上海市地礦工程勘察院 上海 200072

1 工程概況

上海東方漁人碼頭（一期）工程主要由1 幢35 層塔樓、1 幢7 層魚形建筑、1 幢4 層商業(yè)街及純地下室組成。本工程總建筑面積193 468 m2，基坑面積約為33 986 m2，基坑邊緣總延長米約為1 038 m。基坑地下3層裙樓區(qū)域（B、D區(qū)）開挖深度13.80 m，底板落深區(qū)（C區(qū)）開挖深度14.75 m；塔樓區(qū)（A區(qū)）開挖深度15.60 m，局部落深區(qū)開挖深達(dá)17.30 m、20 m、21 m。地下2層區(qū)域開挖深度10.0 m。

基坑采用鉆孔灌注樁結(jié)合外側(cè)Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁作為圍護(hù)體，鉆孔灌注樁深度為27.3～31.25 m，三軸水泥土攪拌樁深度為19.8～20.75 m，SMW工法樁深度為23～30.25 m；在地鐵穿越區(qū)域及與鄰近南側(cè)保留建筑物區(qū)域采用Φ1 000 mm@750 mm的SMW工法內(nèi)插850 mm×300 mm×16 mm×24 mm H型鋼作為圍護(hù)體，地下3層與地下2層高低差區(qū)域采用重力式水泥土攪拌樁壩體作為圍護(hù)體。

本工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜。規(guī)劃中的軌道交通18號(hào)線從本地塊下穿過，周邊有眾多1～7 層居民住宅樓，場地東側(cè)丹東路下管線密集，丹東路盡頭為丹東路輪渡站；南側(cè)緊鄰水產(chǎn)公司商務(wù)樓等4 層建筑，距離約為2.3 m；要求較高。4 層保留建筑南側(cè)即為黃浦江碼頭，與本工程地下室外墻的距離約為34.8 m。

2 場區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

本場地自地表以下115.37 m深度范圍內(nèi)為屬第四系河口、濱海、淺海、沼澤、溺谷、湖澤相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，具有成層分布特點(diǎn)。

根據(jù)本工程《巖土工程勘察報(bào)告》，擬建場區(qū)地下水根據(jù)埋藏條件可劃分為淺層潛水、微承壓水及承壓水。本場地淺部第⑤2層屬微承壓含水層，深部第⑦層是上海地區(qū)的第一承壓含水層。

據(jù)上海地區(qū)已有工程的長期水位觀測資料，第⑤2層微承壓含水層和第⑦層承壓含水層水位均呈年周期性變化，水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m，本場地勘察期間測得承壓水水位埋深約為7.50 m。

3 降水方案設(shè)計(jì)

3.1 場區(qū)內(nèi)（微）承壓水含水層分布

整個(gè)場區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，⑤2-1層、⑤2-2層分布不均勻；整個(gè)場區(qū)內(nèi)上海第一承壓含水層第⑦層和第二承壓含水層第⑨層均有分布，且相互連通；成層分布的承壓/微承壓含水層可能具有一定的水力聯(lián)系，降水方案設(shè)計(jì)策劃時(shí)需重點(diǎn)考慮；基坑周邊構(gòu)筑物及管線眾多，基坑降水會(huì)否引起坑外沉降的環(huán)境保護(hù)問題是本工程降水需要重點(diǎn)考慮的問題。

3.2 基坑突涌的可能性評(píng)價(jià)

在評(píng)價(jià)承壓水對(duì)基坑工程的影響時(shí)，宜根據(jù)其動(dòng)態(tài)規(guī)律，按最不利原則考慮[1]。基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。

故采用安全系數(shù)法：

式中：Fs——安全系數(shù)，取1.10；

Pcz——坑底開挖面以下至承壓含水層頂板間覆蓋土的自重壓力（kPa），地下水位以下按飽和重度計(jì)算；

Pwy——承壓水壓力（kPa）；

γs——承壓含水層頂板以上至開挖面間的土層的平均重度（kN/m3），取18 kN/m3；

hs——基坑最終開挖面至下部承壓含水層頂板間的距離（m）；

rw——水的重度（kN/m3），取10 kN/m3；

hw——承壓含水層從頂板算起的承壓水頭高度（m）。

圖1 基坑底抗突涌驗(yàn)算示意

根據(jù)本場區(qū)巖土工程勘察報(bào)告，本工程承壓水埋深按最不利原則考慮，第⑤2層微承壓含水層頂板取最淺埋深19.20 m，絕對(duì)標(biāo)高為－14.50 m，水頭埋深按7.50 m計(jì)算。根據(jù)以上公式計(jì)算，若要滿足Fs≥1.1，則土層開挖至深度12.05 m時(shí)，即需要對(duì)⑤2層微承壓含水層進(jìn)行降壓。

