深大基坑施工过程中地下水的控制对周边环境的影响

上海外高桥保税区开发股份有限公司 上海 200131

1 工程概况

某工程基地面积约9 5 3 8 m2，总建筑面积约88 540 m2，其中地下部分建筑面积约33 600 m2，地下4 层，地上部分裙楼7 层，主楼19 层，结构形式为框架－核心筒结构。基坑西边、东边临近交通繁忙的市政道路，地下管线密集。基坑开挖深度为－18.60～－19.15 m，局部深坑达到－22.50 m。本工程采用厚1 m地下连续墙（两墙合一）加4 道钢筋混凝土支撑作为基坑支护体系及止水帷幕，地下连续墙深为－42.3 m，最深部位为－48.3 m。

2 周边环境

该工程周边环境极其复杂，基坑西临市政道路红线仅5 m，与电力管线、雨水管线距离很近。西临市政道路对面是20世纪50年代修建的居民小区，多为6 层砖混结构，距离基坑约27 m。基坑北面距市政道路红线6 m，道路侧埋有给水管线。基坑东邻超高层住宅小区（地下2 层），最近1 栋建筑距离基坑约16 m。基坑南侧为一商务楼（地下2 层），在距离基坑边约8 m处布有煤气管线。

3 水文地质

拟建场地地层由上向下依次为：①1层杂填土，①2层浜填土，②层褐黄色粉质黏土，③层灰色淤泥质粉质黏土，④层灰色淤泥质黏土，⑤1层灰色粉质黏土，⑤3层灰色粉质黏土，⑦层灰色砂质粉土，⑧层灰色粉质黏土夹粉砂、⑨层灰色粉砂。

根据工程地质报告资料，场地内的地下水类型为浅部土层中的浅水和下部土层中的第1层承压水（⑦层土）、第2层承压水（⑨层土）。浅部土层中的浅水地下水位埋深为1.2～1.6 m，第1层承压水（⑦层土）水位埋深为9.15～9.65 m，第2层承压水（⑦层土）水位埋深为16.3～16.60 m。

4 现状调查研究

针对本工程基坑施工面临周边环境复杂的难点，业主要求监理单位、总承包单位重点调查了距本项目南面300 m左右的某商业中心工程、西面500 m左右的某商业大厦工程以及某商业广场工程等3 个先期施工的类似项目在深基坑施工过程中对周边环境的影响，发现这3 个工程施工过程中均出现较大的位移和沉降，有些甚至达到非常严重的程度。

前车之覆，后车之鉴。根据以上调查的情况，本工程业主、监理和总承包单位经过多次讨论，对影响的原因进行了分析，见表1。

通过调查分析，经过对上述末端因素的多次讨论研究，并邀请深基坑专家召开专家会议，本工程制定了相对应的控制目标：控制支护体系本体位移不超报警值；通过对降水、坑外回灌措施的控制，严格以按需降水的原则指导施工，做到对周边管线、道路、房屋沉降最大值均控制在报警值范围之内。

表1 道路、管线沉降过大，房屋开裂原因分析

5 实施要点[1-4]

5.1 熟知水文地质参数

监理、总包单位及降水专业分包技术人员首先对本工程水文地质勘察报告进行了仔细的解读，准确分析了本工程场地的水文地质特征、掌握了水文地质参数。

5.2 进行单井抽水试验

根据水文地质条件，施工单位进行了定流量非稳定流的单井抽水试验，共选择了1 个主孔和2 个观测孔，单井抽水25 h，并进行25 h水位恢复试验，编制了详细的抽水试验报告，用泰斯软件计算出含水层的渗透系数、导水系数、弹性释水系数、流量与降深关系及影响半径等，为深化降水设计提供了充分的依据。

5.3 确定降水井位置及数量

根据水文地质勘察报告、抽水试验报告以及周边环境情况，施工单位决定采用真空深井井点降水方法，合理布置疏干井、降压井和观测井的数量、位置和井底标高，在基坑内共布置42 口疏干井和6 口降压井，在坑外布置8 口观测回灌井，降水井位置分布见图1。

图1 降水井位置分布

5.4 基坑底板稳定性验算

基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。

根据勘察报告，场地内第⑦层含水层最浅埋深为44.10 m，试验实测承压水头埋深5.2～5.3 m，本基坑开挖深度一般为18.5 m，局部深坑深度分别为19.05 m和22.5 m，分别对不同开挖深度情况进行稳定性验算。

