王晨陽(yáng)

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，中國(guó)·上海 200092

1 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市地鐵也不斷得到發(fā)展，基坑開挖深度也隨著線路交錯(cuò)而不斷加深，由淺埋變成深埋。例如，中國(guó)上海地鐵13 號(hào)線淮海中路站埋深就深達(dá)33m，中國(guó)上海市蘇州河深隧云嶺西超深豎井開挖深度達(dá)58.65m。中國(guó)上海地區(qū)地下水豐富，與工程建設(shè)密切相關(guān)的主要為第四系地層中的潛水、微承壓水及承壓水。

隨著基坑開挖深度的加深，承壓水對(duì)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工的影響就越加顯得突出。為使基坑范圍內(nèi)地下水降到基坑底板以下0.5～1.0m，一般可采用具有隔水功能的圍護(hù)墻體或隔水帷幕插入承壓水含水層并穿過該層進(jìn)入隔水層，隔斷承壓水的補(bǔ)給，然后進(jìn)行坑內(nèi)降水。當(dāng)承壓含水層很厚或者多層承壓含水層相連，如中國(guó)上海地區(qū)典型的⑦層（粉土及粉砂層）、⑨層（粉細(xì)砂）相連，甚至⑤2層（粉土或粉砂層）、⑦層（粉土及粉砂層）、⑨層（粉細(xì)砂）相連，導(dǎo)致承壓含水層難以隔斷，為準(zhǔn)確掌握含水層的各項(xiàng)水文地質(zhì)特征，確保正式開挖施工過程中有效控制地下水，在降水設(shè)計(jì)以及正式開始基坑降水前，有必要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)。

2 工程概況

某風(fēng)井位于中國(guó)浦東新區(qū)楊高南路東側(cè)、S20 外環(huán)高速公路南側(cè)，采用明挖法施工，全長(zhǎng)約142.4m，最大埋深約31.05m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地連墻插入深度為60m。場(chǎng)地現(xiàn)狀雖為拆遷空地，但北側(cè)臨近航油管，保護(hù)等級(jí)較高，場(chǎng)地周邊環(huán)境較為復(fù)雜。

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

擬建風(fēng)井場(chǎng)地位于上海市東南側(cè)，地勢(shì)較為平坦，場(chǎng)地標(biāo)高一般在4.5m 左右。根據(jù)上海市地貌單元?jiǎng)澐?，?chǎng)地屬濱海平原地貌類型。

2.1.2 地基土的構(gòu)成與特征

根據(jù)鉆探資料表明，在130m 深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地土層自上至下可劃分為10 個(gè)大層和若干亞層，其中第①1層為填土層，第②～⑤層為全新世Q4 沉積層，第⑦～⑨層為晚更新世Q3 沉積層，第⑩～?層為中更新世Q2 沉積層，其中第⑤3-1層～⑤4層為古河道沉積層。

2.2 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地揭露的地下水分為賦存于淺部土層中的潛水以及淺部⑤2層中的微承壓水、中下部⑤3-2、⑦2、⑨1、?層中的承壓水。

2.2.1 潛水

根據(jù)中國(guó)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，淺部土層中的潛水位埋深一般為地表下0.3～1.5m，受降雨、潮汛、地表水的影響有所變化，年平均水位埋深為0.5～0.7m。

2.2.2 承壓水

根據(jù)中國(guó)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，承壓水水位一般低于潛水位，年呈周期性變化，埋深3.0～12.0m。

第⑦2層為中國(guó)上海地區(qū)第一承壓含水層，層位埋深介于55.7～77.1m，其對(duì)擬建風(fēng)井影響較大。

3 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

（1）通過抽水試驗(yàn)，查明第⑦2層試驗(yàn)期間水頭高度，計(jì)算本場(chǎng)地降承壓水的臨界開挖深度。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，求取第⑦2層水文地質(zhì)參數(shù)（包含滲透系數(shù)、彈性釋水系數(shù)等）。

（3）測(cè)定單井實(shí)際涌水量。

（4）通過抽水試驗(yàn)，計(jì)算影響半徑。

4 試驗(yàn)方案

針對(duì)⑦2層布置4 口抽水井，深度分別63m、65m、67m、69m，3 口觀測(cè)井，2 口深度63m，1 口深度68m，抽水井呈正四邊形分布，邊長(zhǎng)20m。

試驗(yàn)井的開孔終孔口徑一致，均為Φ650mm，一徑到底。填礫為D50 ＝d50（8～12 倍），濾料上部填5m 粘土球止水，粘土球上部回填粘性土至場(chǎng)地地面，考慮到回灌，抽水井周邊上部25m 范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固。

5 ⑦2 層單井抽水試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2#井抽水的同時(shí)對(duì)其他觀測(cè)井進(jìn)行地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)，總歷時(shí)約2876min，抽水8h 后，水位基本趨于穩(wěn)定。單井試驗(yàn)出水量297.6m3/d，抽水井動(dòng)水位約31.2m，單位出水量q為11.7m3/d.m。

