上海11號線御橋路站抽水試驗及方案設(shè)計

沈 馳 張英英

0 引言

隨著城市化建設(shè)的進展，上海地區(qū)地鐵工程越來越多，車站基坑的深度越來越深。對于類似于上海地區(qū)的軟土地基中的深基坑而言，淺部土層的高含水量引起的土體強度低、開挖時的滑坡及土體傾覆以及基坑下部承壓水引起的基坑底突涌是常見的風險。如此，則需對相關(guān)含水層進行降水處理，如今淺部含水層的疏干降水以及深層承壓含水層的減壓降水分別獨立進行的降水方式在業(yè)內(nèi)被普遍接受。

對于上海軌道交通11號線御橋路站，車站基坑涉及淺部含水層的疏干及下部承壓含水層的減壓。在本工程中，經(jīng)過抽水試驗研究，采用了承壓水及上部潛水共同降水的方式，并取得了良好的效果，既保證了基坑的安全，又對周邊環(huán)境造成較小的影響，同時大大降低了工程成本，減少了降水井在基坑內(nèi)的占用空間，方便了基坑內(nèi)施工的進行。

1 工程及地質(zhì)概況

11號線御橋路基坑挖深17.47 m～19.78 m，地墻深度為32 m～33 m。基坑的周邊環(huán)境較為復(fù)雜，車站圍護結(jié)構(gòu)距離南側(cè)12層居民樓僅14.4 m，對于基坑降水而言，降水方法不當將對該居民樓產(chǎn)生較大的沉降影響。

場地屬濱海平原地貌類型，對基坑開挖造成主要影響的土層自上而下依次為:

①1填土，②1粉質(zhì)粘土，②3砂質(zhì)粉土夾粘，③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，③2粘質(zhì)粉土，③3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂，④淤泥質(zhì)粘土，⑤11粘土，⑤1A粉質(zhì)粘土夾粉砂，⑤12粉質(zhì)粘土夾粉砂，⑤2砂質(zhì)粉土夾粘，⑤3A粉質(zhì)粘土夾粉砂(局部互層)，⑤3B粉質(zhì)粘土夾粉砂。⑤1A層及⑤2層為微承壓含水層，⑤2層下伏⑤3A層PS值基本在3 MPa～5 MPa，土層中含有大量粉砂，與⑤2層可能存在水力聯(lián)系。本工程圍護隔斷⑤2層但未隔斷⑤3A層。

2 降水設(shè)計初步方案

根據(jù)地質(zhì)資料及水文資料分析，車站圍護未隔斷微承壓含水層，為確保降水滿足基坑安全同時減少對坑外環(huán)境影響，初步設(shè)計采用疏干及降壓獨立設(shè)計的原則，于坑內(nèi)布置了針對開挖土體疏干井及針對微承壓水的降壓井。

根據(jù)初步方案的計算，以主體基坑?xùn)|段35軸～44軸基坑為例，坑內(nèi)共布置8口疏干井及6口降壓井。其中疏干井井深16 m，井底位于微承壓含水層頂以上4 m，降壓井井深32 m，于坑底以下微承壓含水層中設(shè)置濾管。

初步方案將承壓水對基坑的風險降至最低，能確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全。但井數(shù)過多，占用坑內(nèi)大量空間，影響坑內(nèi)挖土、支撐等施工，同時較大的施工成本也是其缺點之一。

為此，在確定最終方案前進行了一次抽水試驗，以查明微承壓含水層各層之間的特點及關(guān)系，為尋求更合理的方案提供依據(jù)。

3 抽水試驗

抽水試驗共布置5口試驗井進行，主要目的為確定⑤層土相關(guān)亞層之間的水力聯(lián)系，主要包括⑤12與⑤2之間的水力聯(lián)系，以及⑤2與⑤3A之間的水力聯(lián)系。其中S-12-1井深為25 m，濾管主要位于⑤1A層與⑤12層;S-2-1～S-2-3井深為32 m，濾管主要位于⑤2層;S-3A-1井深為39 m，濾管主要位于⑤3A層。抽水試驗井平面相對位置及井結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 抽水試驗井平面相對位置圖

