上海第九层承压水减压控制措施

成 杰

(上海市基础工程集团有限公司,上海 200002)

0 引言

在基坑工程超大、超深化的趋势下，承压水问题日益成为各基坑工程的重点和难点问题，而深层承压水控制技术更是其中的重中之重，稍有处理不慎，则会造成坑底突涌、围护结构隔水帷幕渗漏等基坑失稳现象[1-3]，进而引发一系列的环境岩土工程问题[4]。

目前上海地区对于微承压水和第一承压水层的工程实例和研究较多，但涉及第二承压水层的研究较少，仅涉及承压水的分类和一点降水结果，并不能指导实际工程方案设计。本文结合上海市轨道交通中间风井基坑工程的施工案例，重点介绍上海市⑨层承压水的减压控制措施和相应设计方法。

1 工程概况

上海轨道交通17号线地下盾构区间的中间风井位于此段盾构区间的最低点，兼有区间泵站及区间联络通道的功能。工程分为主体及附属两部分，基坑最大挖深约27.50 m，为地下3层结构；附属风道为地下1层结构，开挖深度约10.0 m。工程外包尺寸为南北宽28.8 m，东西长30 m；围护结构采用叠合墙形式，地下连续墙深48 m～49 m，明挖顺筑法施工。

勘察显示拟建场地有⑦层、⑨层承压含水层，勘探揭示⑦层顶板标高为-21.93 m～-24.04 m，⑨层顶板标高为-43.34 m～-50.75 m。勘察期间分别对⑦层、⑨层承压含水层进行了实测，结果显示拟建场地第⑦层承压含水层水位埋深为3.50 m(标高-0.54 m),⑨层承压含水层水位埋深为10.80 m(标高-7.84 m)。

2 承压水突涌验算

本工程开挖深度达27.5 m，而根据勘查结果，可知基坑开挖已经进入第⑦层承压水层，而基坑底部与第⑨承压水层还有一定间距，故需要通过承压水突涌验算得到第⑦层承压水作用下基坑开挖的临界深度以及初步验算是否需要对第⑨层承压水进行减压控制。

根据规范规定[5]，当上部为不透水层，坑底下某深度处有承压水层时，按以下模型和公式验算(见图1)。

其中，γs为承压水作业分项系数，取1.0；pwk为承压含水层顶部的水压力标准值，kPa。

2.1 第⑦层承压含水层验算

根据上式，计算得到基坑开挖的临界深度h0=13.30 m。即：静止承压水位埋深在3.50 m的情况下，当基坑开挖深度大于13.30 m时，需降低承压水水位。大底板开挖时水位需降至开挖面以下1 m。

计算得到的工作井基坑开挖深度与第⑦层承压水层安全水位关系如表1所示。

表1 工作井基坑开挖深度与第⑦层安全承压水位关系 m

2.2 ⑨层承压含水层承压水验算

根据考察结果，第⑨层承压含水层层顶最浅埋深为51.50 m，第⑨层承压含水层水位埋深为10.80 m。计算得到当基坑开挖至埋深27.50 m时，安全系数γ=1.09>1.05,即经初步验算，不需对第⑨层承压水进行处理。而在实际施工过程中却发现此验算结果并不成立，仍需对⑨层承压水进行处理。具体原因和承压水减压控制措施将在后文进行详述。

3 承压水降水方案设计

3.1 ⑦层承压水降水方案设计

根据稳定性分析，基坑挖到底时，要求疏干⑦层承压水到28.47 m以下。根据计算，基坑内布置4口井深为43 m的⑦层疏干井(J1,J2,H1,H2)，降水30 d后⑦层水位埋深能够达到要求。另设两口坑外⑦层水位观测井(J3,J4)，井点布置如图2所示。

3.2 ⑨层承压水分析计算及降水方案设计

虽然根据2.2节的分析结果，基坑底以下的土体⑨层承压水抗突涌稳定系数为1.09，基坑挖到底时⑨层承压水不会产生突涌。但是，考虑到承压水头埋深受季节性变化的影响，承压含水层承压水水头埋深一般地面以下3 m～11 m波动，并不一定是工程勘察报告所显示的10.8 m。验算结果显示，承压水在水头浮动范围内可能对基坑底板稳定性产生不利影响。为了防止高水头承压水从最不利点产生突涌，对基坑造成危害，在第2道混凝土支撑施工完成养护期间，于基坑外布置了2个⑨层承压水观测井(J5, J6)，现场实测⑨层承压水水位，并作生产性抽水试验。降水深井的结构如表2所示。

表2 ⑨层承压水观测井结构一览表

井类型编号孔径/mm井径/mm滤管埋深/m井深/m坑外第⑨层观测井J5,J665027355～6465

现场实测⑨层承压水稳定水位平均埋深为4.51 m(J5为4.61 m，J6为4.41 m)，与勘察期间测得的本工程⑨层承压含水层水位埋深为10.80 m，有明显的差距。

