孫錦劍

（上?？辈煸O(shè)計研究院（集團）有限公司，上海200092）

上海寶山某片區(qū)是上海市未來重點開發(fā)的片區(qū)之一，未來幾年將在這里進行大范圍的工程建設(shè)以及地下開發(fā)。查明該區(qū)域承壓水水文地質(zhì)情況對后期地下開發(fā)有著重要的指導(dǎo)作用。如何控制承壓水降水引起的地面沉降對于位移控制要求極高的地鐵、隧道等建（構(gòu)）筑物顯得尤為重要。

本文將結(jié)合上海寶山地區(qū)鄰近地鐵的深基坑抽水試驗項目，預(yù)測減壓降水對基坑周邊地面沉降的影響，為基坑設(shè)計與施工提供降水建議。

1 基坑概況及周邊環(huán)境

本工程位于上海市寶山區(qū)某重點開發(fā)片區(qū)，該項目是該片區(qū)率先開發(fā)的商業(yè)項目之一。該項目擬建兩層地下室，基坑開挖深度10.95～11.75m，基坑周長約677m，開挖面積約19841m2。東側(cè)鄰近地鐵隧道，基坑邊線距離地鐵隧道約25.0m。出于對地鐵的保護，基坑共分5 個分區(qū)，地鐵側(cè)圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，非地鐵側(cè)圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，整體兩道鋼筋混凝土支撐。

2 工程地質(zhì)條件及突涌性計算

2.1 工程地質(zhì)條件。根據(jù)勘察報告，本項目場地為上海市常規(guī)地層，濱海平原地貌，場地110m 范圍之內(nèi)主要為①～⑧層土?；娱_挖深度范圍內(nèi)場地地層主要為①～④層，多為軟土。場地涉及的承壓水為第⑦層砂質(zhì)粉土，該層土層厚8.0～10.0m，層頂最淺埋深20.0m。

2.2 基坑突涌性計算。第⑦層砂質(zhì)粉土，層頂最淺埋深20.0m，承壓水水位按上海地區(qū)最不利情況3.0m 考慮，采用安全系數(shù)法對不同開挖深度的基坑進行安全突涌可能性計算[1]（計算結(jié)果見表1）。

表1 基坑突涌性計算

3 抽水試驗及水文地質(zhì)參數(shù)求參

3.1 抽水試驗簡介。本工程采用群井抽水試驗進行水文地質(zhì)參數(shù)求參[2]。抽水試驗?zāi)康膶訛榈冖邔由百|(zhì)粉土，共布置3 口抽水井，2 口觀測井；觀測井數(shù)量確保能夠反映承壓水頭降深和試驗區(qū)外水力坡降情況，試驗井布置圖如圖1 所示。

圖1 抽水試驗井平面布置示意圖

3.2 抽水試驗成果。群井抽水試驗共歷時14 天，其中7 天抽水、7 天水位恢復(fù)。各試驗井平均出水量分別為等參數(shù)見表2，持續(xù)抽水期間，各井出水量穩(wěn)定。

表2 抽水井出水量及各試驗井抽水特征統(tǒng)計表

3.3 水文地質(zhì)參數(shù)求參。根據(jù)群井抽水試驗結(jié)果對抽水井的實測資料進行整理，在三維計算模型中設(shè)置抽水試驗井，將抽水試驗井出水量代入三維數(shù)值模型中，進行群井抽水試驗的數(shù)值模擬計算。對比計算結(jié)果和實測的觀測井水位變化，不斷調(diào)整并優(yōu)化相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，得到合理的承壓水分析參數(shù)[2]。

通過群井抽水試驗同層位的3 口觀測井的實測降深曲線與數(shù)值模擬取得的計算降深曲線進行對比分析，各觀測井水位對比見圖2 所示。

從群井抽水試驗的模擬分析結(jié)果可以看出，圖2 中各觀測井的數(shù)值模擬水頭降深和實測水頭降深規(guī)律基本一致，數(shù)值模擬結(jié)果反映了群井抽水試驗降水過程中的觀測井水位的變化，可以看到兩者的偏差很小，滿足工程精度要求。

通過以上三維數(shù)值計算反演分析，第⑦層水平滲透系數(shù)為1.1（m/d），垂直滲透系數(shù)為0.11（m/d），儲水率為7.0E-03。

4 減壓降水引起的地面沉降預(yù)測

圖2 觀測井實測降深曲線與模擬降深曲線對比圖

4.1 沉降計算理論[3]。根據(jù)飽和土有效應(yīng)力原理，抽取地下水引起的土層壓縮變形反映在土層孔隙的變化，而由土層孔隙的變化，可以求得土層的壓縮變形量。

依土的壓縮系數(shù)定義

式中，負號代表隨著有效應(yīng)力σ'的增量，孔隙比e 逐漸減少，下面推導(dǎo)孔隙比e 與土層變形的關(guān)系。

設(shè)土體初始高度為S0，變形后高度為S，土層壓縮變形ΔS=S0-S，上圖表示了土層高度、孔隙比、土粒體積和孔隙體積之間的關(guān)系，由于固體顆粒的體積Vs 變化很小，通常假定不變，故有：

式中：σ-土體垂向總應(yīng)力；p-孔隙水壓力

假定σ 保持不變，則dσ'=-dp

而依水頭H 的定義

若共有N 層土層，則總的沉降量為：

式中：ξ——為經(jīng)驗系數(shù)。

4.2 基坑減壓降水方案

由于第⑦層承壓水水位埋深較淺，基坑大面積存在突涌可能性，層厚較厚，是否隔斷承壓水對造價有較大的影響。故本文按是否將承壓水隔斷，設(shè)計兩種不同的降水方案，分別建立模型，分析隔斷承壓水的必要性。方案一按不隔斷承壓水考慮，此時止水帷幕長度為21m，方案二按隔斷承壓水考慮，此時止水帷幕長度為31m。針對兩種不同的方案分別進行地面沉降預(yù)測，承壓水初始水頭按群井抽水試驗實測值水位埋深3.50m 考慮。

4.3 地面沉降預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上節(jié)的討論方案，分別對方案一和方案二進行三維有限元模擬，降水時間按60 天考慮，模擬結(jié)果如圖3 所示。

圖3 地面沉降預(yù)測等值線圖（單位mm）

由以上分析模擬結(jié)果可知，當承壓水含水層未被隔斷時，承壓水減壓降水引起周邊地面的沉降較大；當承壓水被隔斷時，壓水減壓降水引起周邊地面的沉降能顯著減小。

5 結(jié)論

上海寶山該片區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，對深基坑的設(shè)計與施工風險較大。本文介紹了通過抽水試驗獲取水文地質(zhì)參數(shù)的方法；利用有限差分數(shù)值模擬進行由基坑減壓降水引起的地面沉降分析與預(yù)測，可以得到如下結(jié)論：

5.1 通過群井抽水試驗得到水文地質(zhì)參數(shù)是合理的，能為該地區(qū)其他地塊提供參數(shù)參考。

5.2 采用有限差分數(shù)值模擬進行由基坑減壓降水引起的地面沉降預(yù)測的結(jié)果是可靠的，符合工程實際，能為深基坑的設(shè)計與施工以及風險管控提供借鑒作用。

5.3 對于沉降較為敏感或者沉降控制要求較高的建（構(gòu)）筑物，由承壓水減壓降水引起的地面沉降不能忽視，需采取可靠的措施，進而減小基坑降水對周邊環(huán)境的影響。