上海深基坑降水对周边环境影响分析

曹 岩 余旺盛

(上海地矿工程勘察有限公司,上海 200065)

上海地区为典型的三角洲沉积平原，浅部地层主要以浅海相的粘性土和砂性土为主，具有高含水率、高压缩性和高灵敏度等特点，且地下水位埋藏较浅，加之上海作为特大型城市，建筑物密集，地下管线较多，交通网络密布，整体环境较为复杂，故对深基坑设计和施工带来很大的挑战[1-5]。本文以上海某深基坑工程为背景，基于深基坑抽水试验，研究了上海潜水和承压水目标含水层降水引起坑内外水位变化，及对地表沉降的影响。此外，通过坑外回灌监测数据，研究了回灌与坑内外水位及沉降的影响，为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

某工程场地周边环境较为复杂，主要为办公楼和3层的裙房，±0.000为绝对标高+5.200 m，自然地面相对标高为-1.000，绝对标高+4.200 m。地下室为2层～3层。地下2层，开挖深度11.5 m；地下3层区域，常规区域开挖深度15.7 m(15.9 m)，主楼区域开挖深度18.6 m。基坑地下3层共设置三道钢筋混凝土内支撑，将本工程基坑分为七块先后施工。经勘察揭露，本工程地基土在135.32 m深度范围内均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。本工程场地受古河道切割，⑥层和⑤3t2层缺失，代而沉积为厚度较大的⑤3层,⑤3t层；勘察揭示场地⑨层面稍有起伏。场地内地下水为潜水，赋存于浅部土层中，其水位稳定埋深为0.45 m～1.30 m，平均0.77 m。④2-2层,⑤3t层为微承压水含水层；⑨1层,⑨2层为承压含水层，该两层连通，存在直接水力联系。

2 降水试验方案

2.1 降水方案

充分利用已经施工完成的一区所有降水深井，同时在一区塔楼局部深坑区域附近增加第⑤3t层布置4口抽水井兼观测井，以满足应急情况下塔楼局部深坑需要减压降水时短时间内降至安全水头埋深的要求。同时在2区,3区坑内各增加1口④2-2的水位观测井，井深参照原坑外水位观测井结构，根据需要由第三方检测单位实施。具体可分为两个降水实验，第④2-2层试降水试验和第⑤3t层试降水试验。

2.2 回灌方案

在基坑西侧分层布置第④2-2层与第⑤3t层的回灌井，同组布置，回灌井的间距控制在10 m/组，共布置24组。为了保证回灌效果，适当增加回灌井的过滤器长度和孔隙率，其中第④2-2层的井深26 m，过滤器长8 m，第⑤3t层回灌井井深40 m，过滤器长9 m，成井孔径均为700 mm，井径为219 mm，井壁厚4 mm。

3 结果分析

3.1 第④2-2层试降水试验(第一阶段)

第④2-2层试降水试验(第一阶段)：坑内潜水疏干深井(第④2-2层)水位标高在-6.45 m～-7.24 m之间，达到第一阶段试验要求。坑内潜水(第④2-2层)水位观测井最大下降4.74 m(S17)，最小下降3.06 m(S29)；坑外第④2-2层水位观测井最大下降0.63 m(HA2)，最小下降0.16 m(GA3)。坑内第⑤3t层水位观测井最大上升0.35 m(W4)，最小上升0.09 m(W2)；坑外第⑤3t层水位观测井最大下降0.37 m(GB4)，最小下降为0.04 m(GB3)。

第④2-2层试降水试验(第二阶段)：坑内潜水疏干深井(第④2-2层)水位标高在-14.99 m～-16.65 m之间，并且每天都有20 cm～30 cm的水位下降，基本达到第二阶段试验要求。坑内潜水(第④2-2层)水位观测井最大下降10.20 m(S23)，最小下降7.75 m(S17)；坑外第④2-2层水位观测井最大下降0.36 m(GA4)，最小下降0.03 m(GA5)。坑内第⑤3t层水位观测井最大下降4.95 m(W4)，最小下降2.85 m(W2)；坑外第⑤3t层水位观测井最大下降0.51 m(GB4)，最小下降为0.14 m(HB4)。基坑内④2-2水位和⑤3t层水位变化历时曲线如图1所示。

在整个抽水试验期间根据周边环境的监测数据显示，各监测点数据正常。均未超过报警值。但从总体趋势上看总体趋势和试验期间的水位变化相同。说明基坑降水对周边环境有一定的影响，后期基坑开挖过程中降水周期较长，对周边环境影响较大。

