薛志松（上海建工一建集團(tuán)有限公司，上海 200129）

隨著上海深基坑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大、深度加深，承壓水對(duì)深基坑施工的安全威脅越來(lái)越大。對(duì)此，一般采用圍護(hù)或止水帷幕隔斷承壓水含水層，可以有效控制承壓水對(duì)基坑的影響，但投入的費(fèi)用也非常高。而采用懸掛式圍護(hù)，結(jié)合坑內(nèi)按需降壓的措施，可以有效降低圍護(hù)費(fèi)用，但是抽取承壓水會(huì)導(dǎo)致含水層或鄰近含水層的可壓縮夾層壓縮，引起地面沉降。

以上海市張江集電港 B 區(qū) 3-2 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)平臺(tái)項(xiàng)目為背景，分析臨地鐵深基坑，在懸掛式止水帷幕的條件下，基坑降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，并尋求相對(duì)應(yīng)的控制措施。通過(guò)精確控制降水水位、降水運(yùn)行時(shí)間，并采取基坑外回灌來(lái)確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全，效果良好。

1 工程概況/研究的目的

上海張江集電港 B 區(qū) 3-2 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)平臺(tái)項(xiàng)目位于浦東新區(qū)，祖沖之路張東路交界處。北臨祖沖之路，西靠張東路，附近已建建筑有科博達(dá)和創(chuàng)企天地。西北角有已建變電站，北側(cè)距軌道交通地鐵 2 號(hào)線最近距離僅 8.5 m，須重點(diǎn)保護(hù)，如圖 1 所示。

圖1 項(xiàng)目基坑分區(qū)及周邊環(huán)境示意圖

項(xiàng)目用地面積 38056.20 m2，總建筑面積約為 233976.00 m2。本工程 ±0.00 m 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高 5.15 m，現(xiàn)場(chǎng)自然地面絕對(duì)標(biāo)高約 4.55 m，相對(duì)標(biāo)高 -0.60 m。

基坑面積約 28473 m2，開(kāi)挖深度 14.95 m，分 6 個(gè)區(qū)施工，其中 1 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 15728 m2、 2 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 9988m2、 3 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 1060 m2、 4 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 751 m2、5 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 655 m2、6 號(hào)基坑開(kāi)挖面積約 520 m2。采用 800 mm/1000 mm 厚地下連續(xù)墻 47.5 m＋ 三道混凝土支撐的圍護(hù)方案。本項(xiàng)目先行開(kāi)挖 2 號(hào)基坑，待 2 號(hào)基坑 B l 層梁板施工完成，且換撐安裝完畢后，施工 1 號(hào)、3 號(hào)基坑。按照該順序及要求依次逐個(gè)開(kāi)挖施工 4 號(hào)、5 號(hào)及 6 號(hào)基坑。

2 工程重難點(diǎn)/研究的方法

本項(xiàng)目基坑開(kāi)挖需對(duì)下伏第 ⑦ 層承壓含水層進(jìn)行減壓降水，此含水層厚度大，基坑圍護(hù)未完全隔斷此含水層。通過(guò)降水試驗(yàn)和三維滲透建模計(jì)算和回灌分析進(jìn)行研究。

3 施工工藝流程/研究的過(guò)程

3.1 工程地質(zhì)情況

本工程勘察階段所完成勘察孔的最大深度為 100.0 m，劃分為 10 個(gè)工程地質(zhì)層及若干亞層。如圖 2 所示。

圖2 地質(zhì)剖面及圍護(hù)剖面圖

其中第 ⑦1 層砂質(zhì)粉土及第 ⑦2 層粉砂屬上海地區(qū)第Ⅰ 承壓含水層， 第 ⑨ 層含礫粉砂屬第 Ⅱ 承壓含水層，場(chǎng)地內(nèi)第 Ⅰ 及第 Ⅱ 承壓含水層不連通。場(chǎng)地下伏的第 ⑦ 層承壓含水層分布穩(wěn)定、連續(xù)，層頂埋深 30 m 左右，層底埋深 60 m 左右，勘察期間測(cè)得第⑦層水位埋深 4.98 m，其下為第 ⑧1 層、第 ⑧2 層粉質(zhì)黏土層。本工程主要針對(duì)第 ⑦層承壓含水層進(jìn)行減壓降水。