本工程有⑤2層分布的區(qū)域，如商業(yè)街、塔樓、地下 3層的開挖深度均大于12.05 m，因此，對(duì)有⑤2層分布的區(qū)域均需要對(duì)該層進(jìn)行卸壓計(jì)算。另外，塔樓落深區(qū)開挖深度較深，在－15.30～－16.30 m，開挖面均位于⑤2層中上部，但在該開挖面下有5.60～11.00 m的高壓旋噴加固，加固的厚度已基本覆蓋⑤2層，故針對(duì)塔樓落深區(qū)⑤2層降壓可不做考慮。但由于⑤2層的層厚變化幅度較大，6.00～16.00 m，因此，將⑤2層的降壓井暫定為27.00 m，在⑤2層抽水試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果再做調(diào)整。

第⑦層承壓含水層頂板取最淺埋深28.90 m，標(biāo)高為－24.20 m，局部與⑤2層溝通，水位按不利原則考慮，取水頭埋深7.50 m。根據(jù)以上公式計(jì)算，若要滿足Fs≥1.1，則土方開挖至深度15.82 m時(shí)，即需要對(duì)⑦層承壓含水層進(jìn)行降壓，否則基坑即有突涌的風(fēng)險(xiǎn)。

塔樓區(qū)的開挖深度為17.30～21.00 m，商業(yè)區(qū)的落深區(qū)開挖深度為16.25～16.50 m，均大于臨界開挖深度15.82 m，需要對(duì)⑦層降壓計(jì)算。由公式驗(yàn)算可知，本工程商業(yè)街及塔樓的落深區(qū)均需要對(duì)⑦層承壓含水層降壓，但由于⑦層承壓含水層的初始水位尚未確定，本次初步方案設(shè)計(jì)僅針對(duì)塔樓⑦層降壓幅度較大的區(qū)域布置降壓井。

塔樓區(qū)⑦層承壓含水層的層頂埋深標(biāo)高為－24.76 m～－26.67 m，該區(qū)域第一承壓含水層⑦層與第二承壓含水層⑨層相互連通，該區(qū)域水平向及垂直向滲透性較好。因此，根據(jù)該區(qū)域的地層特性及降壓幅度，在塔樓落深區(qū)共布置⑦層降壓井5口（其中包含1口降壓備用兼觀測井），井號(hào)為TJ1～TJ4、TJG1，井深為40.00 m，濾管長度為8.00 m。

3.3 疏干井設(shè)計(jì)

潛水疏干降水井的布置，原則上按上海地區(qū)單井有效降水面積的經(jīng)驗(yàn)值同時(shí)結(jié)合擬建工程場區(qū)土層特征、基坑平面形狀、尺寸確定[2]，根據(jù)上海市工程施工經(jīng)驗(yàn)，本工程單井有效降水面積取210 m2左右。

經(jīng)計(jì)算，本工程布井?dāng)?shù)量100 口（其中包括因基坑面積較大、②0層江灘土的厚度較厚而增加的8 口疏干備用兼觀測井）。

井深確定：考慮到基坑普遍開挖深度為14.75 m（局部塔樓16.10 m），降水深度應(yīng)達(dá)底板下1.0 m，井深3.0～4.0 m，最終設(shè)計(jì)疏干井深度為20.0 m。地鐵通道處因開挖深度為10.7 m，故設(shè)置了13 m深的疏干井。

3.4 減壓井抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)井主要布置在位于C區(qū)的受承壓含水層影響較大的位置，試驗(yàn)結(jié)束后留作降水井用。

根據(jù)基坑降水設(shè)計(jì)方案布井平面位置，共設(shè)置4 組抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)1～試驗(yàn)3為單井抽水試驗(yàn)，主要確定⑤2層微承壓水、⑦2層的水文地質(zhì)參數(shù)、抽水效果以及檢驗(yàn)2 層的水力聯(lián)系；承壓水試驗(yàn)4為群井抽水試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)兩井抽水效果、驗(yàn)證⑤2層與⑦2層的水力聯(lián)系、檢驗(yàn)④層的隔水效果，并結(jié)合觀測地表沉降。

抽水試驗(yàn)結(jié)果：⑤2層與⑦1層間存在一定的水力聯(lián)系；⑤2層與⑦1層測得的平均水位埋深為8.0 m；以水文地質(zhì)參數(shù)求解中采用基于直線圖解法的水位恢復(fù)法計(jì)算并取平均值，算得⑤2層的T＝8.942 m2/d，K＝7.81×10-4cm/s，S=3.4×10-3，B=312.671/d； ⑦層的T＝172.25 m2/d，K＝5.58×10-3cm/s，S=0.12，B=149.851/d。