試驗共分三個階段進行，具體試驗過程見表1。

表1 抽水試驗主要過程一覽表

抽水試驗的主要觀測數(shù)據(jù)如下:

1)S-2-2單井試驗期間，各觀測井水位埋深變化情況見圖2。

圖2 層S-2-2單井抽水各觀測井水位過程曲線

圖3 層兩井抽水各觀測井水位過程曲線

圖4 層S-3A-1單井抽水層S-2-2水位過程曲線

2)S-2-1，S-2-2兩井試驗期間，各觀測井水位埋深變化情況見圖3。

3)⑤3A層S-3A-1單井試驗期間，觀測井水位埋深變化情況見圖4。

根據(jù)三組試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，⑤2層與⑤12層之間有一定的水力聯(lián)系，而⑤2層與⑤3A層之間水力聯(lián)系微弱。

根據(jù)御橋路站基坑設(shè)計，基坑圍護深入⑤3A層，并將⑤2層隔斷，針對⑤2層降壓可考慮加深坑內(nèi)部分疏干井至⑤2層達到降壓目的。

4 優(yōu)化方案

根據(jù)抽水試驗結(jié)果，⑤2層與⑤3A層之間水力聯(lián)系微弱，主體基坑圍護隔斷⑤2層，故可設(shè)置上部含水層與⑤2層的混合降水井，在疏干上部土層的同時降低微承壓含水層的水位。

以主體基坑?xùn)|段35軸～44軸基坑為例，方案優(yōu)化后，坑內(nèi)共布置6口混合井及1口降壓井。其中3口混合井深度為26 m，深入坑底以下約6 m，未深入至⑤2層;3口混合井井深為31 m，井底至⑤2層層底;1口降壓井為針對微承壓含水層的觀測備用井。

優(yōu)化方案中根據(jù)試驗結(jié)果設(shè)置混合井，仍能保證基坑安全及周邊環(huán)境安全?？觾?nèi)井數(shù)較初步方案大大減少，節(jié)省了降水井占用坑內(nèi)的空間，對基坑內(nèi)挖土、支撐等環(huán)節(jié)的施工的影響減小，同時較大的減少了施工成本。

5 運行結(jié)果及總結(jié)

本工程實際按照優(yōu)化方案施工。降水井施工完成后進行預(yù)抽水，至基坑開挖時預(yù)抽水約一個月，基坑開挖前測得開挖土層綜合水位埋深為16.4 m，坑底微承壓含水層水位埋深為18.7 m，降水效果顯著。根據(jù)監(jiān)測單位監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)抽水運行期間，坑外觀測孔水位無明顯變化，基坑周邊各地面沉降觀測點測得數(shù)據(jù)無明顯異常。

根據(jù)本工程抽水試驗、降水設(shè)計方案及施工運行情況，對本工程總結(jié)如下:

1)本工程第⑤層土的各個亞層分布復(fù)雜，砂性土及粘性土層層間錯，土層滲透系數(shù)極不均勻。本次通過抽水試驗查明了其各個亞層的水文地質(zhì)特性及相互間的水力聯(lián)系。最終根據(jù)抽水試驗結(jié)果制定了合理的降水方案，解決了初步方案施工困難、運行管理難度大、成本高等問題，并最終在控制對周邊環(huán)境影響的前提下安全地完成了降水作業(yè)。2)對于上海地區(qū)，第⑤層的亞層中賦存的微承壓含水層普遍分布，常見的有⑤2層及⑤3層，且一般較深的基坑均涉及微承壓含水層的降壓，本工程的順利完成也為以后類似工程的降水提供了參考依據(jù)。

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

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