1、上上 海海 中中 心心 大大 廈廈 基坑降水設計方案基坑降水設計方案 上海現代建筑設計集團上海現代建筑設計集團 申元巖土工程有限公司申元巖土工程有限公司 20092009 年年 8 8 月月 2222 日日 2 目 錄 第第一章 工程概況.1 1 一、工程簡介 .1 二、地下地質條件 .1 三、水文地質條件 .3 第二章 降水設計要點.5 5 一、目的 .5 二、設計依據 .5 三、降水施工難點分析 .5 四、降水施工對策 .6 第三章 降水井設計.7 7 一、真空深井分析計算 .7 二、減壓管井分析計算 .8 三、井點布置 .12 四、降水井構造與設計要求 .12 五、降水井工作量 .12

2、第四章 地下水滲流數值模擬及地面沉降預測.1313 一、承壓水位降深分析 .13 二、降壓水位降深計算 .14 三、由降水引起的地面沉降與控制 .18 第五章 基坑降水重大風險應急預案.2020 一、目的 .20 二、組織機構 .21 三、聲光報警器的設置 .21 四、遠程監控措施 .21 五、電源保證措施 .22 六、井管保護措施 .22 七、排水保證措施 .22 八、降水過程中遇到異常現象的處理 .23 九、監測措施 .23 十、回灌措施 .23 附圖：附圖： .24 1 第一章第一章工程概況工程概況 一、工程簡介 “上海中心大廈”工程位于上海浦東新區陸家嘴中心區 z3-1 地塊，東至東泰

3、路， 南依銀城南路，北靠花園石橋路，西臨銀城中路（地理位置參見圖 1） ，即原 “陸家 嘴高爾夫球場” ，整個基地面積約 30368m2，地上建筑面積 380000m2，總建筑面積約 為 520000m2。 圖圖 1-1 地理位置地理位置 本工程由 22 層塔樓（結構高度 565.6m、建筑頂高度 632.0m）和 1 幢 5 層商業裙 房（高度 35m）組成，整個基坑由 1 幢 1 場地下設 5 層地下室，基礎埋深約為 2530m 。 本場地位于上海浦東陸家嘴金融貿易區核心地段，為陸家嘴金融區最重要的標志 性功能性建筑區，與金茂大廈、環球金融中心成“品”字型分布。 “上海中心大廈” 是目前國

4、內最高的建筑。 二、地下地質條件 2.12.1 地形地貌地形地貌 2 該工程位于長江三角洲東南前緣，成陸較晚，屬上海地區四大地貌單元中的濱海 平原類型。 2.22.2 工程地質條件工程地質條件 在目前所揭露深度 185.0m 范圍內的屬第四紀中更新世 q2 至全新世 q4 沉積物， 主要由粘性土、粉性土、砂土組成，一般具有成層分布特點。根據土的成因、結構及 物理力學性質差異可劃分為 12 個主要層次（上海市統編地層第層粘性土層缺失） 。 其中第、層根據土的成因、土性特征分為若干亞層和次亞層和透鏡體（第 1a、1b；第1、2、3 層；第1、2-1、2t、2-2、3、3t 層） 。場 地地層分布主

5、要有以下特點： （1）擬建場地第層雜填土，松散，表層約 0.51.5m 深度范圍內夾多量碎磚、 碎石等雜物，局部區域為混凝土地坪，下部多以粘性土為主，夾植物根莖、石子等。 （2）第層褐黃灰黃色粉質粘土，可塑軟塑，層面埋深約 2.0m，含氧化鐵 斑點和鐵錳質結核，局部以粘土為主；雜填土較厚區域該層缺失。 （3）第層灰色淤泥質粉質粘土，流塑，層面埋深約 3.3m， 5.07.0m 深度范 圍夾層狀粉性土。 （4）第層灰色淤泥質粘土，流塑，層面埋深約 8.010.0m，分布較為穩定， 屬軟弱粘性土。 （5）第層根據土性不同可分為 2 個亞層： 第1a 層灰色粘土，軟塑，層面埋深約 16.018.0m

6、 左右，在擬建場地內分布穩 定，層面起伏平緩。 第1b 層灰色粉質粘土，軟塑可塑，層面埋深約 20.0m 左右，場地東北角鉆 探 9#、10#，靜探 c12、c13 孔區域該層底部夾多量粉性土。 （6）第層暗綠色粉質粘土，可塑硬塑，含氧化鐵斑點和鐵錳質結核，該層 在擬建場地大部分區域分布穩定，層面起伏平緩（層面埋深一般在 24.0m 左右） ，僅 在場地東北側層面埋深略偏深，厚度較薄。 （7）第層據土性不同可分為 3 個亞層： 第1 層草黃色砂質粉土夾粉砂，中密密實，層面埋深約為 28.030.0m，在 擬建場地分布穩定，層面起伏平緩。 第2 層草黃灰黃色粉砂，密實，層面埋深約 35.038.

