深基坑排水對(duì)城市污水系統(tǒng)的影響

孫曉峰 寧 冉 賈恒松

（1．上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海 200233；2．上海城投水務(wù)（集團(tuán)）有限公司，上海 200002；3．中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 嘉興 314000）

上海地區(qū)地下水豐沛，承壓含水層水量補(bǔ)給充足，為保障建設(shè)工程安全，保證周邊環(huán)境的穩(wěn)定性，深基坑工程普遍采取降排水措施[1]，并將所抽地下水排放至市政排水管道，這會(huì)對(duì)城市局部排水系統(tǒng)尤其是位于末端的污水處理廠運(yùn)行產(chǎn)生影響。孫永利等[2]指出，非生活污水?dāng)D占管網(wǎng)和污水處理廠容積導(dǎo)致的污水溢流排放是城市生活污水集中收集率偏低的重要原因。受多種外水入侵影響，上海末端污水處理廠溢流現(xiàn)象突出，高峰時(shí)期日均有數(shù)十萬(wàn)噸的污水未經(jīng)處理溢流到長(zhǎng)江，受到中央環(huán)保督察的高度關(guān)注[3]。因此，查明深基坑排水進(jìn)入末端污水處理廠的水量，是城市排水系統(tǒng)擠排外水的重要基礎(chǔ)工作，但目前尚未見(jiàn)到有關(guān)研究。

為評(píng)估上海深基坑排水對(duì)城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)等影響，該文分析了上海2020年度深基坑降對(duì)全市主城區(qū)及郊區(qū)各污水排水系統(tǒng)的影響，并根據(jù)深基坑深度和排水量屬性，提出深基坑排水的管控指標(biāo)和管控建議，以期為污水收集處理系統(tǒng)提質(zhì)增效和地下水資源保護(hù)提供參考。

1 研究方法

自2019年起，上海市住建委對(duì)深度≥7m 的深基坑工程統(tǒng)一進(jìn)行技術(shù)審查。根據(jù)工程建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，雖然深度＜7m的基坑數(shù)量多，但是深度淺、規(guī)模小，基坑排水以潛水疏干為主，其排水量較小，一般可忽略不計(jì)。綜合深基坑排水受開(kāi)挖面積、開(kāi)挖深度、水文地質(zhì)、止水隔墻深度和降水施工周期等因素影響[4]，結(jié)合多個(gè)實(shí)際工程案例、抽水試驗(yàn)及水文經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算不同區(qū)域、不同類型的深基坑排水量，分析深基坑排水量的分布規(guī)律。

為計(jì)算深基坑排水進(jìn)入相關(guān)污水收集處理系統(tǒng)的水量，合流制范圍內(nèi)深基坑排水量按照全部進(jìn)入污水收集系統(tǒng)計(jì)算；對(duì)分流制強(qiáng)排區(qū)域內(nèi)的深基坑，參照部分分流制雨水泵站年內(nèi)開(kāi)泵天數(shù)情況（開(kāi)泵天數(shù)約占全年10%～25%）按照80%的深基坑排水量進(jìn)入污水系統(tǒng)計(jì)算；對(duì)分流制自排區(qū)域內(nèi)的深基坑，考慮存在一定的雨污混接和自排雨水管初雨截流情況，其排入污水系統(tǒng)的水量按照降排水總量的10%計(jì)算。

疏干降水量采用給水度（μ）計(jì)算法；承壓層降水量采用等效給水度（μ1）計(jì)算法，采用等效給水度值根據(jù)類似案例結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選取，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：Q為疏干降水量，m3；Q1為降壓降水量，m3；F為基坑面積，m2；S為含水層頂板至安全水位的距離，m。

2 全市深基坑基本情況

2.1 地下含水層情況

上海地區(qū)地層中蘊(yùn)藏著豐富的地下水，地下水的類型包括潛水、微承壓水及承壓水。根據(jù)目前工程建設(shè)的現(xiàn)狀與地下空間開(kāi)發(fā)的深度，對(duì)工程建設(shè)有影響的主要是潛水、微承壓含水層和第一承壓含水層（第⑦層）、第二承壓含水層（第⑨層）。潛水一般賦存于淺部地層中的填土、黏性土、粉性土和砂土中，一般位于層的第②層及第③層，潛水含水層排水量較小，基坑排水以疏干為主。微承壓含水層是指第④2、⑤2 層及第⑤3夾粉性土或砂土含水層，含水量次之，當(dāng)其與第一承壓含水層相連時(shí)，水量較為豐富。承壓含水層含水量較大，涉及第⑦、⑨層相連的深基坑排水量更大[5-6]。以中心城為例，微承壓及承壓含水層主要涉及的第⑤2 層、第⑦層及第⑨層等地層。

根據(jù)微承壓及承壓含水層主要涉及的第⑤2 層、第⑦層及第⑨層等地層的分布，將上海中心城區(qū)分為不同的地層結(jié)構(gòu)區(qū)，各區(qū)域情況見(jiàn)表1。

