地鐵沿線大型深基坑工程降水方案設計
——以蘇州現代傳媒廣場工程為例

李連國

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

地鐵沿線大型深基坑工程降水方案設計
——以蘇州現代傳媒廣場工程為例

李連國

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032)

以蘇州現代傳媒廣場工程為例，運用數值模擬方法，針對地鐵沿線深基坑如何設置降水井進行了方案設計，對降水過程中地面沉降進行了預測。研究表明，該設計方案具有可行性。

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降水井；深基坑；數值模擬；地面沉降預測

1 工程概況

蘇州現代傳媒廣場工程位于蘇州工業園區，南、東2側緊鄰河道，西、北2側臨街道，北側離地鐵線僅11m。深基坑為長方形，東西軸線長243m，南北軸線長147m，面積101784m2，包括2個區和3個獨立基坑?；铀闹苁褂玫叵逻B續墻，中隔墻使用鉆孔灌注樁；坑內北、西側分別采用三軸攪拌樁裙邊、墩式加固，坑中坑處采用高壓旋噴樁進行坑底、坑邊加固。地下室共3層，裙樓區域開挖深度15.4m，塔樓區域開挖深度17.4～17.6m，各區坑中坑落深0.9～3.8m。

2 基坑特點和方案設計總體思路

1)基坑特點 該基坑主要有以下幾個特點：①基坑面積較大，開挖較深，且塔樓區布置有坑中坑?；邮┕み^程中需長時間、大范圍降水，需根據安全承壓水位埋深，嚴格控制承壓水水位降低幅度。②基坑止水帷幕深約35.0m，局部槽段進入承壓含水層的深度最大約3.0m，未能隔斷承壓水，坑內外承壓水存在水力聯系，基坑內減壓降水對坑外影響較大。③場地內不良地質現象主要為土層的砂性較重，滲透性較大，在基坑開挖中會加大圍護結構發生滲漏、管涌等風險，對圍護結構施工質量和地下墻接縫處止水效果的要求較高。④除臨近地鐵外，基坑兩側臨河道，周邊有大量的市政管線分布，降低承壓水位對周圍環境有重要的影響，因而對環境要求極高。

2)工程地質及水文地質條件 該工程場地自然平均標高為2.60m。地質勘探表明，該工程自然地面以下90.0m以內的土層主要由粘性土、粉土和砂土組成，自上而下分為8個工程地質層：①素填土層；②粘土層；③粉質粘土夾粉土層；④1粉質粘土夾粉土層；④2粉質粘土層；④3粉質粘土夾粉土層；⑤粉質粘土層；⑥1粉質粘土層；⑥2粘土層；⑦粉質粘土層；⑧粉質粘土夾粉土層。對工程有影響的主要是潛水、微承壓水、承壓含水層。潛水賦存于表層填土層中,分布不均勻,水量小，主要接受大氣降水補給；微承壓水主要貯存于③、④1土層中，主要接受側向徑流及越流補給；承壓含水層，主要賦存于⑧土層中，主要接受徑流及越流補給，其歷史最高水位為-2.70m，最低水位為-3.0m，年變幅為0.38m，穩定水頭埋深在4.65～4.75m之間，其相應水頭標高為-1.50～-2.00m。

根據基坑特點，制定方案設計總體思路如下：①對裙樓開挖區及塔樓區的承壓水，布設深井減壓降低其水頭，減壓井過濾器置于承壓含水層中，減壓過程中“按需減壓”降水，減少“超降”引起的環境影響。②在基坑內外布置水位觀測井，根據地下水位監測結果指導降水運行；③為防止地墻出現滲漏而導致坑內抽水引起坑外水位降深過大，在臨地鐵側布置應急回灌兼水位觀測井。

3 基坑底板穩定性分析

當基坑開挖深度小于31.4m時，可按下式進行承壓水位控制［1］：

(1)

表1 開挖深度與對應安全水位表

式中，hs為基坑開挖深度,m；D為安全承壓水頭埋深值,m；γm為基坑底板至承壓含水層頂板間的土層重度加權平均值(該工程取18.0kN/m3)；rw為地下水的重度(取值10.0kN/m3)。

根據式(1)計算開挖深度hs對應的安全水位埋深D(見表1)。由表1可知，因工程施工區域的開挖深度均超過14.7m，抗承壓水穩定性安全系數不滿足規范要求［2］，必須對第⑧層承壓水采取有效減壓降水措施，才能防止產生基坑突涌破壞。