7、0m，在擬建場地內分 布穩定、層面起伏平緩。 3 第3 層灰色粉砂，中密密實，層面埋深約 64.0m，在擬建場地內分布穩定、 層面起伏平緩。 （8）第層根據土性不同可分為1、2、3 層 3 個亞層，其中第2、3 層中局部分布有透鏡體： 第1 層灰色砂質粉土，中密密實，層面埋深約為 68.070.0m 左右，在擬建 場地內分布穩定、層面起伏平緩。該層土性不均，粘性土夾層頻率及厚度在縱橫向變 化較大，局部粘性土夾層厚度為 12cm，甚至達 35cm。 第2-1 層灰色粉砂，密實，層面埋深約為 76.080.0m，該層中上部夾多量中 粗砂及礫砂，礫石粒徑 0.51.5cm，下部 84.0-89.0

8、米深度段局部夾粘性土較多，一 般夾粘層厚度約 2-5cm，局部粘性土夾層厚度達 20-30cm，土質不甚均勻。 第2t 層灰色粉質粘土夾粘質粉土，可塑，夾層狀粉砂，土質不均。該層僅在鉆 探 8#、24#、初勘 b3#孔及靜探 c29、c33 孔位置呈透鏡體分布，深度范圍 87.094.6m（初勘 b3#孔該層深度范圍 97.9100.8m） ，層厚及層面埋深變化較大。 第2-2 層灰色粉砂，密實，層面埋深約為 8890.0m（受第2t 層透鏡體切割 影響，塔樓底板擴展區局部層面埋深達 94.0m 左右） ，夾細砂、砂質粉土及薄層粘性 土，土性較佳、土質相對較均勻。 第3 層灰色細砂，密實，土質

9、均勻，層面埋深約為 100.0m 左右，在擬建場地 內分布較為穩定、土性佳。 第3t 層灰色粉質粘土，可塑，該層僅在鉆探 17#孔位置呈透鏡體分布，深度范 圍 104.8109.4m，夾粉細砂團塊，土質不均。 （9）第層淺灰灰色粉質粘土，可塑硬塑，層面埋深約 126.0m 左右，土性 有一定變化。 （10）第層灰色粉砂，密實，層面埋深約 135.0143.0m，夾細砂及層狀粘性 土，土質不均。 （11）第層蘭灰灰色粉質粘土，可塑硬塑，層面埋深約 143.0148.0m， 局部夾多量粉砂。 （12）第層灰色細砂，密實，層面埋深約 168.0175.0m，至 185.0m 未穿，局 部夾多量粉質粘

10、土，土質不均。 三、水文地質條件 根據本工程巖土工程勘察報告 ，擬建場區地下水根據埋藏條件可劃分為淺層 4 潛水及承壓水。 1) 潛水 本場地淺部地下水屬潛水類型，主要補給來源為大氣降水、地表逕流。勘探期間 由鉆孔中測得的地下水埋深一般為 0.75m3.90m，相應標高為 3.36m0.40m。上海 地區地下水年平均水位埋深為 0.50.7m，低水位埋深為 1.5m。 2) 承壓水 擬建場地深部第層屬上海地區第一承壓含水層，其層頂埋深約為 2830m,其 承壓水位埋深一般在 311m，承壓水位一般呈周期性變化，隨季節、氣候、潮汐等 因素變化。正常情況下承壓水水位埋深約為 8.5010.20m。

