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1、 . . .深基坑施工中承压水风险控制要点刘勇 上海市市政工程建设处摘要： 已经发生的许多重大建设工程事故表明，承压水已成为导致建设工程事故的关键因素之一。当停止降水、降水失效或未采取有效的承压水治理措施，导致承压水水位大于安全高度时，将发生严重的突涌破坏，本文根据实际工作经验，总结，归纳、梳理了深基坑承压水风险控制技术措施，择其要点进行阐述，供参考。关键词：深基坑 施工 风险 控制 要点引言近年来，国内轨道交通建设得到了突飞猛进的发展。根据2005年统计资料，我国共有20 多个城市正在建设或规划建设轨道交通项目，其中基本符合国务院规定建设标准的城市18个，初步统计近期规划建设55条轨道交通线
2、路，约1500公里长，总投资达到5000亿元，而目前在建线路总长度超过390公里。就上海地区而言，2010 年之前将有超过400km 的轨道交通线投入运营。轨道交通建设向纵深发展，松散软土区蕴藏的丰富的承压含水层地下水，对工程施工安全的威胁越来越大，人为改变承压水渗流场对建筑环境、城市生存环境的安全威胁也越来越大。因此，轨道交通建设工程中，承压水引发的施工安全与环境安全风险日益增长，能否有效与安全地控制承压水已成为影响轨道交通建设工程成功与否的关键因素之一。在轨道交通工程建设中，对承压水风险尚缺乏完善的控制体系与有效措施。上海市的大规模城市建设活动始于上世纪80 年代中期，地下工程建设活动的频
3、度与规模近年发生了巨增。随着地下工程建设活动的日益加剧，承压含水层地下水对工程建设的重要影响逐渐显现，人们对承压水的工程特性的了解和认识经历了漫长的过程。在遭遇了许多因承压水处理不当而引起的重大工程事故、承受了重大的经济损失与人员伤亡等惨痛教训之后，人们逐渐认识到承压水的工程特性，并逐渐重视承压水的重要影响。近年来，虽然承压水的重要性已得到了土木工程界的广泛关注与重视，但是，人们对承压水风险的认识仍处于较为肤浅的阶段，对风险的认识与评估缺少有效的工具与方法，在承压水风险控制方面还未建立完善的管理体系及有效的规避风险的措施。在地下工程施工期间，对于深度较大的基坑工程，为防止深层承压水水头的顶托作
4、用而可能发生的坑底土层突涌、基坑倒塌，通常必须采用深层减压降水的办法，降低深层承压含水层地下水水头，达到基坑稳定与施工安全的目的。由于地下工程施工周期较长，连续降低地下水位一般延续数月至一年以上，导致浅层地下水位下降及深层承压水头的大幅度下降。地下水位（头）下降不仅改变了含水层组内的渗流场，而且改变了含水层组内各层土骨架的有效应力场的时空分布，从而导致了地层变形，并由此引起相邻建(构)筑物的变形与破坏，相邻地面产生沉降。目前的研究成果表明，地下水位下降导致地层发生压密变形，地下水位上升导致地层发生膨胀变形。因此，地下水对地下工程的施工安全性具有重要影响，地下水位的升降，对相邻建筑环境的安全性具
5、有重要的影响。目前，在轨道交通建设中，大多数工程的承压水减压降水效果可确保施工顺利安全进行，且未对环境造成不良影响。例如，在轨道交通4号线董家渡隧道修复工程中，基坑开挖最大深度达41.00m，开挖深度范围内已揭露第一承压含水层，且第一、二、三承压含水层连通，基坑减压降水的风险极大。经过精心设计与施工，在减压降水控制承压水方面取得了很好的效果。但是，少数工程的减压降水效果令人担忧，对工程建设及环境产生了不良影响。已经发生的许多重大建设工程事故表明，承压水已成为导致建设工程事故的关键因素之一。当停止降水、降水失效或未采取有效的承压水治理措施，导致承压水水位大于安全高度时，将发生严重的突涌破坏，坑外
