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摘 要：承压水减压在基坑施工中的作用越来越被重视，抽水试验作为承压水减压设计的重要组成部分，不仅能检验承压水减压设计的可行性并优化，还对基坑围护设计、基坑周围环境有效控制有重要的指导意义。
关键词： 承压水抽水试验 数值模拟 指导意义
中图分类号：TV551文献标识码： A
1．前言
近年来，随时城市地下空间利用工程的飞速发展，由承压水所引起的问题越来越被重视。一个合理、完善的承压水减压设计直接影响着基坑工程的成败，并对周围环境的控制有重要意义；而检验承压水减压设计是否合理、完善的重要手段就是抽水试验。营区扩建工程拟建场地自然地坪标高+3.8m，基坑挖深9.75m，局部集水坑挖深11. 25m。为满足工程施工要求，确保工程安全顺利进行，在工程施工前为了解第⑤2层承压水水头埋深分布，取得承压含水层的详细水文地质参数，为减压行降水设计提供依据。
2．概述
2.1工程地质
地基土地质时代、成因类型、分布状况及土的描述等级一览表
2.2水文地质
场地内微承压水主要为⑤2-1、⑤2-2层土中赋存的地下水，根据上海地区工程经验，此层承压水头埋深一般在地面以下3～11 m，年呈周期性变化。抽水试验期间，微承压水水头埋深在地面以下4.07～4.19m，标高-1～-1.2。
场地内勘探深度内承压水主要为⑦层土中赋存的地下水，根据上海地区工程经验，此层承压水头埋深一般在地面以下3～12 m，年呈周期性变化，其顶面埋深大，此层承压水对本工程建设基本无影响。
3．基坑突涌可能性分析
场地内的⑤2层（微）承压含水层最浅埋深在23.73m。根据本次抽水试验期间观测静止水位埋深为3.89~3.97m。
采用安全系数法: 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。
Pcz/Pwy≥Fs
Fs----安全系数（安全系数1.05）
Pcz----坑底开挖面以下至承压含水层顶板间覆盖土的自重压力(kPa),地下水位以下按饱和重度计算;
Pwy----承压水压力(kPa)
按最不利条件考虑，⑤2层（微）承压含水层水头埋深取3.0m，则有：
基坑开挖深度9.75m。
PCZ=（23.73-9.75）×17.06=238.7kpa，
Pwy=（23.73-3.0）×10.0=207.3kpa，
FS= PCZ / Pwy =1.15＞1.05不突涌；
基坑局部集水井开挖深度11.25m。
PCZ=（23.73-11.25）×17.06=212.9kpa，
Pwy=（23.73-3.0）×10.0=207.3kpa，
FS= PCZ / Pwy =1.03＜1.05突涌；
即第⑤2层（微）承压含水在局部集水井开挖过程中会产生突涌，需进行减压降水活动，保证基坑安全。
4．抽水试验布置
为了承压水减压降水的优化设计和基坑周围环境的有效控制，进行了承压含水层非稳定流抽水试验。试验井根据试验要求在在场地中心布置3口第⑤2层承压含水层抽水试验井，编号H1～H3。
图1 抽水试验平面布置图
用单井抽水试验，通过其它孔观测承压水水头进行定流量非稳定流抽水试验，获取水文地质参数，采用3m3/h流量的水泵进行定流量非稳定流单落程抽水试验，每次抽水试验分为抽水阶段与水位恢复阶段两部分。
5．抽水试验数据分析
根据静止水位观测结果，⑤2层承压水静止水位地面以下埋深为3.89～3.97m。抽水试验现场数据采集结束后，对原始数据进行分类整理，采用AquiferTest软件生成水位随时间降深曲线。
图2 观测井H1的时间—降深曲线图
利用Aquifertest抽水试验软件，对试验期间的数据进行参数求取，如下图。
图3 观测井H1的泰斯恢复法拟合曲线图
图4 观测井H1的泰斯恢复法拟合曲线图
根据泰斯曲线和泰斯恢复曲线法得出⑤2层承压含水层水文地质参数，具体统计如下表。
表1水文地质参数表
采用公式法计算影响半径：
上式中：R—影响半径（m）
s1、s2—对应观测孔内水位降深（m）
r1、r2—对应观测孔距抽水井的距离（m）
利用H2井抽水试验H1观测井最大降深数据进行计算得到影响半径R=55.5m。
即：R=55.5m
6．基坑减压降水模拟