11、本場區由于缺失第層粘 性土，第 i、第 ii 承壓含水層（即第層、第層）相互連通,總厚達 97m,含水量極 其豐富（地層分布參見圖 1-3） 。 圖圖 1-3 地層剖面圖地層剖面圖 5 第二章第二章 降水降水設計要點設計要點 一、目的 加固基坑坑底的土體，提高坑底土體強度，從而減少坑底隆起和圍護結構的變 形量，防止坑外地表過量沉降。 有利于邊坡穩定，防止滑坡。 疏干坑內地下水，方便挖掘機和工人在坑內施工作業。 及時降低下部承壓含水層的承壓水水頭高度，將其降至安全的水頭高度，以防 止基坑底部突涌的發生，確保施工時基坑底板的穩定性。 二、設計依據 1、本工程巖土工程勘察報告； 2、本工程抽水試驗報

12、告； 3、本工程設計施工圖紙和設計要求； 4、降水設計和施工采用的規范： (1) 上海市標準基坑工程設計規程 dbj08-61-97 (2) 國家標準建筑地基基礎設計規范 gb 50007-2002 (3) 國家標準建筑地基基礎工程施工質量驗收規范 gbj 50202-2002 (4) 國家標準鋼筋焊接及驗收規程 jgj 18-2003 (5) 上海市標準地基基礎設計規范 dgj08-11-1999 (6) 行業標準建筑與市政降水工程技術規范 jgj/t111-98 (7) 國家標準供水管井技術規范 gb5029699 三、降水施工難點分析 本基坑開挖面積大，深度深，裙樓區域開挖深度 25 米

13、、局部塔樓區域開挖深度 為 30 米，承壓含水層層頂已被挖穿，而本基坑下部第 i、第 ii 承壓含水層（即第 層、第層）相互連通，總厚達 97m，含水量極其豐富，地質條件復雜。基坑開挖到 一定高度后，如不能很好地控制承壓水，基坑將有發生突涌的風險，而基坑周邊分布 有重要建筑物且距離較近，路邊分布有多種市政管道。若不進行及時、有效的處理， 可能會導致基坑開挖過程中產生突涌等不良后果，嚴重的會導致周邊路面坍塌、管線 6 斷裂，甚至基坑塌方等事故。由于本基坑面積大，且深坑部位采用環形支撐，環形支 撐直徑達到 120 米，在降壓井的布置時降壓井位的選擇將決定塔樓基坑降水的成敗。 在承壓水降水期間，若發

14、生停電事故，承壓水位將瞬間反彈，影響開挖，如何保證正 常供電將是降水工作的關鍵。 淺部第、層灰色淤泥質粘土滲透性差，土質軟弱，易發生流變或出現彈簧 土現象，第層水位控制不好容易形成流砂，影響開挖。 四、降水施工對策 針對降水工程難點的施工對策，充分利用我司在地質情況類似工程的施工經驗采 用以下措施解決降水工程中的難點： 1、對于不同的土層降水要求，本工程中采用不同降水方法來解決。根據不同土 層的滲透性合理布置降水井濾水管，降低基坑深層土層中的潛水位。對于第、層 淤泥質粘土滲透性差，土質軟弱，易發生流變或出現彈簧土現象，降水時采取真空預 降水。土方開挖時盡量少擾動土、少轉土并盡快出土。對于第層土

15、，塔樓區域控制 水位在開挖面以下 1 米，防止流砂的產生。 2、對于承壓水，我司擬布置降壓井和觀測備用井進行降低承壓水的工作，防止 基坑突涌的發生。具體措施如下： 對于塔樓環形支撐區域，由于圓環支撐內無法固定井管和搭設降壓井操作平臺， 井位選擇時盡量布置在有支撐部位，并加密降壓井，減小水力梯度，控制水平方向承 壓水的補給；垂直方向加深塔樓區域降壓井，控制承壓水頭在開挖面以下 12 米， 保證基坑的安全。為加強水位觀測，在塔樓深坑區域布置 3 口觀測井。 環境影響方面：利用基坑內未抽水的觀測井和基坑外觀測井加強水位觀測，根據 監測結果來指導抽水，必要時采取回灌措施。根據群井試驗抽水出水量及觀測井

