試驗。試驗的主要目的是查明第二承壓含水層靜止水位、相關的水文地質參數、涌水量與水位下降間的關系，為降水設計及施工提供依據。共布置4口井進行抽水試驗，井深為61 m，編號Y9-1—Y9-4（圖3）。

利用4口井進行1組單井試驗及1組群井試驗，試驗過程如表1所示。

3 試驗成果及地下水風險評價

3.1 初始水位

圖3 抽水試驗平面布置

表1 抽水試驗過程

試驗前對⑨層靜止水位進行連續測量，測量周期為3 d。根據測量結果，其靜止水位在標高－0.48～－0.26 m之間波動，波動幅度0.22 m。工程期間根據不利條件，承壓水靜止水位按標高－0.26 m計。

3.2 水文地質參數

2組試驗的流量及降深關系如表2、圖4及圖5所示。

表2 抽水試驗成果

圖4 單井試驗觀測井水位降深-時間曲線

圖5 群井試驗觀測井水位降深-時間曲線

根據試驗數據進行計算可知，第二承壓含水層滲透系數k＝16.5 m/d，儲水系數S＝5×10－4，降水井出水量約11 m3/h。

3.3 地下水風險分析

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層相對隔水層及⑨層的第二承壓含水層。

根據基坑開挖特點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，考慮到圍護底進入⑨層頂部并完全隔斷⑦層的特點，擬針對⑦層及⑨層分別獨立降壓，⑦層水位降至坑底以下，⑨層水位按抗突涌穩定性進行控制。

⑨層承壓含水層滲透系數較大，降水漏斗平緩。本工程為敞開式降水，大幅降壓對周邊環境影響較大，且影響范圍較廣。因此，實際降壓時在查明水文地質特性的前提下適當降低安全系數。

3.4 抗突涌穩定驗算

項目根據1.05及1.02這2種不同的安全系數進行抗突涌穩定驗算（安全系數取1.05），驗算結果如表3所示。

表3 基坑各承壓含水層抗突涌穩定驗算

本工程周邊環境復雜，在摸清承壓水水位地質特性的情況下，實際運行時按照安全系數1.02進行承壓水位控制。

4 承壓水綜合控制

4.1 降壓井布置

根據專項抽水試驗得到的數據進行計算分析，共布置7口降壓井，其中1口為觀測井，如圖6所示。

圖6 第二承壓含水層減壓井平面布置

4.2 試運行

正式降壓前進行試運行，試運行采用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。觀測井最終水位埋深降至15.92 m，降深9.21 m，降至標高－10.37 m，滿足安全系數1.05時，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）基于抽水試驗成果，考慮周邊環境保護要求，實際運行時按照安全系數1.02進行控制。

2）底板澆筑完成3 d后，根據底板養護情況逐步停抽降壓井，減少降壓井抽水時間，待底板養護達到強度時停抽所有降壓井。

實際承壓水位控制過程如圖7所示。

圖7 基坑開挖時第二承壓含水層按需控制

3）優先啟動遠離保護區域的降壓井，減少降壓的影響程度。

4）配備發電機作為備用電源，避免因停電問題導致降壓中斷、危害基坑安全。

5 結語

本工程基坑開挖深，周邊環境復雜，重點保護對象為西北側的上海青城醫院及東側的東大盈港橋。工程對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，達到降低基坑開挖過程中承壓水突涌風險的目的，施工期間通過專項抽水試驗查明第二承壓含水層的相關水文地質參數，為確定承壓水控制方案提供有力依據。同時在明確水位地質特性的情況下，適當降低了承壓水控制安全系數，在確?；影踩那疤嵯陆档蛯χ苓叚h境的影響，其間實測周邊環境變化均在可控范圍之內。

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