表1 中心城區(qū)含水層分布統(tǒng)計(jì)表

2.2 2020年深基坑情況

根據(jù)上海市住建委科技委深基坑（深度≥7m）評(píng)估資料，2020年全市深基坑項(xiàng)目共349 個(gè)。基坑開(kāi)挖面積除個(gè)別較大或者較小外，集中分布范圍為3000m2～35000m2。基坑開(kāi)挖深度主要在8m～15m，占基坑總量的78%；深度＞15m 深基坑數(shù)量占22%，深度＜7m 或≥40m 的基坑數(shù)量極少。位于中心城區(qū)的深基坑數(shù)量為189 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為50 個(gè)；位于外環(huán)線以外地區(qū)的深基坑總數(shù)為160 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為22 個(gè)。

2.2.1 不同排水體制內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同排水體制范圍的數(shù)量進(jìn)行分析，2020年合流制區(qū)域深基坑數(shù)量59 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為17 個(gè)；位于分流制區(qū)域的深基坑數(shù)量為290 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為56 個(gè)，見(jiàn)表2。

表2 2020年不同排水體制范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.2.2 不同排水模式內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同排水模式范圍的數(shù)量進(jìn)行分析，2020年強(qiáng)排區(qū)域深基坑數(shù)量205 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為50 個(gè)；位于自排區(qū)域的深基坑數(shù)量為144 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為22 個(gè)，見(jiàn)表3。

表3 2020年不同排水模式范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.2.3 不同污水系統(tǒng)片區(qū)內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同污水系統(tǒng)片區(qū)的數(shù)量進(jìn)行分析，2020年白龍港片區(qū)深基坑數(shù)量165 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為52 個(gè)；位于竹園片區(qū)的深基坑數(shù)量為79 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為16 個(gè)；位于石洞口片區(qū)的深基坑數(shù)量為22 個(gè)，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為1 個(gè)，見(jiàn)表4。

表4 不同污水系統(tǒng)片區(qū)范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.3 深基坑排水量估算

根據(jù)相關(guān)工程地質(zhì)勘察報(bào)告、水文地質(zhì)勘察報(bào)告和實(shí)際工程情況進(jìn)行評(píng)估，須進(jìn)行施工降承壓水的深基坑項(xiàng)目167個(gè)，其中須降第⑤層微承壓含水層的項(xiàng)目104 個(gè)，須降第⑦層承壓含水層的項(xiàng)目63 個(gè)，見(jiàn)表5。經(jīng)調(diào)查計(jì)算，2020年全市深基坑排水總量約為8173 萬(wàn)m3～9133 萬(wàn)m3，折算為22.4 萬(wàn)m3/d～25.0 萬(wàn)m3/d。

表5 2020年深基坑排水總量估算匯總

按照深基坑排水規(guī)模分析，單個(gè)基坑排水量≤20 萬(wàn)m3的深基坑數(shù)量共有270 個(gè)，占基坑總量的77%，其排水總量約707 萬(wàn)m3，占基坑總排水量的8%；單個(gè)基坑排水量＞20 萬(wàn)m3的深基坑數(shù)量共有79 個(gè)，占基坑總量的23%，其排水總量約8426 萬(wàn)m3，占基坑總排水量的92%。

按照區(qū)位分析，中心城內(nèi)深基坑排水量為13.0 萬(wàn)m3/d～15.4 萬(wàn)m3/d，外環(huán)以外地區(qū)為9.4 萬(wàn)m3/d～9.6 萬(wàn)m3/d。按照不同排水體制范圍內(nèi)深基坑排水量估算，合流制范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為4.5 萬(wàn)m3/d～5.0 萬(wàn)m3/d，分流制范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為17.9 萬(wàn)m3/d～20.0 萬(wàn)m3/d。按照不同排水模式范圍內(nèi)深基坑排水量估算，強(qiáng)排區(qū)范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為15.7 萬(wàn)m3/d～18.1 萬(wàn)m3/d，自排區(qū)范排圍內(nèi)深基坑年度排水總量為6.7 萬(wàn)m3/d～6.9 萬(wàn)m3/d。

根據(jù)深基坑排水進(jìn)入污水收集處理系統(tǒng)水量的計(jì)算結(jié)果，2020年深基坑排入污水系統(tǒng)的總水量為13.8萬(wàn)m3/ d～16.2萬(wàn)m3/d，占全市污水處理量的1.7%～2.0%，其中：排入白龍港污水片區(qū)的水量為8.8 萬(wàn)m3/d～10.8 萬(wàn)m3/d，占污水處理量的3.0%～3.7%；排入竹園污水片區(qū)的水量為4.4 萬(wàn)m3/d～4.7 萬(wàn)m3/d，占污水處理量的1.9%～2.0%；排入石洞口污水片區(qū)的水量為約0.4 萬(wàn)m3/d，約占污水處理量的0.6%。嘉定黃浦江上游、杭州灣和崇明片區(qū)接納的深基坑排水量較小，見(jiàn)表6。