16、水位 決定抽水速率，控制承壓水頭與上覆土壓力足以滿足開挖基坑穩定性要求，這將使降 水對環境的影響進一步降低。 電源供應方面：確保承壓水井的不間斷工作，為確保承壓水降壓井的供電不間斷， 施工現場應配置備用雙電源。 7 第三章第三章 降水井設計降水井設計 一、真空深井分析計算 1、布置原則、布置原則 、布置原則 一般根據基坑面積按單井有效抽水面積 a（井的經驗值為一般為 150250） 來確定，而經驗值是根據場地潛水含水層的特性及基坑的平面形狀來確定。根據本公 司以往的布井經驗，結合基坑的形狀，可按 200布一口井來計算；采用多級濾水管， 加真空的措施，以確保每口井的出水量。 、坑內管井數量的估算

17、 估算公式: n = a / a 井 式 中： n 井數(口)； a 基坑降水面積(m2)； a 井 單井有效抽水面積 (m2)； 、管井的數量布置（計算用的基坑面積從 cad 平面圖上測量計算所得，與基坑 的實際面積有誤差） 塔樓區域：塔樓區域：本基坑面積約為 11882.3m2 n = a / a井 =11882.3/20059.4 則擬定 60 口 裙樓區域：裙樓區域：本基坑面積約為 23139.74m2 n = a / a井 =23139.74/200115.7 則擬定 116 口 因此，本基坑共布置疏干井因此，本基坑共布置疏干井 176 口。口。 2、真空深井結構設計、真空深井結構設

18、計 真空深井孔徑為 600mm，井管過濾器為圓孔過濾器，外包 40 目濾網，管外回填 濾料。具體形式見剖面圖 3.1。 8 第 1 層雜填土 第 2 層粉質粘土 第 3 層灰色淤 泥質粉質黏土夾 粘質粉土 第 4 層灰色淤 泥質粉土 第 5 1a 層灰色 粘土 第 5 1b 層灰色 粉質粘土 第 6 層暗綠-草 黃色粉質粘土 第 7 1層草黃色 砂質粉土 -1.40 -3.30 -10.50 -15.10 -19.00 -24.00 -28.50 ? 600 ? 600 粘土 填礫 濾管 沉淀管 圖圖 3.1 疏干井剖面圖疏干井剖面圖 二、減壓管井分析計算 1、工程降水設計背景、工程降水設計背

19、景 由于本工程的基坑圍護設計方案尚未最終確定，現以塔樓區基坑挖深 30.0m，裙 樓區基坑開挖深度 25.0m，地下連續墻深 45m，塔樓基坑直徑 120m，內部采用環梁作 為支撐體系為基本前提，進行該工程的降水設計。 工程場地周邊環境復雜，降水設計充分考慮降水對周邊環境的影響。 2、基坑基坑底板穩定性驗算、基坑基坑底板穩定性驗算 基坑底面設計標高以下存在巨厚承壓含水層(復合承壓含水層組)，承壓含水層頂 面埋深約為地面下 28.00m，復合承壓含水層厚度大于 97.00m。開挖過程中，必須有 效控制承壓水水頭埋深，防止基坑發生突涌事故，因此，必須進行基坑突涌穩定性分 析。 基坑底板抗突涌穩定條

20、件：在基坑底板至承壓含水層頂板之間，土的自重壓力應 大于承壓水含水層頂板處的承壓水頂托力。特別指出，對于開挖深度達 30.00m 的坑 中坑范圍內的減壓降水，承壓水位控制原則是：當開挖深度大于 26.00m 時，承壓水 位必須始終控制在開挖面以下 1.00-2.00m 范圍之內；當基坑開挖深度小于 26.00m 時， 可按下式進行承壓水位控制： 28.0- 1.1 28.0-d ss w h f r 9 式中： f -安全系數（取 1.1） hs -基坑開挖深度（m） d -安全承壓水頭埋深值（m） s -基坑底板至承壓含水層頂板間的土層重度的層厚加權平均值（本工程取 18kn/m3） w -

21、地下水的重度（10kn/m3） 根據上式，可以計算出開挖深度 hs 對應的安全水位埋深 d，詳見下表 9-1： 表 3-1 開挖深度 hs-安全水頭埋深 d 對應關系表 序號開挖深度 hs(m)安全水頭埋深 d (m) 1 1710.00(初始水位) 2 1811.64 3 1913.27 4 2014.91 5 2116.55 6 2218.18 7 2319.82 8 2421.45 9 2523.09 10 2624.73 11 2729.00 12 2830.00 13 2931.00 14 3032.00 (hs26.0m) 10 從上表得出，本工程降壓深度比較大，如以初始水頭 10

