城市核心区深大基坑的降水及回灌

徐一博

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

随着我国城市化进程的加快及国家经济的快速发展，在城市核心区的超高层建筑、商办住宅等工程日渐增多。这类工程由于地处城市核心地带，普遍采用深基坑，并且可能紧邻地铁、保护建筑等在基坑开挖过程中对沉降变形较为敏感的建筑物。因此对降水工程的要求极高，必须做好降水工作，从而确保基坑开挖过程中的安全，同时，也需要在基坑降水过程中针对保护建筑做好回灌工作，减小基坑降水带来的影响，控制保护建筑侧的变形[1-8]。本文以上海静安区大中里综合发展项目为例，研究城市核心区深大基坑的降水及回灌技术，以期为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

本项目位于上海市静安区，东邻石门一路、南靠南京西路、西邻青海路、北靠威海路。项目北侧是上海轨交2号线区间隧道，待建的上海轨交13号线南京西路站位于项目西侧（图1）。本项目规模较大，共包括5幢高层，其中T1（32层）高度170 m、T2（51层）高度250 m，均为办公塔楼，2栋塔楼的结构体系均为框筒结构；T3（24层）、T5（15层）、T6（18层）为酒店塔楼，高度分别约为100、70、73 m，结构体系采用框剪结构。另外还涉及2～4层商业裙楼，框架结构。本项目除跨越轨交2号线隧道段（三期工程）无地下室外，整个场地下设4层地下车库，总开挖深度约为19.3 m。

图1 项目及周边环境示意

本项目根据地下连续墙及施工先后顺序分为10个区，基坑分块如图2所示。

图2 基坑分区示意

本项目基坑面积较为庞大，同时基坑深度较深，因此，降水工程对于本项目来说至关重要。同时本项目又位于城市核心区，周边紧邻地铁、保护建筑，对降水施工提出了很高的要求。本文以本项目的1-a区基坑降水工程为例，总结城市核心区深大基坑降水及回灌技术。

2 抽水试验

本项目作为一个典型的开挖深度较深的基坑工程，在开挖过程中，坑底土体的承压水稳定性必须在设计、施工阶段进行充分考虑。经底板稳定性分析，基坑开挖到一定深度后需采取减压降水措施。为了确保基坑安全施工，项目施工前，必须全面掌握本项目降承压水对周围地下水位的影响，进而为基坑降水的设计计算、现场施工提供有效的依据。因此必须要进行群井抽水试验。

大中里项目的1-a区基坑施工过程中共布设降压井13口（含观测井），其中10口坑内降压井（YA1—YA7和YG2—YG4），3口坑外观测井（YG8—YG10）。详细布置如图3所示。

图3 项目降压井布置示意

抽水试验11：00启动YA2、YA3、YA4、YA5、YA6和YA7共6口抽水井，以YA1作为坑内观测井，以YG8、YG9、YG10作为坑外观测井（群井抽水试验时YG2—YG4施工栈桥下无法抽水）。于22：00停止抽水，水位开始恢复。抽水试验过程中，降压井的单井平均出水量约为18.6 m3/h，群孔抽水试验抽水时间11 h左右。抽水过程中前期出水量相对较大，后期出水量较稳定，井的出水能力并无衰减。

在抽水试验过程中，水位特征在群井降深最大区域出现最有效体现的点位是坑内观测井YA1；坑外观测井YG8、YG9、YG10基本上能反映坑外承压水水头变化。实测抽水不同时期的水位变化情况。

本次群井抽水试验结果为：降压井水位下降了10.7 m，满足基坑塔楼区域开挖大底板抗承压水的要求。同时考虑到本基坑内YA1和YG2—YG4降压井没有启动，说明现有降水井已经能满足基坑塔楼深坑开挖的要求，可以保证基坑开挖的安全。

由上述试验可以总结，在施工过程中，可以通过仅先开启基坑中心区域以及塔楼内的降压井对承压水进行降水，即可满足基坑开挖的要求，并结合施工过程中观测井的数据，合理地开启基坑中心以及塔楼外的降压井，从而贯彻按需降水的理念，有效减少基坑降水对周围环境的影响。

通过群井试验成果，坑内观测井的水头下降较坑外的观测井水头下降深，从抽水试验观测井的水位变化曲线可以看出，水位变化的速率较快，说明该地区的第⑦层承压含水层渗透系数比较大，补给条件较强，补给速率较快，因此建议提前1 d开启降压井进行抽水，以保证基坑内承压水水位能按时降至计算安全水位以下，开启时间应视具体工况而定。同时基坑开挖期间需加强坑内外水位观测，根据水位情况指导降水运行和开挖施工，减小对周边环境的影响。

