软土地基中特殊环境下的承压水控制

匙文成

1. 上海建工四建集团有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建与持续利用工程技术研究中心 上海 201103

1 工程概况

上海星港国际中心一期、二期工程基坑长约220 m，宽约140 m，基坑面积达30 440 m2。大部分地下6层，主楼区域挖土深度29.6 m（集水井挖土最深处35.3 m），裙房区域挖土深度27.3 m；邻近轨交12号线车站侧地下5层，挖土深度23.2 m。

基坑东、南、西三侧紧邻市政道路，道路下各类重要管线密集，基坑围护结构与最近管线距离仅4 m。北侧与由轨交12号线项目公司代建的地下3层结构外墙（地下连续墙）共墙，并距离提篮桥站19～25 m。以上管线和地铁车站均处于2倍基坑开挖深度的影响范围内（图1）。

图1 星港国际中心一期、二期项目基坑示意

2 承压水特点

工程勘察报告揭示，本工程场地内承压水主要为⑤3t层、⑧2层微承压水和⑦层、⑨层承压水，对本工程有直接影响的为⑦层承压水及⑤3t层、⑧2层微承压水。塔楼最深挖深部位35.3 m，接近于⑨层临界开挖深度。经分析，本工程承压水降水具有以下2个显著特点：

1）场地地质状况较特殊，开挖层以下有高承压水头的承压含水层。由于超深，涉及⑤3t层、⑧2层微承压水和第⑦层承压水的降压要求。消防电梯集水井开挖深度接近第⑨层承压水层临界开挖深度。降水期间⑨层承压水补充水量理论上非常充沛，日出水量较大。

2）本基坑规模超大、超深又紧邻地铁，为控制基坑开挖变形，开挖过程必然要采取分坑、盆式分区、分段施工措施。这些措施会造成基坑分坑数量较多，且坑与坑之间开挖施工存在相互制约条件。这些特性决定了本工程承压水的降水时间较一般工程会更长，对周边管线和地铁变形控制难度更大。

3 技术路线确定

为平衡“基坑安全”与“周边环境影响”，本工程基坑降水从围护方案设计和降水方案设计两方面策划。

3.1 围护方案设计

把整个基坑设计成封闭系统，使地下连续墙趾进入⑧1黏土层，隔离⑤3t层微承压水、⑦层承压水基坑内外的联通，降低这两层承压水降水对环境的影响。

在地下连续墙外围再增设一道止水效果较好的TRD工法搅拌墙作为止水帷幕，进一步隔断浅层水和第⑤3t层微承压水对坑内的联系。

对消防电梯井深坑进行满堂加固，提高坑底土抗承压水的安全储备。满堂加固施工工艺采用高压旋喷桩挡土加固，RJP工法旋喷桩封底加固。

3.2 降水方案设计

一是通过前期进行单井、多井抽水试验来掌握承压水层土体、水头特性，从降压井布井设计上进行优化，减少降压井的数量，降低总抽水量。

二是在正式运营前，通过群井抽水试验对降压井设计进行佐证，根据基坑阶梯状的特点及按需抽水原则制订实施方案。结合时空效应，以阶梯状降水、分段降水方式，降低抽水总量，从而使降水对周边环境影响最小。

4 降水井设计

4.1 设计阶段抽水试验

由于地质特性特殊，又第一次面对如此深度的基坑降压井设计，无同类工程可供参考，我们在施工现场设置了14口降水井作单井、多井抽水试验，为基坑降水方案设计提供依据（表1、图2）。

表1 含水层初始水位

图2 单井出水量与降深关系曲线

4.1.1 单井试验结论

单井抽水试验成果如表2所示。

表2 单井抽水试验成果

4.1.2 群井试验结论

群井抽水试验在3口井同时抽水8 d左右，观测井最大水位降深达到14.85 m，预测近处最大沉降达到14.45 mm。

4.2 地面沉降预测

方案设计完成后针对降水工程进行了专项的降低微、承压水水位的数值模拟分析，并对降水效果及降水影响作出了初步的评估。

4.2.1 泄压井模拟预测

利用抽水试验所建立的地下水模型，结合地下连续墙和抽水试验井的结构，在基坑内布设深度为48 m泄压降水井，通过数值模拟计算降深分布。

通过数值模拟计算，在A-1区基坑内布置10口第⑦层泄压井，在B区基坑内布置8口第⑦层泄压井，降水20 d后水位已经稳定，基坑各部承压水水头下降到安全水位高度（图3）。

图3 基坑开挖分区

4.2.2 降压井模拟预测

通过模拟估算，在A-1区、A-2区和B区基坑内分别布置7口（含1口观测井）、6口（含1口观测井）和3口（含1口观测井）降压井。根据模拟结果，布设的降压井能够满足基坑开挖的要求。

