上海深基坑降水對周邊環(huán)境影響分析

曹 巖 余旺盛

(上海地礦工程勘察有限公司,上海 200065)

上海地區(qū)為典型的三角洲沉積平原，淺部地層主要以淺海相的粘性土和砂性土為主，具有高含水率、高壓縮性和高靈敏度等特點(diǎn)，且地下水位埋藏較淺，加之上海作為特大型城市，建筑物密集，地下管線較多，交通網(wǎng)絡(luò)密布，整體環(huán)境較為復(fù)雜，故對深基坑設(shè)計和施工帶來很大的挑戰(zhàn)[1-5]。本文以上海某深基坑工程為背景，基于深基坑抽水試驗(yàn)，研究了上海潛水和承壓水目標(biāo)含水層降水引起坑內(nèi)外水位變化，及對地表沉降的影響。此外，通過坑外回灌監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了回灌與坑內(nèi)外水位及沉降的影響，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

某工程場地周邊環(huán)境較為復(fù)雜，主要為辦公樓和3層的裙房，±0.000為絕對標(biāo)高+5.200 m，自然地面相對標(biāo)高為-1.000，絕對標(biāo)高+4.200 m。地下室為2層～3層。地下2層，開挖深度11.5 m；地下3層區(qū)域，常規(guī)區(qū)域開挖深度15.7 m(15.9 m)，主樓區(qū)域開挖深度18.6 m。基坑地下3層共設(shè)置三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，將本工程基坑分為七塊先后施工。經(jīng)勘察揭露，本工程地基土在135.32 m深度范圍內(nèi)均為第四紀(jì)松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和粘性土、粉性土以及砂土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。本工程場地受古河道切割，⑥層和⑤3t2層缺失，代而沉積為厚度較大的⑤3層,⑤3t層；勘察揭示場地⑨層面稍有起伏。場地內(nèi)地下水為潛水，賦存于淺部土層中，其水位穩(wěn)定埋深為0.45 m～1.30 m，平均0.77 m。④2-2層,⑤3t層為微承壓水含水層；⑨1層,⑨2層為承壓含水層，該兩層連通，存在直接水力聯(lián)系。

2 降水試驗(yàn)方案

2.1 降水方案

充分利用已經(jīng)施工完成的一區(qū)所有降水深井，同時在一區(qū)塔樓局部深坑區(qū)域附近增加第⑤3t層布置4口抽水井兼觀測井，以滿足應(yīng)急情況下塔樓局部深坑需要減壓降水時短時間內(nèi)降至安全水頭埋深的要求。同時在2區(qū),3區(qū)坑內(nèi)各增加1口④2-2的水位觀測井，井深參照原坑外水位觀測井結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要由第三方檢測單位實(shí)施。具體可分為兩個降水實(shí)驗(yàn)，第④2-2層試降水試驗(yàn)和第⑤3t層試降水試驗(yàn)。

2.2 回灌方案

在基坑西側(cè)分層布置第④2-2層與第⑤3t層的回灌井，同組布置，回灌井的間距控制在10 m/組，共布置24組。為了保證回灌效果，適當(dāng)增加回灌井的過濾器長度和孔隙率，其中第④2-2層的井深26 m，過濾器長8 m，第⑤3t層回灌井井深40 m，過濾器長9 m，成井孔徑均為700 mm，井徑為219 mm，井壁厚4 mm。

3 結(jié)果分析

3.1 第④2-2層試降水試驗(yàn)(第一階段)

第④2-2層試降水試驗(yàn)(第一階段)：坑內(nèi)潛水疏干深井(第④2-2層)水位標(biāo)高在-6.45 m～-7.24 m之間，達(dá)到第一階段試驗(yàn)要求?？觾?nèi)潛水(第④2-2層)水位觀測井最大下降4.74 m(S17)，最小下降3.06 m(S29)；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.63 m(HA2)，最小下降0.16 m(GA3)?？觾?nèi)第⑤3t層水位觀測井最大上升0.35 m(W4)，最小上升0.09 m(W2)；坑外第⑤3t層水位觀測井最大下降0.37 m(GB4)，最小下降為0.04 m(GB3)。

第④2-2層試降水試驗(yàn)(第二階段)：坑內(nèi)潛水疏干深井(第④2-2層)水位標(biāo)高在-14.99 m～-16.65 m之間，并且每天都有20 cm～30 cm的水位下降，基本達(dá)到第二階段試驗(yàn)要求?？觾?nèi)潛水(第④2-2層)水位觀測井最大下降10.20 m(S23)，最小下降7.75 m(S17)；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.36 m(GA4)，最小下降0.03 m(GA5)。坑內(nèi)第⑤3t層水位觀測井最大下降4.95 m(W4)，最小下降2.85 m(W2)；坑外第⑤3t層水位觀測井最大下降0.51 m(GB4)，最小下降為0.14 m(HB4)?；觾?nèi)④2-2水位和⑤3t層水位變化歷時曲線如圖1所示。

在整個抽水試驗(yàn)期間根據(jù)周邊環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)正常。均未超過報警值。但從總體趨勢上看總體趨勢和試驗(yàn)期間的水位變化相同。說明基坑降水對周邊環(huán)境有一定的影響，后期基坑開挖過程中降水周期較長，對周邊環(huán)境影響較大。