根据抽水试验结果，本工程减压降水应满足工程最不利条件下基坑减压降水需要，为确保工程安全且应考虑降水井备用措施及应急处置措施，本工程减压降水设计拟布置减压井1口，观测井1口，滤水管深度22.0~27.0m；现根据抽水试验结果对基坑减压降水的可行性进行数值模拟分析。
在基坑开挖至10.97m时，根据突涌可能性计算需要开启减压井。在基坑开挖至11.25m时基坑范围内第⑤2层最小安全降深0.45m，即水位埋深3.45m；开启2口减压井进行减压降水，群井单井涌水量取值26.4m3/d，预测承压含水层顶部水位降深等值线图。
图5抽水10天坑内水位降深等值线图
在持续减压抽水10天后，基坑内最浅降深在0.6m左右，能够满足基坑安全开挖至11.25m需⑤2层承压水水位降深0.45m的减压要求。
在实际降水运行过程中，根据实际情况调整减压运行方案，确保基坑安全施工的同时，做到按需降水，尽量缩短减压降水运行周期，减小对周围环境的影响。
7．结论
（1）根据数值模拟分析，建议减压降水设计为：2口减压降水井井深均为28m，濾水管位置22.0~27.0m；
（2）基坑减压性降水设计过程中，抽水试验是必不可少的组成部分，不仅能验证设计的减压性降水方案的可行性，而且能指导基坑减压性降水方案的优化设计及减压性降水工程的运行。
（3）由于在本抽水试验期间，⑤2层微承压含水层静止水位较深，根据基坑突涌计算结果，集水坑在开挖过程中不会突涌，但按照上海最不利的⑤2层微承压含水层水位埋深（3.0m）计算，集水坑在开挖过程中会产生突涌。因此，建议在基坑开挖前进行⑤2层微承压含水层水位变化观测，便于指导基坑开挖过程中的减压降水，同时，在基坑开挖过程中要密切观测其水位变化情况，当其水位高于安全水位时，开启减压井降低基坑范围内的水头高度至安全水位以下，保证基坑稳定安全，做到“按需降水”。
参考文献：
[1] 陶思海，《上海市公安局特警总队哈密路营区扩建工程抽水试验报告》，上海地矿工程勘察有限公司2014.3；
[2] 建设部综合勘察研究设计院，《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98），中国建筑工业出版社，1999.6；
[3] 姚天强、石振华，《基坑降水手册》，中国建筑工业出版社，2006.4；
[4] 施鑫源与阮淼森，王世杰等合编，《供水水文地质手册》，地质出版社，1983；
[5] 薛禹群， 《地下水动力学》，地质出版社，1986.1。
关键词： 承压水抽水试验 数值模拟 指导意义
中图分类号：TV551文献标识码： A
1．前言
近年来，随时城市地下空间利用工程的飞速发展，由承压水所引起的问题越来越被重视。一个合理、完善的承压水减压设计直接影响着基坑工程的成败，并对周围环境的控制有重要意义；而检验承压水减压设计是否合理、完善的重要手段就是抽水试验。营区扩建工程拟建场地自然地坪标高+3.8m，基坑挖深9.75m，局部集水坑挖深11. 25m。为满足工程施工要求，确保工程安全顺利进行，在工程施工前为了解第⑤2层承压水水头埋深分布，取得承压含水层的详细水文地质参数，为减压行降水设计提供依据。
2．概述
2.1工程地质
地基土地质时代、成因类型、分布状况及土的描述等级一览表
2.2水文地质
场地内微承压水主要为⑤2-1、⑤2-2层土中赋存的地下水，根据上海地区工程经验，此层承压水头埋深一般在地面以下3～11 m，年呈周期性变化。抽水试验期间，微承压水水头埋深在地面以下4.07～4.19m，标高-1～-1.2。
场地内勘探深度内承压水主要为⑦层土中赋存的地下水，根据上海地区工程经验，此层承压水头埋深一般在地面以下3～12 m，年呈周期性变化，其顶面埋深大，此层承压水对本工程建设基本无影响。
3．基坑突涌可能性分析
场地内的⑤2层（微）承压含水层最浅埋深在23.73m。根据本次抽水试验期间观测静止水位埋深为3.89~3.97m。
采用安全系数法: 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。
Pcz/Pwy≥Fs
Fs----安全系数（安全系数1.05）
Pcz----坑底开挖面以下至承压含水层顶板间覆盖土的自重压力(kPa),地下水位以下按饱和重度计算;
Pwy----承压水压力(kPa)
按最不利条件考虑，⑤2层（微）承压含水层水头埋深取3.0m，则有：
基坑开挖深度9.75m。
PCZ=（23.73-9.75）×17.06=238.7kpa，