6、发生严重的水土流失、地面沉降或沉陷，围护结构发生严重的下沉、歪斜、破坏或失稳，最终引发严重的工程事故，延缓或停滞工程建设，并可能造成严重的人员伤亡与/或巨大的经济损失。当降水方法选用不当，导致坑外承压水水位降深过大时，坑外将产生分布范围较大、绝对值较大的地面沉降，引发严重的环境岩土工程问题，相邻建（构）筑物可能发生不同程度的损坏，如相邻建筑物的倾斜、开裂甚至倾倒破坏，相邻市政管线的损坏或毁坏，以及相邻地面交通设施、地下交通线路的严重损坏等，影响社会稳定、人民的生命与财产安全等。随着地下空间开发规模与深度的不断扩大，引发承压水风险的因素、概率日趋增加，风险等级日趋提高，控制承压水风险的重要性日益
7、增加。探索和建立完善的承压水风险的控制体系与方法，已成为亟待解决的重要课题。经过20 多年的研究与工程实践，在承压水控制技术方面，已有较成熟的设计理论、技术标准、施工工艺及运行技术等。但是，在轨道交通建设领域，针对承压水风险控制，专门的理论与工程应用方面的研究相对较为滞后。控制承压水方法包括地基加固、冰冻法或降水等。承压水减压降水技术、地层冻结技术、注浆堵漏技术、盾构施工中的防渗技术等，作为控制承压水的专项技术，对确保轨道交通建设安全、避免风险事件发生及工程抢险等，均发挥了各自重要的作用。本文根据近年来的研究成果及实际工作经验，总结，归纳、梳理了深基坑风险控制技术措施，就其要点进行阐述，供参考
8、。一、勘察风险控制要点1. 承压含水层划分不准确的控制要点1.1.严格按规范布置勘探工作量，对于宽度大于20m的车站应沿车站两侧对称布孔。详勘期间如现场条件限制，造成勘探孔距离大，或勘探孔距离地铁边线较远的区域，在施工前应进行补勘，确保消除漏划局部分布的承压含水层的风险源。1.2.承压含水层的土层定名应根据野外记录、静探曲线以及室内试验结果综合确定，避免因土层定名与实际情况不符导致的承压含水层（尤其是微承压含水层）漏划的风险事件发生。1.3.承压含水层分层界线附近宜加密取土或标贯试验的间距。1.4.针对静探探管倾斜，易导致承压含水层顶底板埋深与实际情况不符的问题，进入暗绿色硬土层或贯入深度大于
9、30m时，应分次贯入下护套管；或采用测斜装置等措施，确保承压含水层分层深度的准确性。1.5.勘察单位应加强对从业人员的岗位培训、职业道德和技术技能的培训。同时应制定详细的野外作业操作规程，工程负责人应加强对现场监管。2. 水文资料不完整或不准确的风险控制要点2.1.勘察人员应根据承压含水层分布特征及工程性质，分析判断承压水对工程的影响程度，当初步判断盾构进出洞时可能引发水土突涌时，应布置实测承压水水头的工作。2.2.现场进行承压水水头观测时，应加强野外作业管理，严格按正确的操作规程施工，做好被观测承压含水层与其他含水层的隔水措施、孔内泥浆应清除干净，应连续观测至承压水水位稳定为止（根据含水层土
10、性不同，一般观测时间需5-10天以上）。2.3.勘察报告除提供勘察期间的承压水水位外，还应收集区域承压水水位资料，以满足基坑突涌评价应按不利组合考虑的要求_（即按施工周期内可能出现的高水位进行价）。2.4.应进行现场渗透试验，综合室内渗透试验和现场注水试验综合确定土层渗透系数。对于不均匀土层，其渗透系数建议值应慎重。2.5.加强现场管理，现场作业应按正确的操作规程施工，清除孔内泥浆，以确保获得的含水层渗透系数的准确性。2.6.水文地质勘察中的抽水试验孔和观测孔均应按规范严格施工，如填砂砾应按试验目的层进行颗粒级配设计。3. 勘察报告对承压水评价不准确的风险控制要点3.1.勘察报告应按最不利施工
11、条件，针对微承压水、承压水对洞口的突涌可能性进行分析与评价。3.2.含水层和隔水层是相对的，应根据土层夹砂的多寡，判断多层承压水的连通性，并作出评价。4. 水文地质试验孔未按试验方案实施，或采用的计算公式、模式的风险控制要点4.1.水文地质勘察中的抽水试验孔及试验均按规范严格施工，如填砾石按试验目的层的颗粒级配设计。4.2.应对上海地区各种类型的承压含水层的水文地质参数进行系统研究总结，确定取值的合理范围。4.3.对各种水文地质条件下的承压含水层确定合理计算公式及模拟曲线。4.4.对于2 层、第2、层等降水经验少的含水层，按不同含水层组合情况，确定合理的水文地质模型。二、 承压水减压降水风险控