表6 2020年深基坑排入污水處理系統(tǒng)的水量估算

中心城區(qū)深基坑分布與排水系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。

綜上所述，深基坑排水進(jìn)入城市污水處理收集處理系統(tǒng)的水量已非常可觀，如果與污水處理廠日均數(shù)十噸的溢流水量相比，所占比例更高。因此，管控深基坑降排水水量是城市排水管網(wǎng)“擠外水”重要的工作內(nèi)容，建議水行政和建設(shè)工程主管部門重點(diǎn)關(guān)注。

3 深基坑降排水管控指標(biāo)研究

3.1 深基坑工程案例屬性分析

對(duì)83 個(gè)深基坑降排水工程實(shí)際案例進(jìn)行分析，開(kāi)挖深度在7m～15m 的基坑數(shù)量較多（約占78%），但其排水量總量較小（占34%），平均單個(gè)基坑排水量約1 萬(wàn)m3；開(kāi)挖深度大于15m 的深度大于15m 的基坑數(shù)量較少（占22%），但其排水量總量較大（占66%），平均單個(gè)基坑排水量約13 萬(wàn)m3。不同深度深基坑降案例統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表7。

表7 不同深度深基坑降案例統(tǒng)計(jì)情況

從單個(gè)基坑排水量對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，排水總量≤20萬(wàn)m3的基坑數(shù)量較多（約占88%），但排水量較小（約占33%），平均單個(gè)基坑排水量約3.6 萬(wàn)m3；排水量＞20 萬(wàn)m3的基坑數(shù)量較少（約占12%），但排水量較大（約占67%），平均單個(gè)基坑排水量約69.3 萬(wàn)m3，其基坑日均排水量為1970 m3/d。不同排水量深基坑統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表8。

表8 不同排水量深基坑案例統(tǒng)計(jì)情況

由此可見(jiàn)，在開(kāi)挖深度15m 以上或日均排水量2000m3/d以上的深基坑排水量占比最大，應(yīng)該引起重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 管控指標(biāo)建議

2021年12月1日開(kāi)始實(shí)施的《地下水管理?xiàng)l例》對(duì)深基坑降排水提出了管控要求，并明確由省級(jí)人民政府制定有關(guān)地下工程開(kāi)挖深度和排水規(guī)模的管控指標(biāo)。

該文研究結(jié)果顯示，按照7～15m、>15m 兩種不同深度和≤20 萬(wàn)m3、>20 萬(wàn)m3兩種不同排水量為劃分指標(biāo)，上海深基坑數(shù)量和排水量呈現(xiàn)出“二八”分布規(guī)律。由于基坑排水量受降排水施工工期影響較大，同類型基坑降排水總量可能因施工工期的不同產(chǎn)生較大差異，即同樣排水總量條件下單日排水強(qiáng)度可能有較大的不同。考慮上海地下水補(bǔ)給充足，單日排水強(qiáng)度較排水總量更具有管控價(jià)值。考慮監(jiān)管效率，建議以日均排水量2000m3/d 或開(kāi)挖深度15m 作為排水規(guī)模管控指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

上海2020年度深基坑排水量情況顯示，深基坑工程排入污水處理廠的水量較大，其他城市也可能存在類似現(xiàn)象，應(yīng)引起水行政和建設(shè)工程主管部門等相關(guān)部門高度關(guān)注。研究表明，雖然規(guī)模較大的深基坑數(shù)量少，但是排水量占比較大，可在降排水管控中予以重點(diǎn)關(guān)注。建議加強(qiáng)對(duì)深基坑排水方案評(píng)審和深基坑排水的監(jiān)管，加大深基坑降水就地回灌和就近回用力度；建立深基坑降水排入市政雨水管網(wǎng)許可管理機(jī)制，精準(zhǔn)減控深基坑排水進(jìn)入污水系統(tǒng)排水量，并開(kāi)展基于地下水入侵情況下排水系統(tǒng)智能化運(yùn)行和污水處理廠工藝運(yùn)行提質(zhì)增效研究。為降低對(duì)城市污水收集處理系統(tǒng)影響，基坑降排水就近直接排入河道成效最明顯。但是目前尚存在2 個(gè)問(wèn)題：1）尚無(wú)法辦理深基坑降排水排入河道手續(xù)，這需要水務(wù)、環(huán)保等部門加快研究有關(guān)政策機(jī)制。2）地下水可能存在鐵錳超標(biāo)問(wèn)題，深基坑降排水直接入河可能因空氣氧化而呈紅色，易造成社會(huì)負(fù)面影響，建議盡快開(kāi)展有關(guān)深基坑降排水排入河道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)研究。

致謝：感謝上海市水務(wù)局（上海市海洋局）以及上海市地礦工程勘察（集團(tuán)）有限公司、上海市地質(zhì)調(diào)查研究院、上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司、上海山南勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司、上海長(zhǎng)凱巖土工程有限公司等技術(shù)單位對(duì)于本論文的鼎力支持。