Pwy=（23.73-3.0）×10.0=207.3kpa，
FS= PCZ / Pwy =1.15＞1.05不突涌；
基坑局部集水井开挖深度11.25m。
PCZ=（23.73-11.25）×17.06=212.9kpa，
Pwy=（23.73-3.0）×10.0=207.3kpa，
FS= PCZ / Pwy =1.03＜1.05突涌；
即第⑤2层（微）承压含水在局部集水井开挖过程中会产生突涌，需进行减压降水活动，保证基坑安全。
4．抽水试验布置
为了承压水减压降水的优化设计和基坑周围环境的有效控制，进行了承压含水层非稳定流抽水试验。试验井根据试验要求在在场地中心布置3口第⑤2层承压含水层抽水试验井，编号H1～H3。
图1 抽水试验平面布置图
用单井抽水试验，通过其它孔观测承压水水头进行定流量非稳定流抽水试验，获取水文地质参数，采用3m3/h流量的水泵进行定流量非稳定流单落程抽水试验，每次抽水试验分为抽水阶段与水位恢复阶段两部分。
5．抽水试验数据分析
根据静止水位观测结果，⑤2层承压水静止水位地面以下埋深为3.89～3.97m。抽水试验现场数据采集结束后，对原始数据进行分类整理，采用AquiferTest软件生成水位随时间降深曲线。
图2 观测井H1的时间—降深曲线图
利用Aquifertest抽水试验软件，对试验期间的数据进行参数求取，如下图。
图3 观测井H1的泰斯恢复法拟合曲线图
图4 观测井H1的泰斯恢复法拟合曲线图
根据泰斯曲线和泰斯恢复曲线法得出⑤2层承压含水层水文地质参数，具体统计如下表。
表1水文地质参数表
采用公式法计算影响半径：
上式中：R—影响半径（m）
s1、s2—对应观测孔内水位降深（m）
r1、r2—对应观测孔距抽水井的距离（m）
利用H2井抽水试验H1观测井最大降深数据进行计算得到影响半径R=55.5m。
即：R=55.5m
6．基坑减压降水模拟
根据抽水试验结果，本工程减压降水应满足工程最不利条件下基坑减压降水需要，为确保工程安全且应考虑降水井备用措施及应急处置措施，本工程减压降水设计拟布置减压井1口，观测井1口，滤水管深度22.0~27.0m；现根据抽水试验结果对基坑减压降水的可行性进行数值模拟分析。
在基坑开挖至10.97m时，根据突涌可能性计算需要开启减压井。在基坑开挖至11.25m时基坑范围内第⑤2层最小安全降深0.45m，即水位埋深3.45m；开启2口减压井进行减压降水，群井单井涌水量取值26.4m3/d，预测承压含水层顶部水位降深等值线图。
图5抽水10天坑内水位降深等值线图
在持续减压抽水10天后，基坑内最浅降深在0.6m左右，能够满足基坑安全开挖至11.25m需⑤2层承压水水位降深0.45m的减压要求。
在实际降水运行过程中，根据实际情况调整减压运行方案，确保基坑安全施工的同时，做到按需降水，尽量缩短减压降水运行周期，减小对周围环境的影响。
7．结论
（1）根据数值模拟分析，建议减压降水设计为：2口减压降水井井深均为28m，濾水管位置22.0~27.0m；
（2）基坑减压性降水设计过程中，抽水试验是必不可少的组成部分，不仅能验证设计的减压性降水方案的可行性，而且能指导基坑减压性降水方案的优化设计及减压性降水工程的运行。
（3）由于在本抽水试验期间，⑤2层微承压含水层静止水位较深，根据基坑突涌计算结果，集水坑在开挖过程中不会突涌，但按照上海最不利的⑤2层微承压含水层水位埋深（3.0m）计算，集水坑在开挖过程中会产生突涌。因此，建议在基坑开挖前进行⑤2层微承压含水层水位变化观测，便于指导基坑开挖过程中的减压降水，同时，在基坑开挖过程中要密切观测其水位变化情况，当其水位高于安全水位时，开启减压井降低基坑范围内的水头高度至安全水位以下，保证基坑稳定安全，做到“按需降水”。
参考文献：
[1] 陶思海，《上海市公安局特警总队哈密路营区扩建工程抽水试验报告》，上海地矿工程勘察有限公司2014.3；
[2] 建设部综合勘察研究设计院，《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98），中国建筑工业出版社，1999.6；
[3] 姚天强、石振华，《基坑降水手册》，中国建筑工业出版社，2006.4；
[4] 施鑫源与阮淼森，王世杰等合编，《供水水文地质手册》，地质出版社，1983；
[5] 薛禹群， 《地下水动力学》，地质出版社，1986.1。