上海隧道工程有限公司 上海 200032
摘要：软土地区深基坑工程越来越多，而基坑降水成为保证深基坑安全开挖的必要手段。本文基于杭州地铁6号线亚运村站深基坑工程，基于坑底抗突涌验算，进行抽水试验设计，并对群井抽水试验结果进行分析，同时结合抽水试验期间坑外地表沉降监测数据，分析了坑内外水力联系情况，结论能为类似工程设计、施工及风险管控提供参考。
关键词：软土地区；群井试验；地面沉降；基坑突涌
Abstract: There are more and more deep foundation pit projects in the soft soil area, and dewatering has become a necessary means to ensure the safe excavation of deep foundation pits. This article is based on the deep foundation pit project of the Yayuncun Station of Hangzhou Metro Line 6, based on the anti-surge check calculation of the bottom of the pit, and the pumping test design is analyzed. Based on the hydraulic connection inside and outside the pit, the conclusion can provide a reference for the design, construction and risk management of similar projects.
Key words: soft soil area, group well test, ground subsidence, foundation pit surge
1引言
随着城市经济水平的快速发展，基础设施建设越来越多，对于深基坑工程的研究逐渐得到重视。软土地区的深基坑开挖经常会遇到承压水问题，由于基坑开挖深度较深，坑底常因隔水层厚度不足而导致坑底发生突涌。对此常采用基坑降水的措施，而降水不当则会引起基坑周围地表或建（构）筑物不均匀沉降、基坑内外水位突变、周边管线破裂等问题，因此有必要对深基坑降水及其引起的地表沉降进行研究。郑刚等[1]基于天津地铁5号线某车站基坑预降水试验数据，分析降水引发的水位及沉降和控制对策；曾超峰等[2]采用数值模拟方法研究了降水井错位布设方法以控制降水引起的围护结构变形；薛秀丽等[3]以天津地铁3号线某车站基坑为背景，研究了开挖前降水引起的基坑围护结构变形特征及对应的控制方法；薛秀丽[4]采用二维流固耦合有限元模型研究基坑宽度和降水深度对被动土压力、地基土水平向基床系数等参数沿深度的分布规律；陈忠等[5]以宁波市轨道交通仇毕站深基坑为背景，考虑基坑降承压水的影响，研究了基坑开挖引起变形特性；吉茂杰等[6]基于比奥固结理论和HS模型研究了上海某地铁车站中部深基坑施工引起的内力变形和地面沉降规律；汪鹏程等[7]以某地铁深基坑为背景进行三维流固耦合计算，研究了降水开挖和未降水开挖引起的坑底隆起、围护结构侧向变形以及下卧隧道变形机理。城市深基坑工程地质背景和环境复杂，即使采用完全隔断的止水帷幕也很难保证施工期间基坑内外没有水力联系。
本文基于杭州地铁6号线亚运村站深基坑工程背景，设计了基坑降水抽水试验并分析其试验结果，结合抽水试验期间的地表沉降监测数据分析坑内外的可能的水力联系及抽水对坑外地表沉降的影响，以期为类似工程提供参考。
2工程背景
2.1工程概况
.png)
图1亚运村站地理位置示意图