22、.00m 考慮，基坑開挖深 度大于 17.00m，均需要考慮降低承壓含水層水位。因本工程塔樓區和裙樓區的開挖 深度均超過 17.00m，承壓水降水將是本工程安全的一項重要工作。 裙樓區開挖深度達 25.00m，要求承壓水位埋深控制在 23.09m 左右，塔樓區開挖 30.00m，承壓水位埋深控制在 31.00m32.00m 以下。 基坑開挖深度 hs 與安全水頭埋深 d 之間的關系，如圖 3-2 所示。 圖圖 3-2 開挖深度開挖深度 hs 與安全水頭埋深與安全水頭埋深 d 之間的關系之間的關系 3、降壓井數量計算、降壓井數量計算 根據目前初步設計，本工程基坑開挖塔樓區和裙樓區分開施工，塔樓區

23、基坑為直 徑 120m 的園形基坑，內部不設置支撐，采用內部環梁作為受力系統，基坑開挖采用 順作法施工；裙樓區采用逆作法施工。 塔樓區因內部無支撐，降壓井在內部將沒有固定位置，所以對于塔樓區降壓井設 計考慮采用坑外減壓降水措施，即減壓降水井布置在塔樓基坑外側，環狀布置，坑內 布置水位觀測井，塔樓區的減壓降水井布置在裙樓基坑范圍內，距離周邊環境相對較 遠。 當開挖深度 大于 26.0m 時，承壓水 位必須始終 控制在開挖 面以下 1.0- 2.0m 范圍之 內。 11 由于塔樓區的基坑圍護地下墻深度為 45m，所以，其坑外減壓降水井過濾器埋深 考慮為 4559m，井深考慮為 60m。 裙樓區因采

24、用逆作法施工，井管有固定的位置，所以裙樓區采用坑內減壓降水措 施，綜合考慮本基坑周邊環境保護要求，裙樓區布置減壓降水井，井深不超過地下連 續墻，井深考慮 40m，這樣坑內降水對坑外沉降影響不大，有利于保護環境。 根據本工程的抽水試驗求得水文參數，通過 visual modflow 軟件模擬計算： 在塔樓區域布設塔樓區布置在塔樓區域布設塔樓區布置 1919 口降壓井，井深口降壓井，井深 60m60m，過濾器設置在，過濾器設置在 4559m4559m。 在裙樓區域利用塔樓區基坑降水所設置的在裙樓區域利用塔樓區基坑降水所設置的 1919 口減壓井中的口減壓井中的 6 6 口和布設的口和布設的 191

25、9 口的口的 42m42m 深的降壓井，降低承壓水水頭高度。深的降壓井，降低承壓水水頭高度。 為加強承壓水水頭觀測，在塔樓內布設為加強承壓水水頭觀測，在塔樓內布設 3 3 口觀測井，裙樓區域內布設口觀測井，裙樓區域內布設 4 4 口觀測井。口觀測井。 同時考慮到周邊環境保護要求，在裙樓基坑外布設同時考慮到周邊環境保護要求，在裙樓基坑外布設 7 7 口觀測備用井來加強水位觀測，口觀測備用井來加強水位觀測， 必要時采取回灌措施，減小周邊的沉降。必要時采取回灌措施，減小周邊的沉降。 3、降壓井結構設計、降壓井結構設計 降壓深井孔徑為 650mm，井管過濾器為圓孔過濾器，外包 40 目濾網，管外回填

26、濾料。具體形式見剖面圖 3.3。 第 1 層雜填土 第 2 層粉質粘土 第 3 層灰色淤 泥質粉質黏土夾 粘質粉土 第 4 層灰色淤 泥質粉土 第 5 1a 層灰色 粘土 第 5 1b 層灰色 粉質粘土 第 6 層暗綠-草 黃色粉質粘土 第 7 1層草黃色 砂質粉土 第 7 2層草黃色 粉砂 -1.40 -3.30 -10.50 -15.10 -19.00 -24.00 -28.50 -38.70 優質粘土 降壓井18口 基坑外觀測井4口 塔樓區地下墻 裙樓區地下墻 塔樓區開挖30.0m 裙樓區開挖25.0m 優質粘土 降壓井19口 圖圖 3.3 降壓井剖面圖降壓井剖面圖 12 三、井點布置

