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摘要：由于地下承压水的存在，超深基坑土方开挖面临承压水突涌的问题。本文依托浙江金融大厦工程深基坑开挖中承压水的抽水试验和控制方案，并结合钱塘江两岸的深基坑工程承压水控制经验，有针对性地提出了超深基坑开挖中承压水的风险点和控制措施，对类似超深基坑的承压水控制有一定借鉴价值。
关键词：超深基坑；基坑突涌；承压水风险与控制
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
1引言 随着杭州市城市地下空间的发展，深基坑工程越来越多，深基坑工程施工不可避免的要遇到承压水问题。本文论述研究的案例地处古钱塘江河道，地质及水文地质十分复杂，为高风险的承压含水层。深基坑开挖承压水风险巨大，如果控制不当，往往会突发性造成灾难性后果。
2工程概况
本工程位于杭州市钱江新城核心区，由四幢100m～150m高的塔楼组成，地下室三～五层相互连通，开挖深度-17.50m～-24.40m，最深处28.5米。本基坑工程设计采用1米厚，深达65米的嵌岩地下连续墙止水帷幕，坑内配合承压井降水，以降低承压水对基坑工程施工的风险。
3本工程水文地质条件分析
（1）地层情况
从详勘报告分析，圆砾层承压含水层与上部粉土、砂土潜水含水层及与钱塘江之间存在稳定分布的相对隔水顶板，承压水和潜水不存在直接的水力联系。
（2）本工程承压水含水层特点
①圆砾层粒径大； 渗透系数大；水量丰富，补给量大；
②含水层厚度大，埋深浅。 本工程含水厚度约26m，承压含水层埋深：34m～42m。
③基坑开挖深，承压水水位降深大。基坑开挖最大深度达到28.5m，普遍开挖深度达到23.90m。基坑底板至承压含水层距离：7m～18m。最大水位降深要求达14m以上。
降水停止后水位回升速度快。在无止水帷幕绕流效应及减渗等施工技术措施情况下。在10min内水位可以恢复至水位降深的60%。降水运行风险大。
4承压水对超深基坑施工的风险分析
（1）主要存在的风险点为围护渗漏及坑外承压水。由于地下情况复杂，嵌岩地下连续墙并不能完全隔断坑内与坑外承压水的联系，承压水可能会从地连墙接头渗漏和通过墙脚下的越流补给。
（2）基坑开挖后，基坑底部距离承压含水层顶板距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部土压力可能小于其含水层中承压水顶托力，导致基坑底部失稳，发生突涌现象，严重危害基坑安全。因此，需要对基坑在干开挖过程中的开挖面稳定性进行验算。
5 基坑底板稳定性验算
基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。
即： H·γs≥ Fs·γw·h
H — 基坑底至承压含水层顶板间距离(m)；
γs — 基坑底至承压含水层顶板间的土容重(kN/m3)，本次计算取平绝值得19 kN/m3；
h — 承压水头高度至承压含水层顶板的距离；
γw — 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；
Fs — 安全系数，一般为1.0～1.2；
根据上式计算本工程基坑底板抗突涌验算不能满足规范要求，必须对承压水进行减压降水。
6承压水控制方案
承压水控制方法通常为堵水或降水，单纯降水的缺点是涌水量大、影响范围广，一般采用止水和降水相结合的方式。止水方案可采用悬挂式止水帷幕或嵌岩式封闭止水帷幕。
悬挂式止水帷幕其原理是利用止水帷幕插入承压水层，让承压水形成绕流，采用非完全承压井进行抽水，达到降低承压水水头的目的。而嵌岩式封闭止水帷幕，从理论上隔断了坑内外承压水的联系，然后由坑内进行抽水满足开挖条件，涌水量小，对周边环境影响也小，但是工程造价较高。具体形式应根据基坑大小、承压水大小、基坑支护、周边环境等条件统筹考虑。
6.1承压水抽水试验
由于各个地区承压含水层形成的地质年代、成因、性状及特征各不相同；各深基坑工程围护设计与施工质量各不相同；承压水涌水量与周边市政管网排放量各不相同，故此，承压水控制必须进行现场抽水试验，以明确下述工作。
（1）实测本工程场区承压水现阶段水头高度、水位标高；
（2）止水帷幕闭合后，坑内相应承压水减压井的单井出水量及群井干扰效应；