杭州地铁6号线亚运村站位于规划道路下方，沿规划路东西向设置，全长约180.7m。规划道路宽18m，场地周边为空地，无管线。亚运村站为地下四层岛式站台车站，采用明挖顺筑法开挖，其中负一层与规划公路隧道合建，顶板覆土约1.5m，底板垫层底埋深约27.9m，标准段宽度22.3m，开挖深度约为25.2m，端头井主体结构宽度为26.6m。围护结构采用1.2m厚连续墙加内支撑体系（第一、四、六道支撑为钢筋混凝土支撑，其余支撑为钢管支撑，共八道支撑），插入比约为1.0，地下连续墙设置构造配筋段，隔断承压水，墙底位于○20b-2强风化砂砾岩，地下连续墙与内衬墙按复合构件设计。
2.2地质条件
场地范围内土层自上而下依次主要为素（淤）填土、砂质粉土、淤泥质黏土、粉质黏土、黏土、粉砂、含砾中砂和圆砾组成，基岩为不同风化程度的砂砾岩（图2所示）。场地地下水类型主要包括位于浅（中）部填土层、粉土、黏性土及淤泥质土中的孔隙潜水、位于圆砾层中的孔隙承压水和基岩裂隙水组成。承压水主要为古河槽侧向径流补给，受大气降水垂直渗入等影响较小。
.png)
图2亚运村站典型土层分布及中部基坑剖面（单位：mm）
3基坑降水设计
3.1抗突涌验算
根据亚运村站各层土性和地下水条件可知，在基坑开挖过程中对抗突涌稳定性影响较大的含水层主要为⑫1层、⑫2层、⑫4层和⑭3层组成的承压含水层，其中⑫1层及⑫2层为砂层，⑫4层及⑭3层为圆砾，其下部为基岩。承压水水位埋深为6.85m，标高-0.85m，选取最不利勘探孔XK-6SYYC- Z26进行基坑抗突涌验算，其承压含水层层顶标高为-27.41m。具体基坑各部位自然条件下抗突涌稳定性验算结果见表1所示。
表1 基坑底抗突涌稳定性验算表（Fs=1.10）
.png)
3.2抽水试验设计
为了避免基坑开挖引起坑底突涌，集合现场实际坑内共布置降压井9口，一期施工5口井，井号Y1、Y2、Y9、Y12、Y17；二期施工4口井，井号Y18~Y21；坑外布置6口观测井兼备用井，井号为CG1~CG6，以观测坑内降压对坑外的影响，井深均为48m。降水井和观测井平面布置图如图3所示，井结构如图4所示。
.png)
图3基坑地表沉降测点、降水井和观测井平面布置图
表2 抽水试验过程
.png)
.png)
图4降压井结构图
3.3抽水试验结果分析
抽水于2019年03月17日08：53开始进行，开启Y2、Y17、Y18、Y20抽水，抽水8小时后增开Y9及Y12抽水。坑内Y1、Y19、Y21作为观测，坑外CG4和CG6观测。抽水至03月17日22：00结束，总历时13h，停抽后观测坑内水位恢复1h。
抽水井使用额定流量为25m3/h的抽水泵，抽水期间实测Y17平均流量为15.5m3/h，稳定动水位埋深27.2m；Y20平均流量为20.8m3/h，稳定动水位埋深28.2m。试验期间各观测井水位变化曲线如表5所示。
由图5可知，一阶段坑内水位降至21~21.53m时，坑内观测井最小降深11.18m，坑外观测井最大降深0.36m，已满足标准段水位降至19.7m的要求，但尚不满足端头井水位降至21.92m的要求；二阶段坑内水位降至27.40~28.64m时，坑内观测井最小降深17.58m，坑外观测井最大降深0.48m，满足端头井水位降深要求，且超降超过5m。停抽后坑内静水位恢复极快，5分钟水位恢复33%，10分钟恢复50%，1h已恢复至初始值。
.png)
图5试验期间水位变化曲线