27、井位布置在具體施工時應避開支撐、工程樁和坑底的抽條加固區，同時盡量靠近 支撐以便井口固定。降水工作還必須與土方開挖施工密切配合，根據開挖的順序、開 挖的進度等情況及時調整降壓井的運行數量。詳見降水井平面布置圖 1 四、降水井構造與設計要求 井口：井口應高于地面以上 0.50m，以防止地表污水滲入井內，一般采用優質 粘土或水泥漿封閉，其深度不小于 2.00m。 井壁管：各類管井的井壁管均采用焊接鋼管。 過濾器（濾水管）：各類管井均采用圓孔濾水管，濾水管外均包兩層 30 目40 目的尼龍濾網，濾水管的直徑與井壁管的直徑相同。 沉淀管：沉淀管主要起到過濾器不致因井內沉砂堵塞而影響進水的作用，沉淀 管

28、接在濾水管底部，直徑與濾水管相同，長度為 1.00m，沉淀管底口用鐵板封死。 填濾料： 疏干管井：各井從井底向上至地表以下 2.00m 均圍填濾料。 降壓管井和觀測管井：各井從井底向上至地表以下 29.00m 均圍填濾料。 填粘性土封孔：在濾料的圍填面以上采用優質粘土圍填至地表并夯實，并做好 井口管外的封閉工作。 各井的結構及過濾器的安裝部位見附圖 2、3。 注意管井施工時，井點深度全部以井底標高來控制，若場地標高有起伏應在管井 的最上部一節相應的增加或者減少井壁管。 五、降水井工作量 降水井工作量匯總降水井工作量匯總 分區名稱井號井深數量孔徑 mm 疏干井s1s602860600 降壓井k1

29、k196019650 塔樓區域 觀測井g1g3373650 疏干井j1j11629116600 裙樓區域 降壓井k20k3842 19650 13 坑內觀測井g4 g 7374650 坑外觀測井 g 8 g 14377650 第四章第四章 地下水滲流數值模擬地下水滲流數值模擬及地面沉降預測及地面沉降預測 一、承壓水位降深分析 1 滲流計算基本理論滲流計算基本理論 為了有效降低和控制承壓含水層水頭, 確保基坑開挖施工順利進行，必須進行專 門的水文地質滲流計算與分析，為減壓降水設計提供理論依據。 （1）潛水、承壓水非穩定滲流的控制方程 多孔介質和流體不可壓縮時非恒定達西滲流場求解的微分控制方程為：

30、 (1) t h t e w z h k zy h k yx h k x zzyyxx )()()( 其中：e= ； y s s 承壓含水層 潛水含水層 ； 潛水含水層 承壓含水層 b m t m s ss 式中：s貯水系數； sy給水度； m承壓含水層單元體厚度(m)； b潛水含水層單元體地下水飽和厚度(m)。 kxx、,kyy、kzz各向異性主方向滲透系數（m/d） ； h點（x,y,z）在 t 時刻的水頭值（m） ； w源匯項(1/d)。 (2) 定解條件 初始條件： (2),(),( 000 tzyxhtzyxh t 14 邊界條件： (3),(),( 1 1 tzyxhtzyxh 式

31、中：h0（x,y,z,t）點（x,y,z）處的初始水位（m） ； 一類邊界條件； 1 h1（x,y,z,t）點（x,y,z）在 t 時刻的邊界已知水位（m） 。 對整個滲流區進行離散后，采用向后差分法將上述數學模型進行離散，就可得到 數值模型，由此計算、預測降水引起的地下水位的時空分布。 二、降壓水位降深計算 1、本工程基坑降水數值模擬模型建立、本工程基坑降水數值模擬模型建立 根據已有的巖土工程勘察報告、水文地質條件、鉆孔資料可知：模擬區平面范圍， 以基坑為中心，邊界布置在降水井影響半徑以外。 1.1 含水層的結構特征 本研究區屬于粉性土區，上部粘性土層概化為第一層。由于實際地層較多，建立 模