（3）坑内抽水时，实测坑内水位降深及坑外水位变化情况；
（4）坑内降水井停止抽水时，水位变化情况，评估降水运行风险情况；
（5）根据抽水试验，验证原设计方案，明确承压井数量，确定降水方案；
（6）根据抽水试验结果，确定排水系统、降水运行用电及风险控制系统；
6.2承压水控制方案
通过本次抽水试验显示，止水帷幕较大程度减少了坑外承压水对坑内的补给。但是由于各种原因，采用60多米深的地下连续墙并不能完全阻断坑内外的水力联系，渗漏量较小约为16%，开挖施工过程中仍然需要进行持续的减压降水。通过坑外观测井得知，坑内降水坑外水位变化不大，故基坑承压水减压降水对坑外环境不利影响较小。
（1）降水井数量计算
该种地层透水性好，围护隔断承压含水层，单井涌水量减少，根据抽水试验按照960m3/d（40m3/h）计算，估算整个基坑约需要布置承压水减压井的数量。
坑内共布置减压井19口。其中抽水井15口，观测备用井4口。
（2）井位布置与井结构设计说明
降水井井位均匀布置，降水井的深度为45m，统一深度。井管采用强度高的钢制井管，坑内降水井需搭设安全平台，基坑开挖的过程中，注意井管保护，防止遭到破坏。
（3）承压水降水运行的风险分析
根据抽水试验水位恢复与时间关系曲线，为能确保基坑开挖过程中减压井水井的连续运行，必须配备备用电源，并确保备用电源与备用物资（水泵、电缆、排水管及相关材料）能及时投入使用。
同时根据水土压力平衡关系H·γs ≥ Fs·γw·h，基坑减压降水的临界开挖深度为19.03m，绝对标高为-12.23m（计算时土的平均重度取19KN/m3）。即基坑开挖深度不大于19.03m时，不需要开启减压降水井，当基坑开挖深度达到或超过19.03m时，需要运行减压降水井。从基坑开挖工况考虑，第四道支撑之前不需要运行降压井，第四道支撑之后需要开启降压井，并随着基坑开挖深度的加深逐渐降低承压水水头。
（4）沉降控制的技术措施
本工程设计地下连续墙围护已深入基岩层，在一定程度上减小了降水对基坑外侧周围环境的影响，不过在降水实施过程中仍要及时监测水位变化情况，并及时采取措施。
①在基坑外侧布设观测兼备用井，及时监测坑外水位和沉降量的变化，发现沉降量达到报警值时，应视分析情况原因及时采取相应措施。
②在降水运行过程中随开挖深度与范围逐步开启降压井，避免过早抽水降压，做到“按需降压”。抽水时及时观测水位降深情况，合理控制承压水水位，在满足基坑稳定性要求前提下，防止承压水水位降低幅度过大，使降水对周边环境的影响减少到最低限度。
③及时监测坑外地下水水位，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。
④及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，位移监测资料必须及时，结合施工工况对异常变化进行分析，必要时绘制相关的图表、曲线，指导降水及基坑挖土施工。
7 降水运行管理
（1）在基坑正式开挖时，基坑内的疏干井应在基坑开挖前二十天进行抽水，做到能及时降低连续墙内基坑中开挖范围内土体中的地下水位；
（2）做好基坑内的明排水准备工作，以保证基坑开挖时遇降雨能及时将基坑内的积水抽干；
（3）抽水需要每天24小时派人现场值班，并做好抽水流量记录；另外需24小时值班监测自动水位采集系统，设置水位异常报警系统和断电报警系统，以免出现错误；
（4）降压井要配备独立的电源线，整个降水过程中应备有双电源。降水运行前降水工人应熟悉电路切换，以确保降水连续进行，避免因供电无法保证造成突涌；
（5）降压工作应在地下构筑物施工至上覆土压力和下伏承压含水层的顶托力平衡后才可停止降水；
（6）降水结束提泵后应及时将井注浆封闭，补好盖板。
8 坑内降水井井管保护技术措施
（1）井位盡可能靠近水平支撑边，沿支撑的垂直向离支撑约80cm～100cm，便于操作；
（2）井管口设置醒目标志，做好标识工作；
（3）随着基坑开挖深度的不断加深，井管的暴露长度不断加大，井管沿纵向与每道支撑要及时焊接钢筋加固；
（4）协调总包单位与挖机施工人员做好井管保护工作；
（5）降压井采取搭设辅助工作平台进行后期的运营管理与保护。
9 体会
承压水的控制方案不仅是影响基坑工程安全的关键因素，而且对工程造价影响较大，建议结合基坑围护体系和承压水现场试验，对基坑减压降水方案进行模拟，合理确定承压水控制方案，能采用悬挂式止水帷幕就避免采用嵌岩式止水帷幕，以节约工程总投资。