3.5 承壓水層減壓降水設(shè)計(jì)[3]

3.5.1 井結(jié)構(gòu)與平面布置

根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合工程實(shí)際，采用非完整井非穩(wěn)定流公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，參數(shù)利用抽水試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果為：

⑤2層共布置降壓井36口，其中基坑Ⅰ區(qū)布置QJ1～QJ7為⑤2層降壓井，QJG1和QJG2為觀測兼?zhèn)溆镁?；基坑Ⅱ區(qū)布置QJ23～QJ26為⑤2層降壓井，QJG5為觀測兼?zhèn)溆镁?；基坑Ⅲ區(qū)布置QJ8～QJ22、QJ27為⑤2層降壓井，QJG3～QJG4、QJG6為觀測兼?zhèn)溆镁?/p>

⑦層承壓水降水井布置在塔樓落深區(qū)，共6 口，其中降壓抽水井TJ1～TJ5，TJG1為觀測兼?zhèn)溆镁贾迷冖騾^(qū)商業(yè)街用作抽水試驗(yàn)的2 口較深的⑦層承壓水降水井用以應(yīng)對(duì)該區(qū)落深區(qū)應(yīng)急減壓降水，見圖2。

圖2 基坑減壓井布置與基坑分區(qū)

據(jù)方案在正常運(yùn)營條件下，⑤2層減壓井開啟后可將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)該層微承壓含水層頂面的水位降至滿足開挖要求的安全線下；⑦1層減壓井開啟后可將Ⅰ、Ⅲ區(qū)該層承壓含水層頂面的水位降至滿足開挖要求的安全線下。

3.5.2 減壓降水效果預(yù)測

采用抽水試驗(yàn)校正過的三維數(shù)值模型進(jìn)行群井降水的正預(yù)測分析，群井降水正分析預(yù)測表明：在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)（加井及修改井位后）群井降水中，坑內(nèi)降深能夠滿足設(shè)計(jì)要求。Ⅰ區(qū)在基坑外5 m處修正后沉降最大達(dá)到53.7 mm，Ⅱ區(qū)在基坑外5 m處修正后沉降最大達(dá)到44.4 mm，Ⅲ區(qū)在基坑外5 m處修正后沉降最大達(dá)到75.0 mm，均對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。各區(qū)群井降水120 h后，最大沉降量為的等水位線如圖3～圖6所示。

圖3 Ⅰ區(qū)基坑降水等水位線示意（⑤2層）

圖4 Ⅱ區(qū)基坑降水120 h后等水位線示意（⑤2層）

圖5 Ⅲ區(qū)基坑等水位線示意（⑤2層）

圖6 Ⅲ區(qū)基坑部分點(diǎn)水位降深示意（⑦層）

4 降水運(yùn)行控制

疏干井在基坑開挖前20 d進(jìn)行基坑疏干降水，土方開挖前坑內(nèi)潛水疏干完畢。降壓井開始運(yùn)行時(shí)間：為保證基坑安全，降壓井開始運(yùn)行時(shí)間的判斷，即當(dāng)Fs=1.1時(shí)的開挖深度為臨界點(diǎn)進(jìn)行控制。

⑤2層臨界開挖深度=19.2 m－1.1×112 kPa÷18 kN/m3=12.35 m

⑦層臨界開挖深度=28.9 m－1.1×209kPa÷18 kN/m3=16.12 m

根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，各降壓井降壓根據(jù)該井所在區(qū)域的開挖進(jìn)度依次運(yùn)行降壓井，⑤2層降壓井在挖深略小于12.35 m時(shí)開始運(yùn)行，⑦層降壓井在挖深略小于16.12 m時(shí)開始運(yùn)行。

4.1 運(yùn)行方案

根據(jù)基坑開挖的工況，結(jié)合抽水試驗(yàn)的結(jié)果，針對(duì)本場地不同的基坑部位，分別制定了不同的降壓運(yùn)行方案，取得了理想的效果。

降壓井結(jié)束運(yùn)行時(shí)間：基礎(chǔ)底板施工完成后，包括養(yǎng)護(hù)階段和地下室及上部結(jié)構(gòu)施工階段，由設(shè)計(jì)單位提供基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的抗浮力，在確保承壓水水頭壓力不大于抗浮力的情況下，逐步減少降壓井的開啟數(shù)量，直至靜止水位情況下水頭壓力不大于抗浮力，最后由總包單位確定簽發(fā)降水停止令，降水全部結(jié)束。

