軟土地基中特殊環(huán)境下的承壓水控制

匙文成

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術研究中心 上海 201103

1 工程概況

上海星港國際中心一期、二期工程基坑長約220 m，寬約140 m，基坑面積達30 440 m2。大部分地下6層，主樓區(qū)域挖土深度29.6 m（集水井挖土最深處35.3 m），裙房區(qū)域挖土深度27.3 m；鄰近軌交12號線車站側地下5層，挖土深度23.2 m。

基坑東、南、西三側緊鄰市政道路，道路下各類重要管線密集，基坑圍護結構與最近管線距離僅4 m。北側與由軌交12號線項目公司代建的地下3層結構外墻（地下連續(xù)墻）共墻，并距離提籃橋站19～25 m。以上管線和地鐵車站均處于2倍基坑開挖深度的影響范圍內（圖1）。

圖1 星港國際中心一期、二期項目基坑示意

2 承壓水特點

工程勘察報告揭示，本工程場地內承壓水主要為⑤3t層、⑧2層微承壓水和⑦層、⑨層承壓水，對本工程有直接影響的為⑦層承壓水及⑤3t層、⑧2層微承壓水。塔樓最深挖深部位35.3 m，接近于⑨層臨界開挖深度。經分析，本工程承壓水降水具有以下2個顯著特點：

1）場地地質狀況較特殊，開挖層以下有高承壓水頭的承壓含水層。由于超深，涉及⑤3t層、⑧2層微承壓水和第⑦層承壓水的降壓要求。消防電梯集水井開挖深度接近第⑨層承壓水層臨界開挖深度。降水期間⑨層承壓水補充水量理論上非常充沛，日出水量較大。

2）本基坑規(guī)模超大、超深又緊鄰地鐵，為控制基坑開挖變形，開挖過程必然要采取分坑、盆式分區(qū)、分段施工措施。這些措施會造成基坑分坑數(shù)量較多，且坑與坑之間開挖施工存在相互制約條件。這些特性決定了本工程承壓水的降水時間較一般工程會更長，對周邊管線和地鐵變形控制難度更大。

3 技術路線確定

為平衡“基坑安全”與“周邊環(huán)境影響”，本工程基坑降水從圍護方案設計和降水方案設計兩方面策劃。

3.1 圍護方案設計

把整個基坑設計成封閉系統(tǒng)，使地下連續(xù)墻趾進入⑧1黏土層，隔離⑤3t層微承壓水、⑦層承壓水基坑內外的聯(lián)通，降低這兩層承壓水降水對環(huán)境的影響。

在地下連續(xù)墻外圍再增設一道止水效果較好的TRD工法攪拌墻作為止水帷幕，進一步隔斷淺層水和第⑤3t層微承壓水對坑內的聯(lián)系。

對消防電梯井深坑進行滿堂加固，提高坑底土抗承壓水的安全儲備。滿堂加固施工工藝采用高壓旋噴樁擋土加固，RJP工法旋噴樁封底加固。

3.2 降水方案設計

一是通過前期進行單井、多井抽水試驗來掌握承壓水層土體、水頭特性，從降壓井布井設計上進行優(yōu)化，減少降壓井的數(shù)量，降低總抽水量。

二是在正式運營前，通過群井抽水試驗對降壓井設計進行佐證，根據(jù)基坑階梯狀的特點及按需抽水原則制訂實施方案。結合時空效應，以階梯狀降水、分段降水方式，降低抽水總量，從而使降水對周邊環(huán)境影響最小。

4 降水井設計

4.1 設計階段抽水試驗

由于地質特性特殊，又第一次面對如此深度的基坑降壓井設計，無同類工程可供參考，我們在施工現(xiàn)場設置了14口降水井作單井、多井抽水試驗，為基坑降水方案設計提供依據(jù)（表1、圖2）。

表1 含水層初始水位

圖2 單井出水量與降深關系曲線

4.1.1 單井試驗結論

單井抽水試驗成果如表2所示。

表2 單井抽水試驗成果

4.1.2 群井試驗結論

群井抽水試驗在3口井同時抽水8 d左右，觀測井最大水位降深達到14.85 m，預測近處最大沉降達到14.45 mm。

4.2 地面沉降預測

方案設計完成后針對降水工程進行了專項的降低微、承壓水水位的數(shù)值模擬分析，并對降水效果及降水影響作出了初步的評估。

4.2.1 泄壓井模擬預測

利用抽水試驗所建立的地下水模型，結合地下連續(xù)墻和抽水試驗井的結構，在基坑內布設深度為48 m泄壓降水井，通過數(shù)值模擬計算降深分布。

通過數(shù)值模擬計算，在A-1區(qū)基坑內布置10口第⑦層泄壓井，在B區(qū)基坑內布置8口第⑦層泄壓井，降水20 d后水位已經穩(wěn)定，基坑各部承壓水水頭下降到安全水位高度（圖3）。

圖3 基坑開挖分區(qū)

4.2.2 降壓井模擬預測

通過模擬估算，在A-1區(qū)、A-2區(qū)和B區(qū)基坑內分別布置7口（含1口觀測井）、6口（含1口觀測井）和3口（含1口觀測井）降壓井。根據(jù)模擬結果，布設的降壓井能夠滿足基坑開挖的要求。