各觀測(cè)井水位變化與時(shí)間關(guān)系曲線如圖1所示；水位降深與井距關(guān)系如圖2所示。

圖1 第⑦2 層第一組單井抽水試驗(yàn)觀測(cè)井水位降變化歷時(shí)曲線

從圖2可以分析得出：

圖2 水位降深與井距關(guān)系圖

（1）水位降深隨距離增大而減小，但非線性關(guān)系，呈自然對(duì)數(shù)關(guān)系形式。

（2）根據(jù)上式對(duì)數(shù)關(guān)系，該組單井試驗(yàn)影響半徑約為240m。

5.2 參數(shù)擬合計(jì)算

水文地質(zhì)參數(shù)是根據(jù)非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算求得。含水層滲透系數(shù)是根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)的具體水文地質(zhì)條件，選擇相應(yīng)方法進(jìn)行計(jì)算確定。

本次試驗(yàn)地層有越流補(bǔ)給條件下的無界承壓含水層中非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，上下隔水層有越流補(bǔ)給，在巨厚含水層中，井結(jié)構(gòu)為非完整井，含水層為均質(zhì)、各向異性、側(cè)向無限延伸，厚度不變。選用Hantush 的計(jì)算方法，進(jìn)行含水層的滲透系數(shù)（水平、垂直）、儲(chǔ)水系數(shù)以及導(dǎo)水系數(shù)、越流因子等進(jìn)行求解。

根據(jù)實(shí)際的抽水井和觀測(cè)井的參數(shù)值，自動(dòng)繪制一系列標(biāo)準(zhǔn)雙對(duì)數(shù)曲線，同時(shí)根據(jù)單（群）井抽水試驗(yàn)后觀測(cè)井水位下降，生成時(shí)間—降深的雙對(duì)數(shù)曲線，并對(duì)實(shí)測(cè)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行擬合，找出最佳的標(biāo)準(zhǔn)雙對(duì)數(shù)曲線，計(jì)算含水層的各參數(shù)。

導(dǎo)水系數(shù)平均值：T=4.36E1m2/d；水平滲透系數(shù)平均值Kh=2.90m/d；垂直滲透系數(shù)平均值Kv=0.109★2.90=0.32m/d；儲(chǔ)水系數(shù)S=1.54E-3。擬合結(jié)果如圖3所示。

圖3 單井試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線

5.3 水位恢復(fù)試驗(yàn)

停止抽水以后，觀測(cè)井水位恢復(fù)較快，距離抽水井越近，水位恢復(fù)速率越快，約5min 恢復(fù)10%左右，25min 水位基本能恢復(fù)至抽水試驗(yàn)前的50%（如圖4所示）。

圖4 水位恢復(fù)曲線圖

5.4 ⑦2 層單井試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)3 組單井抽水試驗(yàn)，不同抽水井深度抽水時(shí)，流量差異明顯，單井流量以及單位出水量隨井深增加而增大。

如表1所示，對(duì)比3 組單井試驗(yàn)水位下降幅度變化情況，第一組單井抽水試驗(yàn)時(shí)，觀測(cè)井水位下降幅度1.68～2.49m；第二組單井抽水試驗(yàn)時(shí)，觀測(cè)井水位下降幅度3.18～4.67m；第三組單井抽水試驗(yàn)時(shí)，觀測(cè)井水位下降幅度2.82～5.05m。

表1 三組單井試驗(yàn)流量對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

三組單井試驗(yàn)抽水井單位出水量對(duì)比如圖5所示。

圖5 三組單井試驗(yàn)抽水井單位出水量對(duì)比圖

6 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)本次試驗(yàn)期間的水位監(jiān)測(cè)信息，本場(chǎng)地第⑦2層承壓含水層初始水位絕對(duì)標(biāo)高約為-1.24～-1.63m，⑦2層承壓水初始水位約在井口以下5.34～5.85m。

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算，本場(chǎng)地第⑦2層臨界挖土深度為27.7m；基坑開挖到底時(shí)，第⑦2層水位需控制在11.1m。

（2）通過本次抽水試驗(yàn)，查明了本地區(qū)承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，如表2所示。

表2 抽水試驗(yàn)參數(shù)匯總表

根據(jù)不同求參方式比較，第⑦2層水平滲透參數(shù)2.90～4.23m/d，垂直滲透參數(shù)0.32～0.53m/d，貯水率1.03E-04～9.80E-05(l/m)。

（3）根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，⑦2層單井抽水試驗(yàn)的影響半徑約為240m；影響半徑是隨著時(shí)間變化而變化的，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，影響半徑也將發(fā)生變化。

（4）⑦2層降水井深度63～69m，過濾器長(zhǎng)3～9m，單井出水量約3.0～16.0m3/h，單位出水量約4.3～13.1m3/d.m。不同抽水井深度抽水時(shí)，流量差異明顯，單井流量以及單位出水量隨井深增加而增大。

（5）抽水試驗(yàn)過程中，沉降的主要源頭是承壓含水層的水頭降低產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降，進(jìn)行大量抽水時(shí)，地面沉降隨著抽水時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大，當(dāng)抽水結(jié)束后，沉降不再增加，隨著水位的恢復(fù)，沉降出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。停止抽水以后，觀測(cè)井水位恢復(fù)較快，距離抽水井越近，水位恢復(fù)速率越快，約5min 恢復(fù)10%左右，25min 水位基本能恢復(fù)至抽水試驗(yàn)前的50%；水位恢復(fù)至試驗(yàn)前水平時(shí)，沉降回彈幅度約68%。

（6）后期實(shí)際工程降水過程中，隨著抽水持續(xù)時(shí)間增加，土體固結(jié)度增加，回彈的幅度將有所下降。應(yīng)在變形敏感區(qū)布置第⑦2層的回灌井，以保證周邊土體及建構(gòu)筑物的沉降控制。