基坑封闭试验对围护结构及周边环境影响分析

黄 磊

上海陆家嘴金融贸易区开发股份有限公司 上海 200126

紧邻地铁等重要设施的深基坑工程，对围护结构的变形控制要求非常严格。以上海市为例，上海市《基坑工程技术标准》规定，基坑环境保护等级为一级的深基坑工程，围护结构最大侧向位移仅为开挖深度的0.18%。若深基坑工程紧邻地铁，且地铁设计收敛变形已较大（比如超过60 mm），相关部门可能会提出更为严格的基坑围护变形控制要求。

深基坑工程一般包括工程地质勘察、水文地质勘察（抽水试验）、加固及围护结构施工、封闭性试验、疏干井及承压井降水、基坑开挖、地下结构回筑等方面的内容。针对深基坑工程环境影响方面的研究，目前主要集中在基坑开挖以及为确保开挖安全而开展的承压水降水的环境影响方面，如魏纲等[1]采用理论分析的方法研究了基坑开挖引起的邻近盾构隧道的受力规律。徐中华等[2]采用实测数据分析方法研究了上海地区紧邻轨交9号线的某深基坑开挖对邻近地铁及建（构）筑物的影响，楼春晖等[3]采用实测数据分析的方法研究了温州市某深基坑工程开挖引起的周围土层及建筑物的变形规律。上述研究均假定开挖前围护结构无变形。

然而，郑刚等[4]分析天津地铁3号线某地铁车站基坑工程现场潜水预降水阶段的地下连续墙位移、坑外地面及建筑物沉降，发现此阶段引起的地下连续墙侧移及坑外地面沉降达10 mm。曾超峰等[5]进一步通过实测分析天津地区某深基坑开挖前疏干降水阶段的围护结构变形，发现此阶段围护墙侧向位移达15 mm，占整个基坑围护设计变形的50%。预降水阶段基坑围护结构的变形及环境影响不容忽视。

本文基于上海软土地区某深基坑工程地下连续墙施工完成后的封闭性试验，分析围护结构及首道撑施工完成、基坑开挖前的承压水降水试验引起的围护结构变形实测数据，进一步通过理论计算分析由此引起的坑外地面沉降，分析深基坑封闭性试验的环境影响，为相似工程提供参考。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

本次试验所基于的深基坑项目位于上海市前滩地区济阳路和东育路之间，北接前安路、南接海阳西路前康路，邻近运营中的轨交11号线和轨交6号线，其中南侧距轨交11号线最近处仅10 m（图1）。整个项目基坑呈三角形，东西长约200 m，南北长约200 m，总开挖面积约20 000 m2，挖深约20 m，局部深坑挖深约25 m，邻近地铁侧小坑挖深约12 m。本次封闭性试验在1d区开展，1d区呈三角形形态，总面积约3 300 m2。基坑采用地下连续墙作为围护结构，邻近济阳路及小坑一侧地下连续墙深55 m，与2b区相邻处地下连续墙深42 m，4d、4e处小坑外侧地下连续墙深40 m。

图1 基坑位置

1.2 工程地质及水文地质条件

本文1d区基坑所处位置与上述项目位置接近，工程地质和水文地质条件与抽水试验所处位置条件相似。地质勘察资料揭示，工程场地地层从上至下依次为②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土、③t黏质粉土、④淤泥质黏土、⑤1黏土、⑤2-1砂质粉土夹粉质黏土、⑤2-2粉砂、⑤3粉质黏土夹粉性土、⑦2粉砂、⑦2t粉质黏土夹砂质粉土、⑨1-1粉砂，浅部地下水类型属潜水，主要为赋存于①层至⑤1层中。⑤2-1层和⑤2-2层相连，为微承压含水层。⑦层为第一承压含水层。⑨层为第二承压含水层。第一承压层与第二承压层相连。