备注：本文作者黄贵青就职于浙江建银项目管理咨询有限公司，为同济大学土木工程学院在读工程硕士。
关键词：超深基坑；基坑突涌；承压水风险与控制
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
1引言 随着杭州市城市地下空间的发展，深基坑工程越来越多，深基坑工程施工不可避免的要遇到承压水问题。本文论述研究的案例地处古钱塘江河道，地质及水文地质十分复杂，为高风险的承压含水层。深基坑开挖承压水风险巨大，如果控制不当，往往会突发性造成灾难性后果。
2工程概况
本工程位于杭州市钱江新城核心区，由四幢100m～150m高的塔楼组成，地下室三～五层相互连通，开挖深度-17.50m～-24.40m，最深处28.5米。本基坑工程设计采用1米厚，深达65米的嵌岩地下连续墙止水帷幕，坑内配合承压井降水，以降低承压水对基坑工程施工的风险。
3本工程水文地质条件分析
（1）地层情况
从详勘报告分析，圆砾层承压含水层与上部粉土、砂土潜水含水层及与钱塘江之间存在稳定分布的相对隔水顶板，承压水和潜水不存在直接的水力联系。
（2）本工程承压水含水层特点
①圆砾层粒径大； 渗透系数大；水量丰富，补给量大；
②含水层厚度大，埋深浅。 本工程含水厚度约26m，承压含水层埋深：34m～42m。
③基坑开挖深，承压水水位降深大。基坑开挖最大深度达到28.5m，普遍开挖深度达到23.90m。基坑底板至承压含水层距离：7m～18m。最大水位降深要求达14m以上。
降水停止后水位回升速度快。在无止水帷幕绕流效应及减渗等施工技术措施情况下。在10min内水位可以恢复至水位降深的60%。降水运行风险大。
4承压水对超深基坑施工的风险分析
（1）主要存在的风险点为围护渗漏及坑外承压水。由于地下情况复杂，嵌岩地下连续墙并不能完全隔断坑内与坑外承压水的联系，承压水可能会从地连墙接头渗漏和通过墙脚下的越流补给。
（2）基坑开挖后，基坑底部距离承压含水层顶板距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部土压力可能小于其含水层中承压水顶托力，导致基坑底部失稳，发生突涌现象，严重危害基坑安全。因此，需要对基坑在干开挖过程中的开挖面稳定性进行验算。
5 基坑底板稳定性验算
基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。
即： H·γs≥ Fs·γw·h
H — 基坑底至承压含水层顶板间距离(m)；
γs — 基坑底至承压含水层顶板间的土容重(kN/m3)，本次计算取平绝值得19 kN/m3；
h — 承压水头高度至承压含水层顶板的距离；
γw — 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；
Fs — 安全系数，一般为1.0～1.2；
根据上式计算本工程基坑底板抗突涌验算不能满足规范要求，必须对承压水进行减压降水。
6承压水控制方案
承压水控制方法通常为堵水或降水，单纯降水的缺点是涌水量大、影响范围广，一般采用止水和降水相结合的方式。止水方案可采用悬挂式止水帷幕或嵌岩式封闭止水帷幕。
悬挂式止水帷幕其原理是利用止水帷幕插入承压水层，让承压水形成绕流，采用非完全承压井进行抽水，达到降低承压水水头的目的。而嵌岩式封闭止水帷幕，从理论上隔断了坑内外承压水的联系，然后由坑内进行抽水满足开挖条件，涌水量小，对周边环境影响也小，但是工程造价较高。具体形式应根据基坑大小、承压水大小、基坑支护、周边环境等条件统筹考虑。
6.1承压水抽水试验
由于各个地区承压含水层形成的地质年代、成因、性状及特征各不相同；各深基坑工程围护设计与施工质量各不相同；承压水涌水量与周边市政管网排放量各不相同，故此，承压水控制必须进行现场抽水试验，以明确下述工作。
（1）实测本工程场区承压水现阶段水头高度、水位标高；
（2）止水帷幕闭合后，坑内相应承压水减压井的单井出水量及群井干扰效应；
（3）坑内抽水时，实测坑内水位降深及坑外水位变化情况；
（4）坑内降水井停止抽水时，水位变化情况，评估降水运行风险情况；
（5）根据抽水试验，验证原设计方案，明确承压井数量，确定降水方案；