根据本工程勘查结果，第⑨层承压含水层层顶最浅埋深为51.50 m(标高-48.20 m)，承压含埋深取本次实测埋深4.51 m(标高-1.21 m)，重新对第⑨层承压水进行突涌验算，不能满足安全要求，并得到基坑开挖深度与第⑨层承压水的安全水头埋深关系(见图3)。

由图3可知，本工程⑨层承压水初始水头埋深4.51 m时，临界安全开挖深度为24.50 m，基坑超过24 m时(第8道钢支撑往下时)，应加强⑨层承压水观测，并按需降水。

由于本场区⑨层承压含水层厚度大，含水量丰富，单井抽水引起水位降小，为了满足本工程开挖到底27.5 m时，要求水位控制到10.36 m以下，根据模拟计算，须在基坑外布置6个降压井(J5～J10，此阶段J5,J6作为降压井使用，另设观察井J11，见图2；降水井结构如表3所示)才能满足降水要求(见渗流场分析图4)。降水设计方案如表4所示。

4 降水效果

4.1 抽水试验结果

4.1.1第⑦层承压水抽水试验

开启坑内J1降压深井抽水，并对坑内的未抽水井J2,H1,H2和坑外的J3,J4进行同步观测并记录数据，得到以下结果：

1)坑内水位变化情况。坑内的观测井J2,H1,H2的水位基本稳定，坑内的水位埋深基本稳定在31 m左右，完全能够满足基坑开挖27.50 m时降深的要求。

表4 基坑开挖工况与抽水运行水位控制对应关系

序号工况开挖深度hS/m安全承压水位埋深D/m开启降水深井观测井1第1道混凝土支撑2.85—不降压J5,J62第2道板撑3.50—不降压J5,J63第3道钢支撑6.80—不降压J5,J6第4道板撑10.40—不降压J5,J64第5道钢支撑13.71—不降压J5,J65第6道板撑17.36—不降压J5,J63第7道混凝土支撑20.86—不降压J5,J64第8道钢支撑24.164.63J5～J9J10,J115大底板27.5010.36J5～J10J11

2)坑外水位变化情况。坑外的观测水位基本趋于稳定，整体上讲，坑内降水对坑外基本上没有影响，说明围护结构已经将⑦层承压水完全隔断，并且围护结构本身无明显渗漏现象。

4.1.2第⑨层承压水抽水试验

抽水前先测定各个观测井的初始水位并完成各项准备工作以后，开启J6降压神经抽水，水泵额定流量50 t/h，扬程60 m，并对坑外相距近37 m的未抽水井J5进行同步观测并记录数据。

在抽水12 h后，观测井J5的水位基本稳定，水位埋深从4.61 m(标高-1.01 m)下降到了4.99 m(标高-1.39 m)基本稳定，下降了0.38 m。这表明本工程⑨层承压水含水量丰富，影响半径小，本工程⑨层承压水要求降深大，基坑挖到24 m以下时本工程⑨层承压水有较大的突涌风险。因此，须严格按照3.2节对第⑨层承压水的分析计算及降水方案执行。

4.2 降水效果

4.2.1第⑦层承压水降水效果

基坑开挖前开始4个井抽水，潜水泵流量6 t/h，扬程60 m，单井平均出水量4.9 t/h。开挖后采取基坑内3个⑦层降水井抽水，留H1井观测，抽水结果显示H1观测井水位深度稳定在34.45 m，满足坑内⑦层水位降深要求。同时观察记录基坑外J3～J4，G1～G2的水位情况，结果表明，坑内降水时，坑外水位变化不明显，坑内降水对坑外基本无影响。

4.2.2第⑨层承压水降水效果

基坑开挖到24 m时，开启J5～J9深井泵抽水，50 t流量，70 m扬程，J10和J11作为观测井；第8道钢支撑完成后，同时开启J5～J10深井泵抽水，J11作为观测井，直至大底板施工完成。通过观测井的水位观察，在降水过程中第⑨层承压水的水位始终保持在安全承压水位以下。

5 结语

通过上海轨道交通17号线地下盾构区间的中间风井基坑工程的深层承压水减压控制方案设计过程可以得到以下结论：

1)对⑦层承压水，在可能的条件下应该与围护结构的设计相结合，尽可能隔断承压水层，进行坑内疏干降压；

2)由于⑨层承压水含水量丰富，影响半径小，对工程安全影响大；且水位随季节呈幅度不等的周期性变化，因此在降水设计时不能完全依赖勘察报告的数据，应布置一定量的观察井，对更深层的承压水位进行监测，防止意外事故的发生；

3)深层承压水尤其是⑨层承压水，在承压水减压控制方案设计时，应对渗流模型进行分析，帮助得到更加合理的井点布置；同时有必要进行抽水试验，以得到更加准确地降水参数，确保方案的正确性。