4.2 運(yùn)行管理

（a）潛水疏干降水井運(yùn)行可在基坑開挖20 d前或更早開始；

（b）抽水運(yùn)行過程中應(yīng)隨時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)排除；

（c）潛水疏干降水井抽水時(shí)，潛水泵抽水間隔時(shí)間由短至長，降水井抽干后應(yīng)立即停泵，以免燒壞電機(jī)；

（d）抽水過程中應(yīng)做好記錄：內(nèi)容包括井涌水量（Q）、水位降深（S），并繪制流量（Q）、觀測孔水位、各監(jiān)測點(diǎn)觀測資料與時(shí)間的關(guān)系曲線，以掌握動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)降水運(yùn)行，不斷優(yōu)化降水運(yùn)行方案；

（e）降水工作現(xiàn)場應(yīng)備有雙電源，確保降水的連續(xù)運(yùn)行；

（f）隨著基坑開挖的不斷加深，潛水疏干降水井應(yīng)根據(jù)開挖面的變化及時(shí)跟進(jìn)井點(diǎn)的構(gòu)造調(diào)整，及時(shí)做好割管和接管工作，保證降水井的真空度；

（g）降壓啟動(dòng)時(shí)間（基坑開挖深度）應(yīng)根據(jù)承壓水頭的具體埋深確定，保證按需降水，避免長時(shí)間大量抽取承壓水；

（h）降水結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將井孔注漿封閉，補(bǔ)好蓋板；

（i）井口、井管設(shè)置醒目標(biāo)志，做好標(biāo)識(shí)工作；

（j）協(xié)同總包單位與挖機(jī)施工人員做好井管保護(hù)工作；

（k）降水配合基坑開挖及基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工。

5 降水效果及應(yīng)急對(duì)策

從實(shí)際土方開挖情況來看，疏干井降水較好地達(dá)到了基坑開挖施工的要求，針對(duì)局部因存在第④層灰色淤泥質(zhì)黏土造成部分疏干降水效果不理想的情況，開挖時(shí)有針對(duì)性地采用了輕型井點(diǎn)予以補(bǔ)充疏干降水，最終完全達(dá)到開挖施工的要求。

減壓井運(yùn)行效果比較理想，但在土方開挖施工過程中1口⑦ 層減壓井遭到破壞，隨之啟動(dòng)了備用井，最終基坑順利澆筑大底板，未出現(xiàn)基坑突涌險(xiǎn)情。

6 基坑降水的環(huán)境控制

為使深層降水對(duì)地面沉降的影響降到最小，基坑降水過程中針對(duì)性地制定了一些沉降控制措施：臨近建筑物和地下管線的減壓井的抽水時(shí)間盡量縮短；在降水運(yùn)行過程中隨開挖深度逐步降低承壓水頭，沒有抽水的井作為觀測井，控制承壓水頭與上覆土壓力足以滿足開挖基坑穩(wěn)定性的要求，使降水對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)一步降低，尤其是臨近保護(hù)區(qū)域的減壓井需待基坑開挖接近底板時(shí)才開始運(yùn)行；采用信息化施工，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，及時(shí)調(diào)整抽水井及抽水流量，指導(dǎo)降水運(yùn)行和開挖施工。

7 結(jié)語

（a）施工結(jié)果證明：本工程降水設(shè)計(jì)的降水井類型、數(shù)量和井的結(jié)構(gòu)以及平面布置都是符合實(shí)際的，降水達(dá)到了預(yù)期目的。本工程的順利實(shí)施對(duì)在臨江復(fù)雜地質(zhì)條件下的深基坑降水設(shè)計(jì)與施工具有重要的借鑒意義。

（b）在進(jìn)行基坑降水設(shè)計(jì)和施工時(shí)，要對(duì)勘察報(bào)告提出的地下水水位進(jìn)行仔細(xì)分析，因施工時(shí)基坑圍護(hù)已做好，地下水環(huán)境已發(fā)生變化，有必要通過抽水試驗(yàn)來準(zhǔn)確確定各項(xiàng)水力參數(shù)和水位，并通過群井抽水試運(yùn)行來檢驗(yàn)和指導(dǎo)基坑實(shí)際降水運(yùn)行控制。

（c）本工程地下水降深和地面沉降通過采用承壓非完整井非穩(wěn)定流公式和三維數(shù)值模型是可行的。

（d）降水井施工中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范操作，通過精心施工、嚴(yán)格管理、按需降水方可確保降水工程正常進(jìn)行，以滿足基坑開挖的需要。