4.2.3 减压降水引起的地面沉降预测

对于第⑦层承压含水层，本工程中基坑围护地下连续墙理论上已将第⑦层承压含水层完全隔断，在地下连续墙不发生渗漏的情况下，坑内减压降水不会对周边环境产生明显影响。

对于第⑧2层微承压含水层，本次针对基坑开挖后所需要的最大安全降深的工况进行沉降计算。A-1区基坑减压降水最终引起坑外地表最大沉降为5.0 mm，B区减压降水最终引起坑外地表最大沉降为2.0 mm。

4.3 降水方案设计

在通过现场各承压水含水层的单井、群井抽水试验获得水文参数的基础上，建立承压水基坑降水数值模拟模型（Visual Modflow 软件模拟计算），模拟承压水降水对周边环境沉降的影响，设计降压井（泄压井）数量和布局。降、泄压井数量如表3所示。

表3 降水深井工作量

考虑到坑内承压水抽水时可能会造成坑外承压水位下降，进而影响地铁安全，在靠近地铁一侧增加5口⑦层回灌井。结合地铁埋深明确坑外承压水位累积变化幅度超过1 m时启动回灌。

5 方案实施

5.1 降水井的降水运行

减压降水运行过程中，项目部每天根据基坑周围的监测资料及时了解、分析降水对周围环境的影响程度，有效控制降水运行。

基础底板施工完成后，由设计单位提供基础及上部结构的抗浮力，并在确保承压水水头压力不大于抗浮力的情况下，逐步减少减压井的开启数量，直至停止降水运行。降压井运行时，每天进行水位观测，在满足抗承压水的挖土分块区域不开启其他降压井，尽量减小对周边环境的影响。

同时降压井运行时根据挖土计划提前启动降压井并加强水位观测，满足要求时才开挖。

5.2 坑外回灌井运行

第6层土开挖期间，随着泄压井的陆续开启，坑外观测井的水位标高持续下降，并逐渐逼近报警值，为延缓坑外水位下降趋势，保护地铁设施，2015年4月8日回灌井开始常压回灌，常压下单井回灌量7～20 m3/d。运行一段时间后，地铁侧坑外承压水的水头高度下降幅度趋缓，改善效果明显。回灌一直持续到大底板施工完成后，方停止回灌。

5.3 利用基坑开挖的时空效应安排施工工序

从保护地铁及周边环境、工程进度、场地布置等方面综合考虑，基坑采取分坑施工。首先同时开挖施工A-1、A-2区；待A-1、A-2区裙房区域底板完成并达到强度，继续向上回筑施工时，开始开挖B区；待B区底板完成浇筑后，开始开挖C区：另外待B区B5层板达到强度且C区底板完成浇筑后，B区与C区同步拆撑回筑；待A-1、A-2区出±0.00 m后，开始开挖D-1、D-2区。

针对基坑底板面积大、施工时间长、承压水隐患大的情况，塔楼区域底板分2次浇捣。

6 承压水控制效果

通过信息化监测，及时了解施工过程中承压水的水位与支护结构的状态，并及时反馈到设计与施工中去，控制了基坑变形，确保了地铁运营的安全。在整个施工阶段，基坑围护与地铁运营变形都在可控范围之内。

基坑地下连续墙测斜报警值100 mm，最大倾斜点CX15，最大累计变化量71.9 mm，所处深度22.0 m。

邻近地铁侧，最大倾斜点CX42，最大累计变化量63.8 mm，所处深度20.5 m。

7 结语

星港国际中心一期、二期项目深基坑工程历时近8个月，总结出以下几条施工经验，希望能够对同类型工程施工有一定借鉴指导意义：

1）本工程地下连续墙外围采用TRD工法搅拌墙（墙深41 m）作为止水帷幕，隔断浅层水和第⑤3t层微承压水与坑内的联系。实际上，如果止水帷幕再增加14 m深度，即可隔绝⑦层承压水对坑内的补给，避免由于地下连续墙施工质量问题造成A-1区⑦层坑内外水位的联动影响，后续也不用采取注浆加固措施，可以节省大量的工期及提升经济效益，并增加基坑开挖的安全系数。

2）地下工程地质条件复杂、基础信息缺乏，其施工存在着很大的不确定性和高风险性。所以围护设计方案需预留充分的安全保险系数。纵观本工程的围护设计方案，着重通过深坑满堂加固、地下连续墙隔绝⑦层承压水等措施提高坑底土抗承压水的安全储备，确保深基坑施工的安全。

3）后期施工时围绕“合理布井、按需抽水、适时回灌”等施工措施，通过信息化监测，及时了解施工过程中承压水的水位与支护结构的状态，并及时反馈到设计与施工中去，控制了基坑变形，确保了地铁运营的安全。