馮翠霞 ，陸麗君 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

0 前言

上海作為深厚軟土層地區(qū)，近年來地下空間開發(fā)日趨成熟?；庸こ淘诔Ｒ?guī)兩層地下室，即挖深約11m的項目中已累積豐富的設(shè)計與施工經(jīng)驗。結(jié)合上海地區(qū)承壓水分布特點[1]，第⑤2層微承壓含水層與第⑦層承壓含水層（第一承壓含水層）在部分地區(qū)出露較淺，層頂埋深約20m～25m。在具備上述地層分布特點的區(qū)域，挖深11m左右的深基坑坑底常不滿足（微）承壓水抗突涌穩(wěn)定性[2]，即；且接近臨界狀態(tài)，多數(shù)情況下。按照工程經(jīng)驗，當(dāng)基坑工程不滿足（微）承壓水抗突涌穩(wěn)定性時，除卻沿基坑外側(cè)設(shè)置封閉的隔水帷幕外，基坑內(nèi)部亦采用減壓井降壓的方式來降低（微）承壓水水位，以減少基坑突涌風(fēng)險。但工程實際中較少考慮此類（微）承壓水接近臨界狀態(tài)下的基坑工程隔水帷幕與降壓設(shè)計特點。

本文將結(jié)合工程實例，研究探討此類基坑工程的隔水帷幕與降壓設(shè)計特點，并提出針對性的設(shè)計及施工建議。

1隔水帷幕設(shè)計

上海地區(qū)因其軟土土層特性、場地條件及周邊環(huán)境復(fù)雜等因素，挖深超過7m的深基坑工程通常采用板式支護(hù)體系。隔水帷幕可以與基坑圍護(hù)墻體結(jié)合設(shè)置，如地下連續(xù)墻、型鋼水泥土攪拌墻等；也可以單獨設(shè)置，如三軸水泥土攪拌樁、雙軸水泥土攪拌樁，高壓旋噴樁等[3]。其中，受施工機(jī)械所限，雙軸水泥土攪拌樁成樁深度一般不超過18m。三軸水泥土攪拌樁成樁深度一般不超過30m；當(dāng)大于30m時，需采用超深三軸攪拌樁機(jī)械。當(dāng)受場地、設(shè)備等條件限制時，局部區(qū)域也可采用高壓旋噴樁[4]作為隔水帷幕。因此，挖深11m左右的深基坑工程，常選用鉆孔灌注樁或型鋼水泥土攪拌墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，三軸水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁則作為隔水帷幕。在環(huán)境保護(hù)要求高或場地受限等情況下，可選用地下連續(xù)墻兼作圍護(hù)墻體及隔水帷幕。

按照布置方式，隔水帷幕可分為落底式和懸掛式兩種[5]。結(jié)合工程實例，挖深11m左右的深基坑工程隔水帷幕常劃分兩類，一類僅隔斷潛水含水層（實例1）；一類除潛水含水層外，還隔斷存在突涌風(fēng)險的（微）承壓水含水層（實例2）。

實例1中，基坑挖深11m，僅考慮隔斷基坑淺部潛水含水層，隔水帷幕需進(jìn)入相對隔水層不小于1.5m，并滿足[5]。同時，隔水帷幕埋深宜大于疏干井濾管插入深度，以增加地下水繞流路徑。經(jīng)計算，隔水帷幕總長度取18m。此外，項目擬建場地分布第⑤2層微承壓含水層，層頂最淺埋深23.30m，按微承壓水高水位3m埋深估算，，即基坑開挖至坑底時，坑底不滿足第⑤2層微承壓水抗突涌穩(wěn)定性，但接近臨界狀態(tài)。因第⑤2層微承壓含水層層底最深埋深32.3m，若隔水帷幕隔斷該含水層，長度不宜小于34.5m。綜合考慮含水層特點及工程造價，該項目隔水帷幕按不隔斷第⑤2層微承壓含水層設(shè)計。隔水帷幕仍取18m長，基坑開挖時則通過設(shè)置減壓井來降低坑底及局部落深區(qū)的承壓水突涌風(fēng)險。

實例2中，基坑挖深11m，僅考慮隔斷淺部潛水含水層，隔水帷幕仍可取18m長。因場地分布⑦層承壓含水層，層頂最淺埋深21m；且根據(jù)抽水試驗報告，⑦層承壓水埋深3.36m，經(jīng)計算，，即基坑開挖至坑底時，坑底不滿足第⑦層承壓水抗突涌穩(wěn)定性，但接近臨界狀態(tài)?？紤]到該項目基坑臨近居民住宅樓及醫(yī)院建筑群，從安全角度出發(fā)，結(jié)合場地內(nèi)含水層出露較淺這一特點，隔水帷幕按隔斷⑦層承壓含水層設(shè)計。隔水帷幕根據(jù)地質(zhì)剖面劃分，加長至30m～31.5m，確保進(jìn)入⑧層相對隔水層不小于2m。

圖1 含水層、隔水帷幕與降水井剖面對應(yīng)關(guān)系(實例1)

圖2 含水層、隔水帷幕與降水井剖面對應(yīng)關(guān)系(實例2)

抽水試驗參數(shù)表(實例2) 表1

2 降壓設(shè)計

2.1 基坑設(shè)計降深及涌水量計算

如前述，實例2中基坑坑底存在第⑦層承壓水突涌風(fēng)險。經(jīng)驗算，，基坑開挖至10.41m時即需開啟減壓井進(jìn)行承壓水降壓；基坑開挖至坑底時，第⑦層承壓水降深sd不應(yīng)小于0.98 m。考慮到基坑降壓需求不大，擬在基坑內(nèi)部設(shè)置第⑦層承壓水非完整井，基坑降水總涌水量可按“大井法”計算[6]：