从基坑开挖期间的数据看出，坑内潜水(第④2-2层)水位观测井下降水位在7.75 m～10.20 m；坑外第④2-2层水位观测井最大下降0.46 m(WS13)，最小下降0.03 m(WS12)。基坑内承压水位降深8 m～10 m，坑外承压水水位变化1 m～2 m。

3.2 第⑤3t层试降水试验

第⑤3t层试降水试验开始时间为2014年4月2日11点整，结束时间为2014年4月4日7点整，历时44 h。开启远离地铁隧道区域，在一区塔楼局部深坑周边的W5,W7,BW3三口减压深井抽水，观测三口抽水井区域中心位置的BW4以及区域外侧的W2,W6的水位变化，考虑到抽取第⑤3t层减压深井对周边环境的影响，在井群中心位置观测井(BW4)水位相对标高为-19.35 m，达到试降水要求后停止抽水。

在对第⑤3t层试降水试验的同时，对坑内外第④2-2层和第⑤3t层观测井的水位进行监测，绘制坑内外第④2-2层和第⑤3t层观测井的历时曲线如图2～图5所示。

在进行坑内第⑤3t层进行抽水处理时，从坑内第④2-2层和第⑤3t层水位观测井水位历时曲线图可以看出，坑内第⑤3t层抽水，对坑外的上层第④2-2层的有影响，坑外观测井GB4,GB5的水位降幅约0.1 m～0.3 m与坑外第④2-2层的水位下降值基本一致，说明第⑤3t层和第④2-2层之间可能存在水力联系。

3.3 回灌试验

在坑外第④2-2层回灌井HA1～HA4进行回灌，对回灌井HA1～HA4回灌量和水位、观测井GA3～GA5的水位进行观测并绘制相关曲线如图6,图7所示。

首先进行第④2-2层的回灌试验，在第④2-2层回灌量1 m3/d的情况下，从第④2-2层回灌期间回灌井和同层观测井水位变化历时曲线可以看出，第④2-2层回灌井水位和观测井水位基本稳定，能够满足基坑外第④2-2层微承压水水位也宜维持在-2.0 m～-3.0 m左右。

通过本次试抽水试验数据，开启坑内潜水及第④2-2层群井抽水约20 d后，坑内水位能满足基坑大底板土体疏干要求。通过短时间内开启局部第⑤3t层减压深井抽水后，坑内第⑤3t层的水位能够满足塔楼局部深坑开挖到底时降第⑤3t层水头控制的要求。根据本次抽水试验成果，潜水及第④2-2层抽水试验时，抽水单井每天实际平均出水量开始时约为3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。在第⑤3t层群井试抽水试验期间，整个第⑤3t层单井出水量基本稳定，第⑤3t层单井每天平均出水量为23.56 m3～34.04 m3。同时受第⑤3t层群井抽水的影响，为期2 d的试抽水试验中，坑内疏干深井(含第④2-2层)每天累计总出水量逐步减小，减少趋势比较明显。整个群井试验抽水期间，坑外第④2-2层和第⑤3t层均有不同程度的水位下降，其中坑外第④2-2层水位下降0.55 m～1.32 m之间，第⑤3t层水位下降0.30 m～1.00 m之间。

4 结语

1)一般情况下坑内潜水层(第④2-2层)水位较能满足坑底土体疏干要求，且与坑外水位关联不是很大。根据上海国际航空服务中心项目抽水试验成果，潜水及第④2-2层抽水试验时，抽水单井每天实际平均出水量开始时约为3 m3/d，在抽水15 d后降至1.5 m3/d。

2)坑内第⑤3t层的水位可以通过短时间内开启局部第⑤3t层减压深井抽水降低其水位满足局部深坑开挖的要求。第⑤3t层群井试抽水试验期间，整个第⑤3t层单井出水量基本稳定，第⑤3t层单井每天平均出水量为23.56 m3～34.04 m3。同时受第⑤3t层群井抽水的影响，为期2 d的试抽水试验中，坑内疏干深井(含第④2-2层)每天累计总出水量逐步减小，减少趋势比较明显。

3)第④2-2层的回灌试验，在第④2-2层回灌量1 m3/d的情况下，第④2-2层回灌井水位和观测井水位基本稳定，能够满足基坑外第④2-2层微承压水水位宜维持在-2.0 m～-3.0 m左右。