32、型的時候根據各地層的滲透系數等水文地質參數進行適當簡化，如圖 5。模型簡化 以后的含水層三維模型從上到下依次為：弱透水層和第2 層含水層。 ， 圖圖 5 含水層三維模擬圖含水層三維模擬圖 1.2 水力特征 地下水系統符合質量守恒定律和能量守恒定律；含水層分布廣、厚度大，在常溫 15 常壓下地下水運動符合達西定律；考慮淺、深層之間的流量交換以及軟件的特點，地 下水運動可概化成空間三維流；地下水系統的垂向運動主要是層間的越流，三維立體 結構模型可以很好的解決越流問題；地下水系統的輸入、輸出隨時間、空間變化，參 數隨空間變化，體現了系統的非均質性，但沒有明顯的方向性，所以參數概化成水平 方向各向同性

33、。 綜上所述，基坑降水區可概化成非均質水平各向同性、空間三維結構、非穩定地 下水流系統，即地下水系統的概念模型。 2、模擬期及應力期確定、模擬期及應力期確定 本次數值模擬模型的模擬期 180 天，將整個模擬期劃分為 3 個計算周期，每個 計算周期的計算的時間步長為一天。在每個計算周期中，所有外部源匯項的強度保持 不變。 3、模型網格剖分、模型網格剖分 根據研究區的含水層結構、邊界條件和地下水流場特征，將模擬區每層剖分為 250 行、350 列規則網格，其中活動網格共 225，000 個，在基坑附近采用 1m1m 的 剖分格式，并向邊界區域發散狀分布。基坑網格剖分見圖 6： 圖圖 6 基坑網格剖

34、分局部圖基坑網格剖分局部圖 16 圖圖 7 井模型示意圖井模型示意圖 4、源匯項處理方式、源匯項處理方式 4.1 降壓井處理 在 visual modflow 中，降壓井可以設置埋深過濾器長度、出水量等參數，與實 際數據具有很強對比性。根據已有降水觀測成果，基坑外降壓井出水量不變。設置如 圖 7。 4.2 邊界條件處理 在本次基坑降水模擬中，模型邊界為降水井影響邊界以外。故邊界定義為定水 頭邊界，水位不變。 5、基坑降水數值模擬預測、基坑降水數值模擬預測 經過數值模擬計算，在塔樓區基坑外側布置 19 口減壓降水井，可以將坑內承壓 水位埋深控制在 30m 以下。裙樓基坑外側承壓水位埋深基本保持在

35、 18.020.0m。如 圖 8。 17 圖圖 8 塔樓區降水后的承壓水位埋深等值線分布預測圖塔樓區降水后的承壓水位埋深等值線分布預測圖 利用塔樓區基坑降水所設置的 19 口減壓井中的 6 口和裙樓區域的 19 口，可以將 裙樓區基坑內的承壓水位埋深控制在地面下 23.0m 左右。裙樓區基坑外側承壓水位埋 深為 15.0m 左右。如圖 9。 圖圖 9 裙樓區降水后的承壓水位埋深等值線分布預測圖裙樓區降水后的承壓水位埋深等值線分布預測圖 在全部減壓井成井施工結束后，應進行一次群井減壓抽水試運行，檢驗施工用電 及排水情況，同時觀測各井水位。根據基坑開挖和支撐的施工實際工況，對降水運行 18 進一步

36、細化，提出每個工況下開啟減壓抽水井的數量和井號，并計算出該工況下承壓 水位的安全深度，以指導降水運行。群井試驗后，提交上海中心基坑降壓井群井試 驗報告及運行方案 。 減壓降水運行過程中總包方應每天將基坑的監測資料抄送降水項目部，以便及時 了解、分析降水對周圍環境的影響程度，有效控制降水運行。 基礎底板施工完成后，包括養護階段和地下室及上部結構施工階段，應由設計單 位提供基礎及上部結構的抗浮力，在確保承壓水水頭壓力不大于抗浮力的情況下，逐 步減少減壓井的開啟數量，直至停止降水運行。根據設計要求停止降水時，應由總包應由總包 單位出具單位出具“停止降水通知書停止降水通知書”后，方可終止降水運行。后，

37、方可終止降水運行。 三、由降水引起的地面沉降與控制 1、理論公式、理論公式 采用 visual modflow 有限差分法由滲流方程求出某一時刻的水位降深，給定壓 縮模量 esi及初始厚度 s0i，由沉降方程可求出沉降量。求解過程為： 1）給定初始時刻的孔隙比、滲透系數和孔隙壓力等； 2）根據給定的采、灌水量和邊界條件，由滲流方程得出某一時刻的水位降深； 3）給定壓縮模量 esi及初始厚度 s0i； 4）根據沉降方程計算沉降量。 2、計算結果、計算結果 預估塔樓區基坑開挖所需承壓水降水時間為 180 天，根據抽水試驗階段建立的 沉降模型進行計算，塔樓區承壓水降水運行后基坑周邊環境沉降預測等值線