（6）根据抽水试验结果，确定排水系统、降水运行用电及风险控制系统；
6.2承压水控制方案
通过本次抽水试验显示，止水帷幕较大程度减少了坑外承压水对坑内的补给。但是由于各种原因，采用60多米深的地下连续墙并不能完全阻断坑内外的水力联系，渗漏量较小约为16%，开挖施工过程中仍然需要进行持续的减压降水。通过坑外观测井得知，坑内降水坑外水位变化不大，故基坑承压水减压降水对坑外环境不利影响较小。
（1）降水井数量计算
该种地层透水性好，围护隔断承压含水层，单井涌水量减少，根据抽水试验按照960m3/d（40m3/h）计算，估算整个基坑约需要布置承压水减压井的数量。
坑内共布置减压井19口。其中抽水井15口，观测备用井4口。
（2）井位布置与井结构设计说明
降水井井位均匀布置，降水井的深度为45m，统一深度。井管采用强度高的钢制井管，坑内降水井需搭设安全平台，基坑开挖的过程中，注意井管保护，防止遭到破坏。
（3）承压水降水运行的风险分析
根据抽水试验水位恢复与时间关系曲线，为能确保基坑开挖过程中减压井水井的连续运行，必须配备备用电源，并确保备用电源与备用物资（水泵、电缆、排水管及相关材料）能及时投入使用。
同时根据水土压力平衡关系H·γs ≥ Fs·γw·h，基坑减压降水的临界开挖深度为19.03m，绝对标高为-12.23m（计算时土的平均重度取19KN/m3）。即基坑开挖深度不大于19.03m时，不需要开启减压降水井，当基坑开挖深度达到或超过19.03m时，需要运行减压降水井。从基坑开挖工况考虑，第四道支撑之前不需要运行降压井，第四道支撑之后需要开启降压井，并随着基坑开挖深度的加深逐渐降低承压水水头。
（4）沉降控制的技术措施
本工程设计地下连续墙围护已深入基岩层，在一定程度上减小了降水对基坑外侧周围环境的影响，不过在降水实施过程中仍要及时监测水位变化情况，并及时采取措施。
①在基坑外侧布设观测兼备用井，及时监测坑外水位和沉降量的变化，发现沉降量达到报警值时，应视分析情况原因及时采取相应措施。
②在降水运行过程中随开挖深度与范围逐步开启降压井，避免过早抽水降压，做到“按需降压”。抽水时及时观测水位降深情况，合理控制承压水水位，在满足基坑稳定性要求前提下，防止承压水水位降低幅度过大，使降水对周边环境的影响减少到最低限度。
③及时监测坑外地下水水位，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。
④及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，位移监测资料必须及时，结合施工工况对异常变化进行分析，必要时绘制相关的图表、曲线，指导降水及基坑挖土施工。
7 降水运行管理
（1）在基坑正式开挖时，基坑内的疏干井应在基坑开挖前二十天进行抽水，做到能及时降低连续墙内基坑中开挖范围内土体中的地下水位；
（2）做好基坑内的明排水准备工作，以保证基坑开挖时遇降雨能及时将基坑内的积水抽干；
（3）抽水需要每天24小时派人现场值班，并做好抽水流量记录；另外需24小时值班监测自动水位采集系统，设置水位异常报警系统和断电报警系统，以免出现错误；
（4）降压井要配备独立的电源线，整个降水过程中应备有双电源。降水运行前降水工人应熟悉电路切换，以确保降水连续进行，避免因供电无法保证造成突涌；
（5）降压工作应在地下构筑物施工至上覆土压力和下伏承压含水层的顶托力平衡后才可停止降水；
（6）降水结束提泵后应及时将井注浆封闭，补好盖板。
8 坑内降水井井管保护技术措施
（1）井位盡可能靠近水平支撑边，沿支撑的垂直向离支撑约80cm～100cm，便于操作；
（2）井管口设置醒目标志，做好标识工作；
（3）随着基坑开挖深度的不断加深，井管的暴露长度不断加大，井管沿纵向与每道支撑要及时焊接钢筋加固；
（4）协调总包单位与挖机施工人员做好井管保护工作；
（5）降压井采取搭设辅助工作平台进行后期的运营管理与保护。
9 体会
承压水的控制方案不仅是影响基坑工程安全的关键因素，而且对工程造价影响较大，建议结合基坑围护体系和承压水现场试验，对基坑减压降水方案进行模拟，合理确定承压水控制方案，能采用悬挂式止水帷幕就避免采用嵌岩式止水帷幕，以节约工程总投资。
备注：本文作者黄贵青就职于浙江建银项目管理咨询有限公司，为同济大学土木工程学院在读工程硕士。