承压水条件下基坑降水研究

□文/张新明

地下水有两种不同的埋藏类型，即埋藏在第一个稳定隔水层之上的潜水和埋藏在上下两个稳定隔水层之间的承压水[1]。在富水承压地质条件下的基坑工程施工中，承压水对基坑的安全性与稳定性有极大的影响，当基坑下有承压含水层时，随着开挖深度的不断增加，承压水层上覆土的厚度不断减少，当减少到一定程度时，顶部覆土压力不足以平衡水头压力，承压水会顶裂或冲毁基坑底板，造成基坑突涌[2]。突涌后大量水和砂涌入基坑，引发边坡失稳、围护结构变形破坏、周围地面塌陷、道路管线损坏、房屋歪斜、坍塌等一系列严重的安全事故[3]。

基于承压水的工程特性及对基坑工程造成的一系列影响，为避免事故的发生，应充分结合勘察、基坑支护和降水设计、施工及监测等多方面因素综合考虑，方能将承压水对基坑安全稳定的影响降到最低。

1 工程概况

天津某地铁车站位于繁华商业街区，周边敏感建筑、管线繁多，基坑深度17～19.23 m，围护结构采用地下连续墙+内支撑的形式，地下连续墙设计深度33～44 m，在考虑基坑围护结构稳定性的前提下，充分考虑地下承压水的影响，以阻断第一层承压水为目的。

2 承压水地质条件

基坑范围内承压水主要赋存于⑨2粉砂、⑩2粉砂以及⑪2粉砂层，三层承压水含水层存在连通现象，应作为同一层承压水进行整体考虑，⑨1粉质黏土层和⑪3粉质黏土层作为上下隔水层，见图1。

图1 地层与地下连续墙相对关系

基底位于⑨1粉质黏土层中，属于相对隔水层，底板距承压水层6～10 m，见图2。

图2 基坑与水位关系

考虑地下连续墙止水效果较好，设计阶段在进行抗突涌验算时，将基坑内承压水按隔断后无压无补给考虑，突涌验算安全系数满足规范要求。

3 降水方案的确定

综合考虑天津地区类似施工经验，于基坑内设置6口减压井作为备用井和坑内承压水观测井。

3.1 单井试验

单井抽水期间，降水井前期出水量约3.20 m3/h，后期出水量逐渐减小，出水量约2.10 m3/h。动水位稳定标高为-11.50 m。坑外承压水观测井水位为0.03 m，基本无变化。

3.2 群井试验

将水泵直接放至井底以上1～2 m。坑内及坑外全部观测井均作为水位观测井，坑内其余疏干井全部为降水井。见表1和图3-图4。

表1 降水井水位变化

图3 坑内水位变化

图4 坑外承压水位变化幅度

由图3 和图4 可以看出，坑外承压观测井水位在0.03～0.10 m，变化幅度较小；坑内减压观测井初期水位下降，后期水位稳定在-8.77～-10.05 m。可初步判定，该基坑止水帷幕设计已隔断坑外承压水，但仍存在一定承压性。

3.3 基坑底板抗突涌稳定性

基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力，即

式中：h——基坑底至承压含水层顶板间各土层厚度，m；

γs——基坑底至承压含水层顶板间的各层土厚度加权平均重度，kN/m3；

H——承压水位高于承压含水层顶板的高度，m；

γw——水的重度，取10 kN/m3；

Fs——安全系数，取1.05。

经降水试验以及抗突涌计算结果，基坑开挖至距标准段基底3.4 m 左右时达到基底突涌临界点，需适时开启坑内承压备用井。

4 降水效果

基坑开挖阶段，开挖至-11.5 m标高位置时，依据降水试验结论，适时开启2 口坑内承压水备用井，在降低基坑突涌风险的同时，引发基坑外承压水观测井水位降，降幅在0.6～1.2 m之间，同时引发部分地表点的沉降，最大沉降幅度在1.1 cm（7 d）。

基坑围护结构考虑了⑪2层承压水对⑨2、⑩2层的补给，地下连续墙深度也已完全隔断⑪2层承压水，但在最薄弱处，地下连续墙深入⑪3层隔水层的深度仅1.4 m，隔断效果较差，考虑地下连续墙施工对隔水层的扰动以及承压水水头压力较大，分析认为此处坑外承压水沿地下连续墙底部发生了越流补给，导致坑内承压水水头压力无法消减。采用深层高压注浆方式对该段落的地下连续墙底部进行加固处理，有效减少了坑外承压水的越流补给量，使坑外承压水水位基本趋于稳定，过程中采取间歇性抽排承压水的方式顺利完成了基坑开挖及主体结构施工并顺利完成承压水备用井的封堵。

5 结论及建议

在基坑范围内存在承压水的地区，应充分整合勘察、基坑设计、降水设计以及施工等多方面资源，做好预判，发现问题后提前采取相应加固补强措施，有效降低承压水给基坑施工带来的风险。

1）勘察阶段应充分考虑地质突变的可能性，结合场地实际情况，在敏感位置、薄弱环节适当加密勘探孔，尽可能使地质勘探结果接近实际地质，对承压水位的观测应准确判断出含水层、隔水层的相对厚度并在上隔水层薄弱环节提出相应准确数据。

2）基坑设计应与降水设计有机结合，以地勘结果为第一手资料，依据开挖深度、承压水水头标高、水层位置和隔水层地质参数等信息合理设计基坑围护结构深度及形式，使止水帷幕能有效隔离承压水层并尽量规避承压水绕流风险。降水设计应在结构设计的基础上，从土层渗透系数、渗透量、土层物理特性等方面着手，重点突出基坑抗突涌设计的安全性。

3）施工及监测阶段需重点加强实际数据与理论数据的比对，贯彻数据指导现场的理念，对数据发生的异常变化应及时进行原因分析，通过研判提出下一步指导意见。