本工程地下連續(xù)墻深 47.50 m，墻趾已進(jìn)入第 ⑦2 層約6.0 m，由于承壓含水層埋深大、厚度大，地下連續(xù)墻未能將承壓水隔斷，形成懸掛式止水帷幕。

3.2 基坑降水分析

深基坑開(kāi)挖必須充分考慮承壓水安全性，須對(duì)下部承壓水含水層的頂托力進(jìn)行驗(yàn)算。第 ⑦ 層初始水位按照本項(xiàng)目實(shí)測(cè)最淺水位埋深 4.98 m 計(jì)算，下伏第 ⑦ 層承壓含水層層頂最淺埋深為 29.60 m（參考鉆孔 C 28），基坑最大開(kāi)挖深度 20.50 m，抗突涌安全系數(shù)為 0.69，小于抗突涌安全系數(shù)要求值 1.05，基坑開(kāi)挖需對(duì)第 ⑦ 層承壓含水層進(jìn)行減壓降水，基坑開(kāi)挖抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算表如表1所示。

表1 基坑開(kāi)挖抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算表

經(jīng)計(jì)算，第⑦層承壓含水層臨界開(kāi)挖深度為 15.85 m。即第⑦層承壓水初始水位埋深在 4.98 m 的情況下，基坑挖深超過(guò) 15.85 m 時(shí)，需降低第⑦層承壓水水位。當(dāng)開(kāi)挖至基坑最大開(kāi)挖深度 20.50 m 時(shí)，第⑦層承壓含水層安全水位埋深為 13.31 m。

另一方面，地下連續(xù)墻未完全隔斷第⑦層承壓含水層，坑內(nèi)降壓時(shí)，會(huì)引起坑外相當(dāng)大范圍的承壓水位下降，引起周邊道路、管線、建（構(gòu)）筑物的沉降，特別是基坑北側(cè)緊鄰地下軌道交通 2 號(hào)線（廣蘭路～唐鎮(zhèn)區(qū)間段），基坑減壓降水在盡量增加降水繞流路徑的基礎(chǔ)上，在需重點(diǎn)保護(hù)的北側(cè)，采取地下水回灌措施，人為抬高坑外承壓水水位，減緩沉降變形，保證周邊環(huán)境安全。

3.3 三維滲流模擬計(jì)算

根據(jù)第⑦層基坑抗突涌驗(yàn)算結(jié)果，并將地層概化為三維空間上的非均質(zhì)各向異性水文地質(zhì)概念模型。利用 Visual ModFlow 進(jìn)行三維滲流數(shù)值法計(jì)算，如圖 3 所示。

圖3 圍護(hù)與降水井三維立體示意

三維滲流計(jì)算模型符合以下假定：潛水的初始水位埋深0.5 m、第 ⑦ 層初始水位埋深 4.98 m；止水帷幕深度：整個(gè)基坑周邊深度為 47.5 m、中隔墻深度為 33.1 m；降水運(yùn)行過(guò)程中減壓深井的單井涌水量平均為 10～15 m3/h；根據(jù)實(shí)際工況，分坑進(jìn)行獨(dú)立降水。

在坑內(nèi)布置第⑦層減壓深井，考慮基坑周邊環(huán)境的重要性，加長(zhǎng)基坑減壓降水繞流路徑，井深設(shè)定為 38 m，濾管長(zhǎng)度為 5 m，減壓降水繞流路徑 10.5 m；降水深井均采用鋼管井，孔徑 650 mm、井徑 273 mm。

經(jīng)三維滲流模型計(jì)算：在滿足第⑦層承壓水水位控制在滿足基坑坑底抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算條件時(shí)，需要在 1 區(qū)布置減壓降水井 12 口（含 1 口觀測(cè)備用井），需要在 2 區(qū)布置減壓降水井 8 口（含 1 口觀測(cè)備用井）。

另外在基坑外側(cè)，地下軌道交通二號(hào)線（廣蘭路～唐鎮(zhèn)區(qū)間段）50 m 保護(hù)線內(nèi)均勻設(shè)置 15 口第⑦層回灌井，井深42 m，濾管 8 m，并設(shè)置 3 口觀測(cè)井，進(jìn)行水位觀測(cè)，如圖4 所示。

圖4 減壓降水井及回灌井平面布置圖

3.4 生產(chǎn)性抽水試驗(yàn)情況

2 號(hào)基坑首先開(kāi)挖，在 2 號(hào)基坑坑內(nèi)降水井及坑外觀測(cè)井、回灌井成井結(jié)束后，進(jìn)行生產(chǎn)性抽水試驗(yàn)。