验算结果：当基坑开挖到18.5 m和19.05 m时，基坑大底板处于稳定性临界状态，可以不降承压水；当基坑开挖深度至22.5 m时，需将承压水头降至9.45 m以下，以保证基坑的安全。

5.5 改变抽水方法

根据验算结果，我们对降水方法进行了相对应的改变：

（a）按需降水、分区进行：根据上述验算表，本次基坑开挖到18.5 m和19.05 m时，可以不降承压水，只加强水位及坑底土体情况观测，如有突涌或隆起现象再进行降压；在局部深坑施工时，严格按照计算的水头高度降水。

（b）对角跳抽、间断执行：以深坑一局部工程为例（图2），可以看出在局部深坑周边呈四边形布置了Y3、Y4、Y5、Y6共4 口降压井，经业主、监理、施工单位研究讨论决定采用Y4、Y5同时抽水，Y2、Y3、Y6作观测降深及水位恢复情况，然后换作Y3、Y6同时抽水，Y2、Y4、Y5作观测降深及水位恢复情况的方法进行，尽量避免局部集中降水量过大的情况。

图2 降压井位置分布

5.6 制定回灌措施

（a）根据在上海地区的施工经验，地下水回灌压力一般在0.06～0.10 MPa之间，本次回灌用水利用降水抽出的地下水经三级沉淀后再利用，即在回灌过程中通过安装加压泵，对水体自然压力进行加压，从而达到回灌所需压力。

（b）通过多次回灌实验，观测水位恢复情况，对回灌压力进行测试，最终确定压力值为0.10 MPa，并确定对G6、G5、G3进行回灌，其余作为观测井。

6 管理要点

（a）在疏干井进行潜水层降水时，必须严格按设计及规范要求降到开挖面以下0.5～1 m，并随时观测坑外地下水位变化情况，如遇止水帷幕有渗漏现象应及时安排堵漏，避免因潜水层渗漏对周边环境造成影响。

（b）填报降水日报表，每日上报降水及水位情况，绘制降水曲线图，全程掌控潜水层水位变化。

（c）严格执行按需降水、分区进行、对角跳抽、间断执行的抽水方法，减小对周边环境的影响。在承压水降水过程中，安排管理人员轮流值班，全天候观测水位变化及坑底土体情况。水位测量每2 h1 次，并做好记录，根据水位高低进行降压井水泵的开启时间和顺序，将承压水水头始终控制在计算数据9.45 m以下10 m以上一个相对稳定的区间。

（d）为了堵住管理疏忽的漏洞，避免操作工人在夜间有脱岗的现象而导致降水过度的情况发生，业主、监理和施工单位经过研究后决定改变传统的将潜水泵安装在井底的抽水方法，而是将潜水泵安装在一个合理的深度，使得在水头降到需要的标高时即使没有人为控制也不再继续降水。经过初期对Y4、Y5分别在10 m、15 m、20 m水泵安装深度的试验，并观测Y2、Y3、Y6水头下降情况，最终确定将水泵安装在20 m深度时比较理想。

（e）利用Σγsi·h≥γw·H公式进行底板混凝土浇筑后基坑稳定性验算（注：未加上地下连续墙质量）：

（44.1－22.5）×17.7＋1.35×35≥（44.1－5.2）×10，429.57 ≥ 389

据以上计算数据分析：当基坑底板混凝土浇筑完成后基坑大底板处于安全状态，当混凝土达到一定的强度时可以停止降承压水。

7 确认效果

从第三方监测单位对本基坑的监测报告对比分析可以看出，本次深基坑施工降水对周边环境影响极小，管线、道路、房屋的沉降值均未超报警值，支护体系本体水平、垂直位移也在报警值范围之内，达到了预先设定的目标。

8 结语

在本工程基坑地下水控制施工过程中，严格按信息化施工的要求，在基坑周边道路、支护结构和临近建筑物均设置了观测点，通过科学指导施工，认真监测并分析相关数据，从而消除了降地下水对周边管线、道路、房屋的影响，其沉降值均未超报警值；支护体系本体水平、垂直位移也在报警值范围之内。确保了地下工程的施工质量和安全，保证了基坑周边管线、道路、支护结构和临近建筑物安全使用，可为其他工程施工提供借鉴经验。