4 減壓井分析

1)基坑降水水文地質概念模型 考慮到降水過程中上覆潛水含水層將與下伏承壓含水層之間發生水力聯系，因而將上覆潛水含水層、弱透水層以及下伏深層承壓含水層組一起納入模型參與計算，并將其概化為三維空間上的非均質各向異性水文地質概念模型。為克服由于邊界的不確定性給計算結果帶來隨意性，定水頭邊界應遠離源匯項。計算時以整個基坑的東、西、南、北最遠邊界點為起點，各向外擴展約500m，即實際計算平面尺寸為1300×1300m2，四周均按定水頭邊界處理。

2)基坑降水數值模擬 根據工區的含水層結構、邊界條件和地下水流場特征，對其進行三維剖分(見圖1)，將模擬區每層剖分為161行、214列，剖分網格共206724個。

3)減壓井布設 進行減壓降水設計計算時，以初始承壓水水頭埋深4.0m作為前提條件，根據圍護設計、基坑開挖深度等資料并通過模型計算表明，在①區開挖施工時，基坑內各需布置2口降水井，井深42m，過濾器埋深35.0～41.0m(見圖2)。在②區開挖施工時，基坑內布置降水井3口(井深42m，過濾器埋深35.0～41.0m)。

圖1 離散模型網絡三維圖 圖2 ①區降水止水帷幕與降水井立體圖

5 應急備用及水位觀測井、疏干井和應急回灌井布設

1)應急備用及水位觀測井布設 為防止基坑施工過程中因保護不力致其破壞而無法按預期完成降水任務，在減壓降水計算的基礎上，設置減壓降水應急備用井兼水位觀測井3口(其中①區2口，②區1口，井結構均同降水井)。在基坑外側設計承壓含水層水位觀測井4口(井深42m，過濾器埋深35.0～41.0m)。

2)疏干井布設 根據蘇州地區地層情況，含水層中單井有效疏干面積一般為200～300m2［1］，該方案取其平均值250m2，共布置疏干井132口，裙樓及塔樓區普挖井深20m，坑中坑區域井深25m，根據各道支撐土方開挖的深度，過濾器埋深為2～7、9～12、14～19m。

3)應急回灌井布設 在臨近地鐵范圍的基坑圍護結構出現局部滲漏導致坑外水位持續大幅度下降，這樣會嚴重影響地鐵隧道安全，因而在地鐵側布設應急回灌井24口(井深20m)，過濾器埋深為5～19m，采取上述措施可在地鐵側水位迅速下降的情況下對微承壓含水層進行回灌，從而提高坑外微承壓含水層含水量并降低土體沉降的速率。

6 降水井分布

根據上述分析，設計該工程降水井分布平面圖如圖3所示。

7 地面沉降預測

1)①區 模擬施工工況，預估①區減壓降水運行150d。根據沉降模型進行計算［4］，預測結果如下：臨近基坑周邊的地面沉降約5～9mm，地鐵一側因降水引起的地面沉降約4～8mm，基坑周邊環境的沉降以降水區域為中心向周邊擴展，距基坑周邊100m的沉降值約2～3mm，遠離降水區域的沉降值逐步減少(見圖4)。

圖3 降水井分布平面 圖4 ①區減壓降水運行150d后的地面沉降預測圖

2)②區 ②區減壓降水運行150d后的地面沉降預測如下：基坑周邊累積的最大沉降值約8.5mm，臨近基坑周邊的地面沉降約5.5～8.5mm，地鐵區域地面沉降約為5.5～7.0mm，距基坑周邊100m的沉降值約2.5～3.5mm。

根據當地實際工程經驗，鄰近地鐵側地面沉降報警值為15mm，其他各側一般為20～25mm。因此，減壓降水150d不應超出地面沉降報警值。

8 結 論

1)根據地下水分布情況和基坑底板穩定性分析,認為該工程需進行降承壓水。

2)利用有限元數值模擬技術進行建筑基坑開挖工程降水分析和設計，按照滲流數值法進行計算，布設7口減壓井,可滿足 “按需”降承壓水要求。

3)根據當地單井有效疏干面積，布設132口疏干井可滿足降坑內潛水和微承壓水的需要。

4)布設備用兼觀測井和地鐵側應急回灌井，有利于承壓井被破壞和地鐵側水位迅速下降等特情處理。

5)根據地面沉降預測，當降承壓水時間不超過150d時，可以滿足地面沉降安全要求。

［1］吳林高.工程降水設計施工與基坑滲流理論［M］.北京：人民交通出版社,2003.

［2］ JGJ/T111-1998,建筑與市政降水工程技術規范［S］.

［3］ 姚天強.基坑降水手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社,2006.

［4］ 徐耀德,童利紅.利用Modflow預測某基坑降水引起的地面沉降［J］.水文地質工程地質,2004,31(6):96-98.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.047

2012-04-12

李連國(1965-),男，1989年大學畢業，碩士，工程師,現主要從事高層建筑方案和現場管理方面的研究工作。

TU463

A

1673-1409(2012)07-N138-03

［編輯］ 李啟棟