杭州地铁基坑承压水的设计施工
摘 要 承压水对软土基坑的稳定性有十分重要的影响，论述杭州地铁深基坑承压水的设计施工经验。杭州地铁基坑采取的方法主要有降低承压水位、隔断承压水和坑底地基加固 3 大类，可为软土地区存在承压水问题的基坑设计提供参考。
关键词 城市轨道交通 杭州地铁 承压水 地基加固
1 杭州地铁承压水降水概况
软土地区的承压水压力与其上覆土层的自重应力相互平衡，或小于上覆土层的自重应力。当基坑开挖到一定深度后，导致基坑底面下的土层自重应力小于下伏承压水压力，承压水将会冲破上覆土层涌向坑内，坑内发生突水、涌砂或涌土，形成所谓的基坑突涌。基坑突涌往往具有突发性质，导致基坑围护结构严重损坏或倒塌、坑外大面积地面下沉或塌陷，危及周边建构筑物及地下管线的安全，造成施工人员伤亡等。因此，对于存在承压水问题的基坑，必须采取安全可靠的处理措施，杜绝承压水对基坑施工的影响。
杭州地铁深基坑，承压水问题表现较为突出，地铁1 号线 28 个基坑中的 12 个基坑有承压水问题，接近基坑总数的一半，表 1 为杭州地铁 1 号线典型基坑承压水及处理概况。
1 号线基坑工程承压水主要分布在
层细砂、
层卵石夹圆砾、
层卵石中，其为钱塘江或苕溪( 江)古河床的承压水，隔水层多为粉质黏土、黏土层、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土等。根据抽水试验可知，圆砾层水量较丰富，且均表现一定的季节变化性。
从滨江站—江南风井—江北风井—富春路站—秋涛路站—城站站来看，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，承压水和一般潜水不存在直接的水力联系。图 1 为杭州地铁 1 号线地铁基坑承压水处理分布。
2 杭州地铁承压水处理措施
针对需要处理承压水的基坑，目前杭州地铁基坑采取的方法主要有隔断承压水、降低承压水位和坑底地基加固等 3 大类。
2． 1 隔断承压水
1 号线基坑中，对于需降承压水的基坑，多数采取围护结构穿透承压水层，切断承压水补给的模式( 即以隔为主) 。基坑采取隔断承压水的有: 富春路站、湖滨路站、武林广场站、火车东站、城站站、江北风井站、建华站、汽车城站。
由于连续墙并非真正意义上的完全隔断承压水，多数基坑均还在坑内外布置了承压水减压备用深井( 兼做观测井) 。
富春路站位于钱塘江北岸，是典型的钱塘江粉土砂土地层。勘察报告显示工程区内承压含水层主要分布于深部的
层细砂、
层卵石夹圆砾、
层卵石中，水量丰富，隔水层为上部的黏性土层( ⑥、⑨层) 。承压水含水层的渗透系数较大( 水平向超过100 m / d) ，渗透性较好，含水层厚度较大。
基坑开挖深度为标准段24 m，坑底下隔水层厚度仅4． 5 ～ 6． 0 m，根据计算需要的减压水头高度为 9． 5 ～ 10． 3 m，端头井基坑开挖深度25．6 m，坑底下隔水层厚度仅3．2 ～4． 6 m，坑底下需要的减压水头高度为 16． 0 ～ 14． 2 m。
富春路站经过多轮专家评审，加大地下连续墙的插入深度，穿透承压含水层，入岩一定深度完全隔断坑内承压水的补给来源，从而达到抗承压水稳定的要求。
围护结构施工完毕后，在基坑的北端头井位进行了承压水抽水试验。坑内共布设了 3 口试验井及 1 口坑外观测井( 见图 2) 。
试验井单井最大出水量为 109 m3/ h，三口试验井群抽时，合计出水量约为 160 m3/ h，平均单井出水量为53 m3/ h，群井降水的单井出水量折减系数为 0． 49。在无止水帷幕情况下，根据类似工点的工程经验，单井最大出水量估算约为270 m3/ h，富春路站坑内降水井的估算补给量为无止水帷幕情况下的20%( 见图2 ～ 图3) 。
试验井抽出的水水质清澈，含砂量符合降水井成井质量验收规范。
根据实验，最后基坑内部设置减压井 16 口，其中 2口为正常抽水井，2 口为坑内备用井。坑外设置了 4 口承压水观测备用井，最大排水能力约为 9 427 m3/ d。
从富春路站目前的施工情况来看，该站承压水处理效果良好，表明完全隔断加坑内布设一定数量的降压井，为处理承压水最常见且有效的方案。
2． 2 降低承压水
当承压水埋深很深或表现为微承压水，围护结构切断承压水代价较高时，一般采取降承压水方式。基坑采取降承压水的有: 江南风井、红普路站、滨和路站( 盾构井) 、滨江路站。其中，江南风井、红普路站采取坑内降压，其余采取坑外布设降压井点。
江南风井位于钱塘江南岸，是典型的钱塘江粉土砂土地层，从上而下主要分布粉土、砂质粉土、砂土粉质夹粉细砂、淤泥质黏土、细砂、圆砾层。
工程区域内有两层承压水: 第一承压水: 分布于⑥
3粉砂层中，水量小—中等; 该层位于盾构隧道底板以下一定深度，对盾构掘进无影响; 由于地下连续墙穿透了⑥