3 地下水回灌数值模拟

本工程1-a区基坑开挖深度较大，坑内开挖过程中降承压水必然会造成坑外承压水水位下降。特别是靠近云海苑、岳阳医院门诊部、东方众鑫大厦及轨交13号线隧道和车站接口区域一侧的水位会随着坑内降水而降低。由此可见，大中里项目周围苛刻的环境保护要求，必然对基坑外水位控制提出了严格的要求，在施工过程中，必须根据现场情况，及时进行场外回灌，减少基坑降水的影响。

3.1 回灌数值模型建立

本基坑所设回灌井主要是减小由抽水引起的对近云海苑、岳阳医院门诊部、东方众鑫大厦及轨交13号线隧道及车站接口区域的影响。根据本工程的抽水试验求得水文地质参数及相关经验，应用Visual MODFLOW软件进行数值模拟计算。

根据水文地质参数，初始承压水水头埋深6.68 m作为前提条件，根据群井抽水时的水位观测数值并结合地下围护对承压水的阻隔来模拟群井抽水的渗流场。群井抽水及回灌时，取抽水井单井出水量约446.4 t/d（群井抽水试验的实测平均值），取回灌井单井回灌量96 t/d（经验值），模型计算中第⑦层的水平渗透系数平均值为5.03×10－3cm/s，垂直渗透系数平均值为5.03×10－4cm/s，初始水位为－6.68 m。

此次对本数值模型的模拟时间为15个日历天，并且本次模拟将分为3个计算周期，每个计算周期内，取1 d作为各个计算周期的计算时间步长。在数值模拟过程中，所有的外部参数保持不变，将数值模拟的区域划分活动网格共225 000个，在基坑附近采用1 m×1 m的剖分格式，并向边界区域发散状分布。

3.2 回灌数值模拟结果

经过数值模拟计算，当1-a区域基坑减压降水满足最大开挖深度时，基坑内的承压水位埋深控制在地面下20.20 m左右。基坑外侧靠云海苑一侧承压水位埋深约为11.50 m，即水头最大降深为4.82 m；靠云岳阳医院一侧承压水水位埋深约10.80 m，即水头最大降深为4.12 m；靠近轨交13号线隧道和车站接口区域一侧的承压水水位埋深为9.00 m，即水头最大降深为2.32 m。

当采取41口回灌井（含云海苑一侧18口）回灌时，基坑内的承压水位埋深控制在地面下20.20 m左右。基坑外侧靠云海苑一侧、岳阳医院门诊部一侧承压水水位基本没有下降；东方众鑫大厦一侧承压水水位埋深约8.20 m，即水头最大降深为1.52 m；靠近轨交13号线隧道和车站接口区域一侧的承压水水位埋深为8.30 m，即水头最大降深为1.62 m。

4 降水引起周边沉降预测

本项目基坑开挖的计划时间为90个日历天，因此根据本数据对数值模型进行抽水试验阶段的数值模拟计算。基坑承压水降水运行后基坑周边环境沉降预测等值线如图4所示。

图4 降压井降水90个日历天后地面沉降预测分布

开启降压井进行减压降水，达到降低基坑内承压水位的目的。因降水深度比较大，对基坑外沉降影响比较大，紧邻基坑外侧靠云海苑一侧的地面沉降值达到5.5 mm；紧邻岳阳医院门诊部一侧的地面沉降值达到5.6 mm；紧邻东方众鑫大厦一侧的地面沉降值达到6.2 mm；紧邻轨交13号线隧道和车站接口区域地面沉降达到3.5 mm。

当基坑减压降水时，基坑周边沉降较大，采取回灌时，紧邻基坑外侧靠云海苑一侧、岳阳医院门诊部一侧地面基本上没有沉降；东方众鑫大厦一侧地面沉降约2.5 mm；轨交13号线隧道和车站接口区地面沉降约2.0 mm。基坑承压水降水运行后基坑周边环境沉降预测等值线如图5所示。

5 结语

大中里项目在基坑降水工程中，通过在前期对深大基坑进行的抽水试验，确定了本项目基坑的水文地质参数及地下室类型，为降水工程设计和施工提供了重要的设计参数和参考依据。同时，本项目进行了深基坑降水过程中回灌试验及数值模拟，在施工前，针对城市核心区深基坑开挖过程中降水对周围重要建筑物的影响进行了试验及预测，从而制定了合理的回灌方案，结合实时监测数据，有效控制了基坑开挖过程中周围建筑物的沉降。本项目在基坑降水过程中，在确保了降水工程顺利实施的前提下，兼顾周边环境保护要求，确保了基坑开挖安全，给项目带来一定的社会和经济效益，所总结的降水工程经验可以为同类型的工程提供借鉴。