12、制要点1. 降水设计方案风险控制要点1.1.设计人员应全面了解、掌握降水区域的地质及水文地质条件。在此基础上，应尽可能地进行三维地下水渗流计算。1.2.设计人员应在全面分析降水区域水文地质条件的基础上，选取能客观反映降水区域水文地质条件的地下水渗流模型，进行降水设计计算。对于复杂工程，降水设计方案应通过具丰富降水工程经验的专家组论证或鉴定。1.3.设计人员应充分了解围护结构特点及各工况条件，在此基础上确定降水方案并进行降水设计。1.4.承压水降水主要以满足盾构进出洞要求和尽可能减少降水对周围环境影响为目的，因此，应提供不同工况条件下、满足盾构进出洞安全要求的不同降水方案。对不同的降水方案进行比
13、较后，选取最佳方案。1.5.降水设计计算要留有一定的安全系数，此安全系数来自二个方面的考虑：一是计算参数选取的精度及准确性；二是降水井的施工质量及成井后的运行质量、保护程度等。对盾构进出洞承压水降水而言，其安全系数应大于1.05，环境要求高的宜大于1.1。2. 降水井施工质量风险控制要点2.1. 成孔质量控制a. 控制成孔的泥浆质量是有效防止孔内塌孔和缩径的手段。在施工组织设计中，应有明确的要求，即根据不同的地层特性,调制不同比重的泥浆。在较厚或巨厚的砂性土层中成孔时，为保证成孔质量，需要进行人工拌浆。b. 成孔深度控制根据钻孔灌注桩施工相关规程要求，可以有一定的误差,但对于降水成孔来说，要求
14、尽可能按设计深度控制，不得超深施工。2.2. 井管漏水a. 减压井井管钢板厚度4mm。b. 井管验收合格后方可投入使用。c. 井管之间的焊接质量必须符合相关规范要求。2.3. 井点出砂a. 滤料进场应检测其颗分曲线，合格后方可使用。b. 滤网强度应足够。2.4. 井点水量a. 优选滤料级配，确保含泥量不超标。b. 保证清孔效果和洗井效果。c. 优化施工流程，防止加固水泥流窜入井点。d. 配备合适的小泵，且泵的位置应优化。e. 水文地质参数应以现场抽水试验或本地实践经验为准。2.5. 成井质量控制a. 在项目施工组织设计中，成井的有关材料、规格、型号和安装方法等，均应有明确的要求。施工过程中应严
15、格要求，不能随意更改，每道工序均应严格控制，上道工序验收合格，才能进行下道工序。b. 洗井必须采用联合洗井的方式进行。对基坑降水来说，一般采用空压机和活塞联合洗井的方式。通过洗井，要求达到承压含水层地下水能比较顺畅地通过井的过滤层进入滤水管内，使井管内的水位及水量能准确反映承压含水层的水力特征。2.6. 成井质量验收a. 成井完成后，其质量均应符合设计、施工的有关规定与要求。降水井最终投入抽水运行前，应对井的质量进行验收，以使各相关单位了解每口抽水井的成井质量。b成井质量验收的主要指标包括以下几个方面： 成井的主要材料、规格、型号是否符合设计要求； 单井出水量及水位降深、水的含砂量是否符合设计及相关规范要求； 抽水停止后井底的沉砂厚度通过测定抽水含砂量和沉砂厚度，初步判定井是否与含水层连 通、含水层中是否有砂透过滤水层进入井内； 如发现井内抽水大量出砂或停抽后井底有较厚的沉砂，则应分析砂的来源，如确认含水层 出砂，则该井应慎重使用，或作观测井使用。通过成井质量的控制，确保每口井的质量完全符合设计要求，使降水工程因井的质量问题而产生的风险在事前得到有效控制。3.降水运行风险控制要点3.1. 电源保证a. 降水运行过程中，除个别水泵因机械原因停抽更换水泵外，降水系统电源不能停电。因此，必须