由抽水試驗(yàn)結(jié)果可知：當(dāng) 2 號(hào)基坑內(nèi)承壓水觀測(cè)井 BG1承壓水水位降到 13.80 m 左右，滿足基坑最大開(kāi)挖深度時(shí)，北側(cè)（軌道交通地鐵 2號(hào)線區(qū)間側(cè)）承壓水水位埋深約6.71～7.12 m，即水位降深為 1.73～2.14 m。根據(jù)本工程挖土工況及周邊環(huán)境保護(hù)要求，需對(duì)坑外采取回灌以滿足 2 號(hào)基坑減壓降水時(shí)周邊環(huán)境保護(hù)要求。

2 號(hào)基坑開(kāi)挖實(shí)施過(guò)程中，基坑降水嚴(yán)格遵循“分層降水”“按需降水”的原則，基坑開(kāi)挖至塔樓區(qū)域底板時(shí)開(kāi)啟減壓井，進(jìn)行減壓降水，最終將觀測(cè)井水位控制在 13.70 m 左右，在基坑內(nèi)減壓降水的同時(shí)開(kāi)啟坑外回灌井進(jìn)行回灌補(bǔ)水，緩解坑外水位下降，保護(hù)基坑外地鐵安全。

本項(xiàng)目回灌遵循同抽同灌、抽灌一體化的原則，坑內(nèi)抽水地下水經(jīng)處理后的地下水作為回灌水源。根據(jù)承壓水水位變化實(shí)現(xiàn)回灌井的自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉。

回灌期間測(cè)定單井最大回灌量可達(dá) 3.9 m3/h，北側(cè)承壓水水位埋深約 5.30～5.70 m，即水位降深約 0.32～0.72 m，回灌效果明顯。抽灌一體化原理示意圖如圖 5 所示，水位運(yùn)行示意圖如圖 6 所示。

圖5 抽灌一體化原理示意圖

圖6 水位運(yùn)行示意圖

2 號(hào)基坑減壓降水期間，在回灌同時(shí)開(kāi)啟的條件下，坑外承壓水水位保持穩(wěn)定，地鐵區(qū)間隧道各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移均、橫向位移和縱向位移均表現(xiàn)平穩(wěn)，變形量均在 3 mm 以內(nèi)?；毓嚅_(kāi)啟前管線日沉降變形量 0.5～1.2 mm，回灌后日沉降變形量 0.4～0.6 mm，后期則產(chǎn)生沉降恢復(fù)現(xiàn)象，上浮量為0.3～0.4 mm/d，最終周邊管線沉降值為 3.0～8.0 mm，個(gè)別點(diǎn)位最大沉降值約 19 mm，未發(fā)生地下管線安全事故，周邊道路無(wú)明顯可見(jiàn)的沉降和開(kāi)裂現(xiàn)象，回灌整體達(dá)到了預(yù)期效果。保證基坑安全開(kāi)挖的同時(shí)，有效減小了懸掛式減壓降水對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。

減壓降水運(yùn)行期間配備備用發(fā)電機(jī)，保證一路工業(yè)用電停電后，發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并切換，確保在基坑減壓降水運(yùn)行期間供電的連續(xù)，并為每口減壓降水井布置水位報(bào)警系統(tǒng)，在水位異常時(shí)報(bào)警，便于迅速采取相應(yīng)措施，保證基坑安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)三維滲流模擬計(jì)算為基坑降水設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并利用生產(chǎn)性抽水試驗(yàn)驗(yàn)證降水設(shè)計(jì)的合理性。嚴(yán)格遵循“分層降水”“按需降水”的原則。

（2）對(duì)懸掛式圍護(hù)深基坑施工，采取地下水回灌措施可以有效抬升坑外承壓水水位，保證基坑周邊構(gòu)建筑物及管線安全。

（3）項(xiàng)目 2 號(hào)基坑于 2020 年 12 月 27 日完成基礎(chǔ)底板施工，通過(guò)對(duì)周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，表明坑內(nèi)減壓降水，坑外回灌的“抽灌一體化”降水方式對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)極為有效、實(shí)用經(jīng)濟(jì)。總結(jié)的成功經(jīng)驗(yàn)可為本工程后續(xù) 2 號(hào)基坑施工及其他類似基坑提供經(jīng)驗(yàn)參考。