38、如圖 9-5 所示，緊鄰基坑外側的地面沉降值為 1426mm。 n i i si iw e dh s 1 0 s . 總 19 圖圖 10 塔樓區降水塔樓區降水 180 天后地面沉降預測分布圖（單位：天后地面沉降預測分布圖（單位：mm） 塔樓區基坑施工結束后，停止減壓降水運行，地面會出現一定回彈，沉降值會有 一定減小。當裙樓區基坑開始減壓降水后，利用塔樓區的 6 口減壓井和裙樓區域的 19 口降壓井進行減壓降水，達到降低裙樓區基坑內承壓水位的目的。因降水井深度 比較大，對基坑外沉降影響比較大，緊鄰基坑外側的地面沉降值達到 10mm。 圖圖 11 裙樓區降水裙樓區降水 180 天（累計天（累計

39、360 天）后地面沉降預測分布圖（單位：天）后地面沉降預測分布圖（單位：mm） 20 3、沉降控制措施、沉降控制措施 1、臨近建筑物和地下管線的減壓井的抽水時間盡量縮短。 2、在降水運行過程中隨開挖深度逐步降低承壓水，根據群經試驗得到不同井組 合下坑內地下水的深度，隨基坑開挖深度確定井群的運行。沒有抽水的井可作為觀測 井，控制承壓水頭與上覆土壓力足以滿足開挖基坑穩定性要求，這將使降水對環境的 影響進一步降低。 3、及時監測地下水水位及抽水流量，發現問題及時處理，調整抽水井及抽水流 量，必要時采取回灌措施，指導降水運行和開挖施工。 4、加強基坑開挖和降水時的環境監測，建設單位所有的監測資料應及時

40、抄送我 現場項目部，繪制相關的圖表，以調控降水運行。 5、環境保護主要技術措施 良好的地面排水系統 認真做好地面排水系統，在沿地墻外邊(圍墻內側)布置一條溝底抗滲性能好的排 水溝，防水地表水滲入土體和基坑內。 信息化施工 實行信息化施工，建立有效的監測網絡體系。挖土施工前，對基坑內地下水進行 預降水，以使土體固結密實，是基坑開挖時確保基坑穩定性的關鍵因素之一，因此合 理布置深井井點，組織合適的降水工藝特別重要。 基坑開挖過程中，遇圍護結構滲水等情況，應及時組織人員堵漏，必要時在基 坑外側跟蹤注漿，應派專人 24 小時跟蹤監測。 6、地下管線和建筑物保護措施 文明施工負責人與總包分管管線人員建立

41、聯絡，摸清管線深度和走向，沒有開 挖出來的管線上部應有明顯標識，開挖裸露的管線應該采用有效的保護措施并在上部 注明管線種類，兩頭設置明顯警示標志。對于管線的保護也可采取跟蹤注漿等方式， 以動態的控制來確保管線的安全，目的是將管線底下沉陷的地基控制在要求范圍內。 第五章第五章 基坑降水重大風險應急預案基坑降水重大風險應急預案 一、目的 為有效防止降水施工對周圍環境造成影響及在降水運行過程中預防突發事件的發 21 生，最大限度減少經濟損失，特制定本預案。 二、組織機構 由項目部成立應急指揮部，負責指揮及協調工作。降壓井運行期間，現場主要負 責人應 24 小時有人值班，處理突發事件。 三、聲光報警器的設置 本基坑的塔樓區域部位承壓水頭需降到到開挖面下 12m，因此基坑存在著較大 的風險性。為此在塔樓和裙樓深基坑處計劃布置若干個聲光自動報警器（見圖 5-1）， 一旦水位反彈，超過了計算安全水位，報警器即發出聲音和燈光報警，便于立即采取 相應措施，從而保證基坑的安全。計劃在在塔樓區域工程場地內設置兩個聲光報警器。 圖圖 5-1 聲光報警系統圖聲光報警系統圖 22 四、遠程監控措施 為了對深基坑的承壓水水位