4.2.3 減壓降水引起的地面沉降預測

對于第⑦層承壓含水層，本工程中基坑圍護地下連續(xù)墻理論上已將第⑦層承壓含水層完全隔斷，在地下連續(xù)墻不發(fā)生滲漏的情況下，坑內減壓降水不會對周邊環(huán)境產生明顯影響。

對于第⑧2層微承壓含水層，本次針對基坑開挖后所需要的最大安全降深的工況進行沉降計算。A-1區(qū)基坑減壓降水最終引起坑外地表最大沉降為5.0 mm，B區(qū)減壓降水最終引起坑外地表最大沉降為2.0 mm。

4.3 降水方案設計

在通過現(xiàn)場各承壓水含水層的單井、群井抽水試驗獲得水文參數(shù)的基礎上，建立承壓水基坑降水數(shù)值模擬模型（Visual Modflow 軟件模擬計算），模擬承壓水降水對周邊環(huán)境沉降的影響，設計降壓井（泄壓井）數(shù)量和布局。降、泄壓井數(shù)量如表3所示。

表3 降水深井工作量

考慮到坑內承壓水抽水時可能會造成坑外承壓水位下降，進而影響地鐵安全，在靠近地鐵一側增加5口⑦層回灌井。結合地鐵埋深明確坑外承壓水位累積變化幅度超過1 m時啟動回灌。

5 方案實施

5.1 降水井的降水運行

減壓降水運行過程中，項目部每天根據(jù)基坑周圍的監(jiān)測資料及時了解、分析降水對周圍環(huán)境的影響程度，有效控制降水運行。

基礎底板施工完成后，由設計單位提供基礎及上部結構的抗浮力，并在確保承壓水水頭壓力不大于抗浮力的情況下，逐步減少減壓井的開啟數(shù)量，直至停止降水運行。降壓井運行時，每天進行水位觀測，在滿足抗承壓水的挖土分塊區(qū)域不開啟其他降壓井，盡量減小對周邊環(huán)境的影響。

同時降壓井運行時根據(jù)挖土計劃提前啟動降壓井并加強水位觀測，滿足要求時才開挖。

5.2 坑外回灌井運行

第6層土開挖期間，隨著泄壓井的陸續(xù)開啟，坑外觀測井的水位標高持續(xù)下降，并逐漸逼近報警值，為延緩坑外水位下降趨勢，保護地鐵設施，2015年4月8日回灌井開始常壓回灌，常壓下單井回灌量7～20 m3/d。運行一段時間后，地鐵側坑外承壓水的水頭高度下降幅度趨緩，改善效果明顯?；毓嘁恢背掷m(xù)到大底板施工完成后，方停止回灌。

5.3 利用基坑開挖的時空效應安排施工工序

從保護地鐵及周邊環(huán)境、工程進度、場地布置等方面綜合考慮，基坑采取分坑施工。首先同時開挖施工A-1、A-2區(qū)；待A-1、A-2區(qū)裙房區(qū)域底板完成并達到強度，繼續(xù)向上回筑施工時，開始開挖B區(qū)；待B區(qū)底板完成澆筑后，開始開挖C區(qū)：另外待B區(qū)B5層板達到強度且C區(qū)底板完成澆筑后，B區(qū)與C區(qū)同步拆撐回筑；待A-1、A-2區(qū)出±0.00 m后，開始開挖D-1、D-2區(qū)。

針對基坑底板面積大、施工時間長、承壓水隱患大的情況，塔樓區(qū)域底板分2次澆搗。

6 承壓水控制效果

通過信息化監(jiān)測，及時了解施工過程中承壓水的水位與支護結構的狀態(tài)，并及時反饋到設計與施工中去，控制了基坑變形，確保了地鐵運營的安全。在整個施工階段，基坑圍護與地鐵運營變形都在可控范圍之內。

基坑地下連續(xù)墻測斜報警值100 mm，最大傾斜點CX15，最大累計變化量71.9 mm，所處深度22.0 m。

鄰近地鐵側，最大傾斜點CX42，最大累計變化量63.8 mm，所處深度20.5 m。

7 結語

星港國際中心一期、二期項目深基坑工程歷時近8個月，總結出以下幾條施工經驗，希望能夠對同類型工程施工有一定借鑒指導意義：

1）本工程地下連續(xù)墻外圍采用TRD工法攪拌墻（墻深41 m）作為止水帷幕，隔斷淺層水和第⑤3t層微承壓水與坑內的聯(lián)系。實際上，如果止水帷幕再增加14 m深度，即可隔絕⑦層承壓水對坑內的補給，避免由于地下連續(xù)墻施工質量問題造成A-1區(qū)⑦層坑內外水位的聯(lián)動影響，后續(xù)也不用采取注漿加固措施，可以節(jié)省大量的工期及提升經濟效益，并增加基坑開挖的安全系數(shù)。

2）地下工程地質條件復雜、基礎信息缺乏，其施工存在著很大的不確定性和高風險性。所以圍護設計方案需預留充分的安全保險系數(shù)?？v觀本工程的圍護設計方案，著重通過深坑滿堂加固、地下連續(xù)墻隔絕⑦層承壓水等措施提高坑底土抗承壓水的安全儲備，確保深基坑施工的安全。

3）后期施工時圍繞“合理布井、按需抽水、適時回灌”等施工措施，通過信息化監(jiān)測，及時了解施工過程中承壓水的水位與支護結構的狀態(tài)，并及時反饋到設計與施工中去，控制了基坑變形，確保了地鐵運營的安全。