從基坑開挖期間的數(shù)據(jù)看出，坑內(nèi)潛水(第④2-2層)水位觀測井下降水位在7.75 m～10.20 m；坑外第④2-2層水位觀測井最大下降0.46 m(WS13)，最小下降0.03 m(WS12)?；觾?nèi)承壓水位降深8 m～10 m，坑外承壓水水位變化1 m～2 m。

3.2 第⑤3t層試降水試驗(yàn)

第⑤3t層試降水試驗(yàn)開始時間為2014年4月2日11點(diǎn)整，結(jié)束時間為2014年4月4日7點(diǎn)整，歷時44 h。開啟遠(yuǎn)離地鐵隧道區(qū)域，在一區(qū)塔樓局部深坑周邊的W5,W7,BW3三口減壓深井抽水，觀測三口抽水井區(qū)域中心位置的BW4以及區(qū)域外側(cè)的W2,W6的水位變化，考慮到抽取第⑤3t層減壓深井對周邊環(huán)境的影響，在井群中心位置觀測井(BW4)水位相對標(biāo)高為-19.35 m，達(dá)到試降水要求后停止抽水。

在對第⑤3t層試降水試驗(yàn)的同時，對坑內(nèi)外第④2-2層和第⑤3t層觀測井的水位進(jìn)行監(jiān)測，繪制坑內(nèi)外第④2-2層和第⑤3t層觀測井的歷時曲線如圖2～圖5所示。

在進(jìn)行坑內(nèi)第⑤3t層進(jìn)行抽水處理時，從坑內(nèi)第④2-2層和第⑤3t層水位觀測井水位歷時曲線圖可以看出，坑內(nèi)第⑤3t層抽水，對坑外的上層第④2-2層的有影響，坑外觀測井GB4,GB5的水位降幅約0.1 m～0.3 m與坑外第④2-2層的水位下降值基本一致，說明第⑤3t層和第④2-2層之間可能存在水力聯(lián)系。

3.3 回灌試驗(yàn)

在坑外第④2-2層回灌井HA1～HA4進(jìn)行回灌，對回灌井HA1～HA4回灌量和水位、觀測井GA3～GA5的水位進(jìn)行觀測并繪制相關(guān)曲線如圖6,圖7所示。

首先進(jìn)行第④2-2層的回灌試驗(yàn)，在第④2-2層回灌量1 m3/d的情況下，從第④2-2層回灌期間回灌井和同層觀測井水位變化歷時曲線可以看出，第④2-2層回灌井水位和觀測井水位基本穩(wěn)定，能夠滿足基坑外第④2-2層微承壓水水位也宜維持在-2.0 m～-3.0 m左右。

通過本次試抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，開啟坑內(nèi)潛水及第④2-2層群井抽水約20 d后，坑內(nèi)水位能滿足基坑大底板土體疏干要求。通過短時間內(nèi)開啟局部第⑤3t層減壓深井抽水后，坑內(nèi)第⑤3t層的水位能夠滿足塔樓局部深坑開挖到底時降第⑤3t層水頭控制的要求。根據(jù)本次抽水試驗(yàn)成果，潛水及第④2-2層抽水試驗(yàn)時，抽水單井每天實(shí)際平均出水量開始時約為3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。在第⑤3t層群井試抽水試驗(yàn)期間，整個第⑤3t層單井出水量基本穩(wěn)定，第⑤3t層單井每天平均出水量為23.56 m3～34.04 m3。同時受第⑤3t層群井抽水的影響，為期2 d的試抽水試驗(yàn)中，坑內(nèi)疏干深井(含第④2-2層)每天累計總出水量逐步減小，減少趨勢比較明顯。整個群井試驗(yàn)抽水期間，坑外第④2-2層和第⑤3t層均有不同程度的水位下降，其中坑外第④2-2層水位下降0.55 m～1.32 m之間，第⑤3t層水位下降0.30 m～1.00 m之間。

4 結(jié)語

1)一般情況下坑內(nèi)潛水層(第④2-2層)水位較能滿足坑底土體疏干要求，且與坑外水位關(guān)聯(lián)不是很大。根據(jù)上海國際航空服務(wù)中心項(xiàng)目抽水試驗(yàn)成果，潛水及第④2-2層抽水試驗(yàn)時，抽水單井每天實(shí)際平均出水量開始時約為3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。

2)坑內(nèi)第⑤3t層的水位可以通過短時間內(nèi)開啟局部第⑤3t層減壓深井抽水降低其水位滿足局部深坑開挖的要求。第⑤3t層群井試抽水試驗(yàn)期間，整個第⑤3t層單井出水量基本穩(wěn)定，第⑤3t層單井每天平均出水量為23.56 m3～34.04 m3。同時受第⑤3t層群井抽水的影響，為期2 d的試抽水試驗(yàn)中，坑內(nèi)疏干深井(含第④2-2層)每天累計總出水量逐步減小，減少趨勢比較明顯。

3)第④2-2層的回灌試驗(yàn)，在第④2-2層回灌量1 m3/d的情況下，第④2-2層回灌井水位和觀測井水位基本穩(wěn)定，能夠滿足基坑外第④2-2層微承壓水水位宜維持在-2.0 m～-3.0 m左右。