式中，k為滲透系數(shù)，R為降水影響半徑，均取抽水試驗求參結(jié)果；M為承壓含水層厚度，取第⑦層平均厚度7 m；l為降水井進(jìn)入承壓含水層的濾管長度，取3.5 m；sd為基坑地下水位設(shè)計降深，取 0.98 m；r0為基坑等效半徑，按計算，A為基坑面積9150 m2，r0為54 m。經(jīng)計算，該項目第⑦層承壓含水層基坑降水總涌水量Q為35 m3/d。

由于“大井法”公式未考慮隔水帷幕的邊界作用，擬通過mODFLOW數(shù)值法分析隔水帷幕與減壓井不同組合下的基坑及周邊降深分布規(guī)律。

2.2 基坑降壓計算

圖3 隔水帷幕三種布置形式(實例1)

圖4 減壓降水運行后預(yù)測基坑⑦層水位降深等值線圖(工況1，單位:m)

本次減壓降水目標(biāo)含水層為第⑦層承壓含水層。考慮到不同土層特性以及地層之間存在水力聯(lián)系，水文地質(zhì)模型自上而下概化為：潛水含水層、相對隔水層1、第⑦層承壓含水層和相對隔水層2。同時，為克服邊界的不確定性影響計算結(jié)果，取基坑各邊向外擴(kuò)展約170 m（大于減壓井影響半徑），即實際平面尺寸470 m×420 m，四周均按定水頭邊界處理。模型中第⑦層承壓含水層相關(guān)水文參數(shù)均取自抽水試驗。模擬周期則參照基坑第二道支撐下土方開挖到底板結(jié)構(gòu)完成的施工時間，設(shè)定為50天。

通過試算，本次模擬共計考慮三種隔水帷幕與減壓井組合形式：組合一，隔水帷幕僅隔斷潛水含水層，坑內(nèi)設(shè)置4口減壓井；組合二，隔水帷幕隔斷潛水含水層，并進(jìn)入第⑦層承壓水含水層約3 m，坑內(nèi)設(shè)置4口減壓井；組合三，隔水帷幕隔斷第⑦層承壓水含水層，坑內(nèi)設(shè)置1口減壓井。

計算結(jié)果表明，三種隔水帷幕與減壓井的組合形式均能滿足基坑減壓需求，降水運行后基坑內(nèi)部⑦層水位均能達(dá)到設(shè)計水位。其中，工況一基坑周邊3倍挖深范圍內(nèi)第⑦層水位降深0.7～0.9 m m。工況二隔水帷幕采用懸掛式，坑外水源繞流補(bǔ)給，基坑涌水量減?。幌鄳?yīng)地，基坑周邊3倍挖深范圍內(nèi)第⑦層水位降深0.5mm～0.8mm。工況三，隔水帷幕采用落底式，僅需抽取基坑內(nèi)部⑦層承壓水，基坑周邊⑦層水位降深接近0mm。

圖5 減壓降水運行后預(yù)測基坑⑦層水位降深等值線圖(工況2，單位:m)

2.3 地面沉降預(yù)測

結(jié)合數(shù)值分析求出的基坑周邊⑦層承壓水降深分布，降水引起的地層壓縮變形量可按下式計算[6]：

其中，Ψw為沉降計算修正系數(shù)，取抽水試驗建議值；Δσ'zi為降水引起的土的附加有效應(yīng)力；Δhi與Esi分別為對應(yīng)土層的厚度和壓縮模量。

經(jīng)計算，工況一基坑周邊因⑦層承壓含水層減壓引起的地面沉降約0.15 mm～0.19mm；工況二基坑周邊地面沉降約0.11mm～0.17mm；工況三由于隔水帷幕隔斷，坑外地面幾乎不受影響。

3 結(jié)論與建議

①軟土地區(qū)因其地下水豐富，受土層分布以及基坑工程規(guī)模影響，較常遇到基坑坑底不滿足（微）承壓水抗突涌穩(wěn)定性，但又接近臨界狀態(tài)的工程實例。這類基坑工程降壓需求較小，設(shè)計降深不大，基坑降壓設(shè)計可結(jié)合隔水帷幕的邊界作用綜合考慮。

②因設(shè)計降深不大，隔水帷幕未隔斷承壓含水層時，基坑降壓施工對周邊環(huán)境影響有限。當(dāng)基坑周邊環(huán)境保護(hù)要求不高時，隔水帷幕可按僅隔斷潛水含水層來設(shè)置。一方面基坑安全性有保障，另一方面也減少了工程造價投入。

圖6 減壓降水運行后預(yù)測基坑⑦層水位降深等值線圖(工況3，單位:m)

③若基坑周邊環(huán)境保護(hù)要求高，可結(jié)合承壓含水層厚度，采取懸掛式或者落底式隔水帷幕。通過對基坑實例的數(shù)值分析，可知受隔水帷幕邊界作用影響，基坑實際涌水量減小，基坑降壓對周邊環(huán)境影響也相應(yīng)降低。當(dāng)采取落底式隔水帷幕時，基坑周邊環(huán)境幾乎不受坑內(nèi)降壓影響。

④因?qū)嶋H降壓需求較小，此類基坑工程坑內(nèi)減壓井布置可結(jié)合數(shù)值分析作適當(dāng)優(yōu)化。當(dāng)采取落底式隔水帷幕時，結(jié)合實例2減壓施工效果，坑內(nèi)減壓井還可進(jìn)一步優(yōu)化。

⑤工程實際中，按需降壓更為關(guān)鍵?；咏祲菏┕?yīng)充分考慮前期抽水試驗結(jié)論，并嚴(yán)格按照降壓設(shè)計實施。