2 封闭性试验方案

分别开展⑦2上层和⑤2-2层群井抽水试验。试验包括5个阶段：

1）开展初始水位观测，测定承压含水层的初始水头。

2）开展⑦2上层群井抽水试验，检验群井降水及止水帷幕的隔水效果。

3）⑦2上层水位恢复，掌握基坑内水位恢复情况。

4）开展第⑤2-2层群井抽水试验，检验群井降水及止水帷幕的隔水效果。

5）第⑤2-2层水位恢复，掌握基坑内水位恢复情况。

⑦2上层群井抽水试验和⑤2-2层群井抽水试验阶段坑内抽水井、坑内观测井和坑外观测井的平面位置为：⑦2上层群井抽水试验阶段，坑内抽水井2口、观测井1口，坑外观测井4口，井深53 m，滤管埋深47～52 m，各井孔径650 mm，井径273 mm；⑤2-2层群井抽水试验阶段坑内抽水井10口、观测井1口，坑外观测井6口，井深35 m，滤管埋深29～34 m，各井孔径650 mm，井径273 mm。

试验阶段，分别监测靠近济阳路一侧地下连续墙、靠近轨交11号线小坑内侧及外侧地下连续墙水平位移。各测点位置如图2所示。

图2 地下连续墙水平位移测点布置

3 试验结果及分析

⑦2上层群井抽水试验持续24 h，单井平均出水量6.3 m3/h。抽水试验期间坑内外水位变化情况如图3所示，坑内最大水位埋深9.12 m，水位降深3.60 m。坑外水位最大下降0.08 m，止水帷幕封闭性较好。

图3 ⑦2上层群井抽水试验期间地下水水位

⑤2-2层群井抽水试验持续240 h，单井平均出水量1.5 m3/h。抽水试验期间坑内外水位如图4所示，抽水240 h后，坑内观测井BG51d-1最大水位埋深22.75 m，水位降深18.17 m，坑外水位下降0.04～0.40 m，邻坑水位下降1.83～1.88 m，表明外圈止水帷幕封闭性较好，中隔墙止水性较差，开挖时需加强相邻基坑水位观测。

图4 ⑤2-2层群井抽水试验期间地下水水位

图5为封闭性抽水试验阶段地下连续墙各测斜点位移。因抽水试验时，首道撑已施工完成，故围护墙顶部位移较小。地下连续墙水平位移沿埋深均呈抛物线分布，最大位移约位于1/2地下连续墙深度位置。邻近济阳路一侧地下连续墙内的测斜点P10、P11最大水平位移分别为24.9、20.5 mm，均位于埋深24.0 m位置附近。邻近地铁一侧的内侧地下连续墙测斜点P12，最大水平位移14.6 mm，位于埋深27.0 m位置附近，最大水平位移约为邻近济阳路一侧地下连续墙最大水平位移的60%～70%。测斜点P49、P50、P53、P54、P55均位于邻近地铁外侧的地下连续墙位置，最大水平位移分别为6.8、5.9、7.1、6.4、6.8 mm，约为内侧地下连续墙最大水平位移的45%，约为济阳路一侧地下连续墙最大水平位移的30%。邻近地铁一侧设置小坑，小坑可以有效降低大坑承压水降压引起的项目基坑外围地下连续墙变形。

图5 试验阶段地下连续墙累计变形

顾剑波等[6]建立了弹性理论模型，分析地下连续墙变形引起的坑外地表沉降，该模型在已知地下连续墙变形的前提下，计算坑外地表沉降无需土体弹性模量，如式（1）所示，本文运用此模型计算抽水试验导致基坑围护墙变形从而引起的坑外地表沉降。

式中：d—地下连续墙最大水平位移；

H—地下连续墙高度。

采用拟合后的位移分布计算坑外地面沉降，图6为采用抛物线拟合后的地下连续墙位移，拟合后的地下连续墙位移与实测地下连续墙位移接近。图7为理论计算得到的坑外地表沉降。济阳路侧地下连续墙外地表最大沉降量为7.9 mm，位于地下连续墙外18 m位置处。前康路侧地下连续墙外最大沉降为2.7 mm，约为济阳路侧地下连续墙外最大地表沉降值的35%，位于地下连续墙外13 m位置处。在邻近地铁一侧设置小坑，2道地下连续墙可以有效降低坑内承压水降压的环境影响。

图6 地下连续墙水平位移拟合结果

图7 坑外地表沉降

4 结语

本文基于上海市前滩地区济阳路和东育路之间的某基坑，对基坑封闭试验对围护结构及周边环境的影响进行了分析，得到了一定的结论。相关结论可为复杂环境条件下的深基坑降水施工提供借鉴。