此外，因试验时处于枯水期末期，实际正式降压期间承压水位可能高于本次试验实测值，后期正式降水前复核承压水初始水位的观测，并根据正式降水前实测的承压水位控制降水运行。试验期间坑内降深达到17.58m时，坑外降深0.48m。坑外降深虽不大，但考虑到承压含水层为渗透性极强的圆砾层，补给充分且迅速，结合坑内停抽后极快的水位恢复速度，可判断坑内外存在一定的水力联系。坑内长期降压后渗流路径的畅通及基坑的变形均可能增强坑内外的水力联系，降压过程中需密切关注坑内外水位变化情况，同时现场需满足两路工业用电要求或配备发电机作为备用电源。正式降压时拟启用5口降压井，另选择2口井放置水位作为备用井，另2口作为观测井。准备至少2台备用泵以便可及时替换故障水泵。
4地表沉降监测结果
4.1地表沉降监测数据分析
选取抽水试验过程中基坑周围地表沉降测点（DBC1-2~DBC18-2）分析因抽水引起坑外地表沉降的影响，其中DBC4~DBC15位于标准段（偶数测点为南标准段，奇数为北标准段），DBC1~DBC3位于东端头井，而DBC16~DBC18位于西端头井。基坑各部分测点在降水期间及前后地表沉降如图6~图7所示。
.png)
.png)
（a）南标准段测点 （b）北标准段测点
图6标准段测点地表沉降曲线
从图6可知，坑内抽水对坑外不同测点处的地表沉降影响不同，除降水井位置不同外，与不同位置处坑内外存在的水力联系强弱有关。此外可以看出，南标准段测点DBC6-2、DBC8-2和DBC14-2处，以及北标准段测点DBC5-2和DBC15-2处地表沉降波动较大。当3月17日进行抽水试验时，大部分测点均出现明显沉降，最大为测点DBC14-2，沉降值为2.5mm，而当水位恢复后3月18日测得地表沉降值均存在不同程度的回弹。图7为端头井不同测点地表沉降曲线图，可以看出抽水试验对端头井坑外沉降影响相对较小，最大为西端头井DBC17-2测点，沉降值为1.0mm，推测其坑内外水力联系相对较弱，但也出现明显的波动。综上，在施工过程中，应密切关注坑内外可能存在水力联系的区域。
.png)
.png)
（a）东端头井 （b）西端头井
图7端头井测点地表沉降曲线
4.2地表沉降与基坑变形控制
由3.3和4.1节分析可知，虽然抽水试验期间坑外观测井降深不大，但由于承压含水层为透水性极强的圆砾层，且水位恢复速度较快，加之抽水试验引起坑外地表沉降部分测点波动明显，推测在部分区域存在较强的水力联系，施工前应做好风险防范措施，如设置足够数量的回灌井，施工时及时架设钢支撑防止围护结构变形过大。
5结论
本文对杭州市亚运村站深基坑抽水试验及引起的地表沉降监测结果进行介绍和分析，得出以下主要结论：
（1）施工前进行群井抽水试验更符合开挖后真实降水时地质和环境状况，有利于实际开挖过程中的降水控制，具有更好的指导作用。
（2）结合抽水试验期间地表沉降数据，群井抽水试验能在一定程度上识别基坑周围水力联系的强弱，在实际降水期间进行针对性的控制。
参考文献
[1]郑刚,赵悦镔，程雪松,等.复杂地层中基坑降水引发的水位及沉降分析与控制对策.土木工程学报,2019,52(增1):135-142.
[2]曾超峰,袁志成,薛秀丽.降水井错位布置对基坑预降水引发围护结构侧移的影响.岩土工程学报,2019,41(增1):33-36.
[3]薛秀丽,曾超峰,郑刚.开挖前降水引发基坑变形特性及控制方法.地下空间与工程学报,2019,15(增1):493-497.
[4]薛秀丽,李淼坤,曾超峰.开挖前降水作用下基坑围挡结构-地层项目作用机制.河海大学学报（自然科学版）,2019,47(5):440-446.
[5]陈忠,钱宝源,顾其波.考虑承压水降水的深基坑施工变形规律研究.宁波大学学报（理工版）,2019,32(5):65-69.
[6]吉茂杰,雷丹.软土地区地铁车站深基坑施工流固耦合分析.现代隧道技术,2018,55(S2):1202-1209.
[7]汪鹏程,王景,周守强.上跨既有隧道的深基坑降水开挖施工数值模拟分析.合肥工业大学学报（自然科学版）,2020,43(4):499-506.