上海超深基坑第二承压含水层的综合控制分析

沈 驰

上海广联环境岩土工程股份有限公司 上海 200444

近年来，我国城市轨道交通建设飞速发展，轨道交通基坑也越来越深，由承压水引发的工程事故屡见不鲜[1-4]。这些事故表明，深基坑工程中对承压水的科学治理至关重要，施工前需要对相关承压含水层的水文地质特性有充分的认识。

目前，行业内对上海地区微承压含水层以及第一承压含水层的研究较多且经验丰富[5-7]，随着基坑的加深，越来越多的工程涉及第二承压含水层，而对于第二承压含水层的工程经验及研究较少，对其水文地质特性的认识与了解尚不充分。对需大幅控制第二承压含水层水位的工程而言，尤其是周边环境复杂的工程，如地下水控制不合理，则可能会对基坑安全和周边环境稳定造成极大的危害。

本文以上海轨道交通17号线某区间工程的风井基坑为例，通过前期的试验及过程中的控制数据分析，总结了一些针对第二承压含水层综合控制的经验。

1 项目概况

1.1 基坑概况

东大盈港地下配套工程位于上海东大盈港西侧盈港东路路面以下，主体部分为地下3层结构。配套工程的功能是上海轨道交通17号线漕盈路站—青浦站地下盾构区间的中间风井，风井均位于2段地下盾构区间的最低点，兼有区间泵站及区间联络通道的功能。

基坑场地地面标高＋5.55 m，基坑开挖深度30.2 m，采用厚1.2 m地下连续墙围护，围护深度54 m。

基坑周边环境复杂（图1），基坑西北侧为上海青城医院，距离基坑最近处为20 m；青城医院北侧为宝宜苑小区；基坑东侧为东大盈港桥，距离基坑最近处50 m；基坑南侧为港龙国际大厦，距离基坑最近处36 m。

1.2 工程地质与水文地质

拟建场地地处湖沼平原，场地75.59 m埋深范围内土层由第四纪全新统至上更新统沉积地层组成。按成因类型、土层结构及性状特征，土层由上至下分别为：①1人工填土、②1粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、⑥1黏土、⑥2砂质粉土、⑥3粉质黏土、⑥4粉质黏土、⑦1黏质粉土、⑦2砂质粉土、⑧粉质黏土、⑨粉砂。

影响深度内承压含水层的分布具有如下特点：

图1 工程总平面

1）地下水主要包括潜水、第一和第二承压含水层，潜水主要赋存于⑥2层，第一承压含水层赋存于⑦1层和⑦2层。潜水与第一承压含水层均被地下连续墙完全隔断。

2）第二承压含水层赋存于⑨层，层顶埋深47～50 m，层底未揭穿，厚度大于24 m。第二承压含水层是本工程地下水控制的难点，现场实测⑨层水位埋深5.81 m，标高－0.26 m，需降低水位9.95 m方能满足抗突涌稳定性要求。地下连续墙进入⑨层仅2 m，基本为敞开式降水，过度降水对周边环境影响较大。典型地层分布特性如图2所示。

图2 典型地质剖面

2 专项抽水试验

对于上海地区的第二承压含水层，降水案例较少，工程经验匮乏。本基坑开挖过程中需大幅降低第二承压含水层水位。为确保基坑安全及周边环境安全，现场进行了专项的抽水试验。试验的主要目的是查明第二承压含水层静止水位、相关的水文地质参数、涌水量与水位下降间的关系，为降水设计及施工提供依据。共布置4口井进行抽水试验，井深为61 m，编号Y9-1—Y9-4（图3）。

利用4口井进行1组单井试验及1组群井试验，试验过程如表1所示。

3 试验成果及地下水风险评价

3.1 初始水位

图3 抽水试验平面布置

表1 抽水试验过程

试验前对⑨层静止水位进行连续测量，测量周期为3 d。根据测量结果，其静止水位在标高－0.48～－0.26 m之间波动，波动幅度0.22 m。工程期间根据不利条件，承压水静止水位按标高－0.26 m计。

3.2 水文地质参数

2组试验的流量及降深关系如表2、图4及图5所示。

表2 抽水试验成果

图4 单井试验观测井水位降深-时间曲线

图5 群井试验观测井水位降深-时间曲线

根据试验数据进行计算可知，第二承压含水层渗透系数k＝16.5 m/d，储水系数S＝5×10－4，降水井出水量约11 m3/h。

3.3 地下水风险分析

本工程基坑开挖最深为30.2 m，基坑底位于⑦1层粉土层，基坑底以下为⑦1、⑦2层的第一承压含水层，⑧层相对隔水层及⑨层的第二承压含水层。

根据基坑开挖特点及工程所涉及的土层，本工程浅部的潜水含水层以疏干为主，考虑到围护底进入⑨层顶部并完全隔断⑦层的特点，拟针对⑦层及⑨层分别独立降压，⑦层水位降至坑底以下，⑨层水位按抗突涌稳定性进行控制。

⑨层承压含水层渗透系数较大，降水漏斗平缓。本工程为敞开式降水，大幅降压对周边环境影响较大，且影响范围较广。因此，实际降压时在查明水文地质特性的前提下适当降低安全系数。

3.4 抗突涌稳定验算

项目根据1.05及1.02这2种不同的安全系数进行抗突涌稳定验算（安全系数取1.05），验算结果如表3所示。

表3 基坑各承压含水层抗突涌稳定验算

本工程周边环境复杂，在摸清承压水水位地质特性的情况下，实际运行时按照安全系数1.02进行承压水位控制。

4 承压水综合控制

4.1 降压井布置

根据专项抽水试验得到的数据进行计算分析，共布置7口降压井，其中1口为观测井，如图6所示。

图6 第二承压含水层减压井平面布置

4.2 试运行

正式降压前进行试运行，试运行采用Y9-2—Y9-7抽水，总涌水量为458.7 m3/h，平均单井流量为76.5 m3/h。观测井最终水位埋深降至15.92 m，降深9.21 m，降至标高－10.37 m，满足安全系数1.05时，水位埋深控制在15.76 m的要求。

4.3 地下水按需控制措施

1）基于抽水试验成果，考虑周边环境保护要求，实际运行时按照安全系数1.02进行控制。

2）底板浇筑完成3 d后，根据底板养护情况逐步停抽降压井，减少降压井抽水时间，待底板养护达到强度时停抽所有降压井。

实际承压水位控制过程如图7所示。

图7 基坑开挖时第二承压含水层按需控制

3）优先启动远离保护区域的降压井，减少降压的影响程度。

4）配备发电机作为备用电源，避免因停电问题导致降压中断、危害基坑安全。

5 结语

本工程基坑开挖深，周边环境复杂，重点保护对象为西北侧的上海青城医院及东侧的东大盈港桥。工程对于第二承压含水层的水位降低要求较高。

为有效降低地下水位，达到降低基坑开挖过程中承压水突涌风险的目的，施工期间通过专项抽水试验查明第二承压含水层的相关水文地质参数，为确定承压水控制方案提供有力依据。同时在明确水位地质特性的情况下，适当降低了承压水控制安全系数，在确保基坑安全的前提下降低对周边环境的影响，其间实测周边环境变化均在可控范围之内。

本次针对第二承压含水层的成功控制，也为上海地区未来更多的工程提供了借鉴意义。