3层，第一承压水对江南中间风井底板稳定影响较小。第二孔隙承压水: 钱塘江南岸承压含水层主要分布于深部的14层细砂、
圆砾层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏土层( ④、⑥、⑧、⑩层) ，约8 m 厚。承压含水层顶板高程为－ 38． 02 ～ － 37． 20 m( 地面高程为+ 6． 75 m) ，隔水层顶板高程为 － 15． 25 ～ － 16． 00 m; 圆砾层承压水水量较丰富，坑内单井出水达122 m
3/ h。
江南风井基坑开挖 29． 2 m，采用 1． 2 m 地下连续墙围护，框架逆筑法施工。由于承压水含水层厚度非常厚，采用隔断承压水方案代价太大。最终确定的设计方案为连续墙深入至圆砾层 3 ～ 4 m，基坑采取降承压水的方式。基坑坑底承压水水头高度超过基坑开挖面 20 m，坑底覆盖层仅能抵抗约 9 m 水头，须降低10． 49 m 水头方可满足基坑开挖稳定性要求。
基坑围护施工闭合后，结合整个工程的实际情况与施工开挖方法，现场作了科研 + 工程模式的抽水试验。通过现场抽水试验，在坑内设置 4 口非完整降压井加 1 口备用井兼做水位观测( 见图 3) 。基坑采用逐个开井降压的运行方式进行，打开第 3 个井仅 2 min后，承压水头迅速降到安全水位。
该风井原计划拟采用水下开挖的施工方式，经基坑降压现场试验，最终确定在坑内布置降压井的方案。该方案基于三维流降水理论( 见图 4 ～ 图 5) ，利用围护墙的隔水效果，有效地降低了承压水头，确保了施工时基坑底板的稳定性。经计算，江南风井如采用坑外降压的方式需布设 25 口深井。
承压水减压的基本原则应该是“一大一小”，即在坑内水位降深最大的同时，抽水量最小，坑外降水最小。江南风井采用在坑内布置非完整井的降压方法，坑内抽水量较少，而坑外水位降深仅 1． 69 m，实践证明该降水方案即经济又合理。
2． 3 地基加固
地基加固一般均适用于有微承压水问题的基坑，较典型的车站有世纪大道站、艮山门站换乘段。
世纪大道站地层自上而下依次为杂填土、素填土、粉质黏土夹黏质粉土、黏质粉土、砂质粉土、黏质粉土夹淤泥质粉质黏土、黏质粉土、粉砂夹粉质黏土、粉质黏土、强风化淤泥质粉砂岩等。车站底板位于③4黏质粉土夹淤泥质粉质黏土层内，地下连续墙插入⑦2粉砂夹粉质黏土层内。
世纪大道站地勘报告给出的为微承压水，原设计也未考虑承压水问题，基坑未进行加固。但是在开挖车站部分段时，出现了基坑隆起现象，后立即调整设计方案，在坑内采用Ф800@ 500 高压旋喷桩加固。车站 34 ～ 55轴坑底全断面进行加固，标准段坑底下5 m，端头井坑底下6 m。加固后基坑开挖顺利，没有出现承压水危害问题。
综上所述，承压水问题为深基坑工程的一个重要风险源。对于承压水的处理，应慎之又慎，若前期设计施工不到位，基坑开挖过程中一旦出现承压水危害，后期处理的代价往往十分高昂。
3 结语
1) 杭州地铁深基坑，承压水问题表现较为突出，根据调研情况，地铁1 号线28 个基坑中的12 个基坑有承压水，接近基坑总数的一半。1 号线基坑工程承压水多分布在
层细砂、
层卵石夹圆砾、
层卵石中，其为钱塘江或苕溪( 江) 古河床的承压水，隔水层多为粉质黏土、黏土层、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土等。
根据抽水试验，圆砾层水量较丰富，且均表现一定的季节变化性。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，承压水和一般潜水不存在直接的水力联系。
2) 针对需要处理承压水的基坑，目前采取的方法主要有降低承压水位、隔断承压水和坑底地基加固3 大类。在承压水方案确定之前，均要求有降承压水的抽水试验，应根据抽水试验，评价降水影响的范围、对地表周边沉降的影响及水位恢复快慢等，并最终确定降水方案。
3) 在杭州地铁 1 号线基坑中，对于需降承压水的车站，多采取围护结构穿透承压水层、切断承压水补给的模式( 即以隔为主) 。除隔断外，多数车站基坑根据抽水试验，还在坑内外布置了一定数量的减压备用深井( 兼做观测井) 。
4) 承压水减压的基本原则应该是“一大一小”，即在坑内水位降深最大的同时，抽水量最小，坑外降水最小。当承压水埋深很深或表现为微承压水、围护结构切断承压水代价较高时，一般采取降承压水方法。
江南风井成功应用了三维渗流原理，在坑内布置非完整井的降压方法，取得了较好的经济效益，值得借鉴。应用该类降压方法时，还应根据抽水试验，结合周边环境、地质水文状况、基坑特点等综合因素来确定。
参考文献
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