介绍基坑降水系统及其应用

1、一基坑降水工程进展简述国外第一个有记录的降水实例，是1830年伦敦伯明翰铁路的Kilsby隧道工程，在竖井 中将水抽去以保证隧道的顺利施工，这些沿线布置的竖井抽水总量为430m3/h.1896年，在 建造柏林地下铁道时采用深井降水。1907年在尼罗河上建造Esna堰时曾采用了底部开口的 有套管的深井。1856年法国水利工程师达西（HenryDarcy）通过水在砂柱中的渗透试验，建立了渗透 速度和水力坡度的线性关系式一达西定律；随着地下水开采规模加大，1863年J.Dupuit提 出了河床地下水流和轴对称的井流公式；1935年C.V.Theis根据热传导理论，用类比法提出 了承压水完整井的非稳定

2、流理论；之后由JacobBoultonNeuman等研究了有越流补给的承压 完整井流，考虑滞后的无压完整井流以及非完整井流理论。国内较早进行的基坑降水，是上世纪六七十年代轻型井点降水的使用。上海于上世纪 80年代初嫩江路煤气管顶管降水，随后有南市和杨树浦水厂沉井降水。1990年人民广场地 下变电站基坑，降水工程让基坑降水模式、解析解算法和最优化设计方法得到成功应用，使 基坑降水理论与实践达到一个较成熟的水平。进入新世纪以来，随着各类深大基坑的不断增 加，降水工艺得到前所未有的发展。2004年上海地铁四号线董家渡段修复降水工程，应用 降水开放应急系统模式，采用三维渗流和土体变形耦合模型，成功预测

3、基坑内降水水位及基 坑周边地面沉降变化。2006年上海地铁宜山路车站基坑降水，以地面沉降环境控制为中心 作降水设计施工取得了良好效果。进入21世纪，基于环境控制目标的基坑降水系统应运而 生。二基坑降水系统所谓基坑降水系统是指为减少或消除地下水对建构筑物施工造成危害而采取降低地下 水水位且将降水对环境影响降到最低程度的信息化、自动化和智能化地下水控制系统。1系统主要特点1.1信息化（1）静态信息化静态信息化是降水设计的依据，包括工程概况，工程地质水文地质条 件，尤其是抽水试验报告；基坑围护设计内容和计算报告；基坑周边环境信息，确定保护对 象；施工工况，挖土方式，挖土顺序，支撑施工，深坑位置及集水

4、井深度等。（2）动态信息化及其集成动态信息化是降水过程中各种动态信息的集成，包括视频， 水位、流量和沉降，还包括成井过程中成井材料，泥浆比重、粘度和含砂量控制，水泵质量 控制信息等。视频、水位、流量和沉降可实施自动采集并上网集成。视频与水位集成使降水技术实现 动态信息化采集。水位可通过孔隙水压力计由数据自动采集仪DT系列现场采录，或采用高 性能无线传感器通过GPRS模块和设备做成设备管理、地图信息和数据分析处理等地下水远 程监控系统。电磁液体流量计和超声波流量计也可实现自动采集。采用传统方式无法得到连续数据为同时连续掌握水位和地表沉降变化情况，可布设水位 观测孔和地表沉降点来实现实时连续自动观

5、测。降水或抽水试验期间水位和沉降自动化监测 由传感器及其自动化监测系统完成，远程自动监测系统主要由水位计、土体沉降计、数据采 集与存储、数据传输与处理软件系统四部分组成。1.2自动化基坑降水自动化分二部分，一部分是疏干井自动降水系统，通过真空泵或空压机将各疏 干井串联起来，将开挖层含水量降低到可顺利开挖的程度。另一部分是减压井降水，要求有 双电源自动切换系统和水泵交叉连接、错时应急自动开启系统。1.3智能化基坑降水智能化系统的核心是要处理和应对基坑如何降水、怎样优化、降水处理中的处 治等关键技术。信息化和自动化相辅相成，为智能化服务。对降水工程进行智能设计、施工 和运行，对水位和沉降进行智能预

6、测和预报，藉此调整降水工程诸施工参数，降水工程中水 位和沉降的有效控制，以达到既降低开挖区域水位又保护周边环境免受危害的目的，是智能 化基坑降水的主旨。2系统主要构件2.1自动监测水位计自动监测水位计采用无线远程方式实时监测地下水水位情况，3001型LeveloggerJunior 水位计包含一个数据记录器、温度传感器、压力传感器和五年寿命的电池，安装在一个体积 小，免维护、盛水的不锈钢外罩中。永久性存储器可以存储32000组温度和水位数据，用户 可以在0.5秒至99小时之间选择时间间隔来进行线性读数，精度为 0.1%FS.水位计与 LeveloggerGold软件与附件兼容，同时也与SDI-

7、12协议兼容，能够与LeveloggerGold数据 传输单元进行通讯，也能够与Solinst自动测量系统进行整合。2.2自动监测土体沉降计系统由土体沉降计、测控终端、系统服务器及监测软件组成。测控终端主要包括信号采 集器、无线数据传输模块（GPRS）、供电系统以及设备机箱。系统服务器及监测软件实时接 收远端沉降监测点的数据并实时显示结果。根据需求软件可升级，为多用户提供WEB浏览 监测点的沉降情况等特定服务。地面沉降无线自动化监测系统，在上海中心基坑降水工程得到成功应用。土体沉降仪埋 设安装在在观测井G9上，用来测量传感器和储液罐之间的微小垂直位移。选用土体沉降仪 技术规格为：量程0.15m

8、；压电式传感器精度0.1%F.S，最小分辨率0.025%F.S，热漂移 0.1%F.S/C；储液罐为PVC和人8$，脱气水防冻液，通气电缆IRC-41A，IRC-390，CFO-3STD， CFO-9RF.GPRS无线通讯模块采用DTCL-GPRS/CDMADTU无线数据传输终端。利用手机 GPRS网络或CDMA网络平台实现数据信息的透明传输。支持根据域名和IP地址访问中心 多种工作模式选择，支持串口软件升级和远程维护。GPRS/CDMA利用现有GSM/CDMA网 进行实时数据传输，实现无线上网，无线接入。GPRS/CDMA允许在端到端分组转移模式下 发送和接收数据，在高速运动时保证稳定在23

9、KBPS左右的传输速度。软件系统在web客户端，实现数据浏览及操作；数据发布网站，将采集的数据在Internet 上对外发布，实现数据存储、查询、工程管理，现场数据收集、显示和控制，实现工程、权 限、数据发布管理。三基坑降水系统在上海中心工程中的应用3.1工程概况上海中心大厦位于上海浦东新区陆家嘴中心区Z3-1地块。场地位于东泰路、陆家嘴环 路、银城中路、花园石桥路四条道路所组成的范围，整个基地面积约30368m2,总建筑面积 约为520000m2，其中地上建筑面积约380000m2.本工程由1幢122层塔楼（结构高度 565.60m，建筑顶高度632.00m）和1个5层商业裙房（高度35m）

10、组成，整个场地下设5 层地下室，基础埋深为26.3031.10m.本基坑工程采用“分区施工，顺逆结合”方法施工，塔 楼先顺作，裙楼后逆作，以保证塔楼工期、施工场地回转以及周边环境安全。地下第1层砂质粉土夹粉细砂层厚10.5014.70m，层底标高-34.95-38.82m，容重 19.10kN/m3，含水量30.0%，水平向渗透系数 Kv3.90E-04cm/s，垂直向渗透系数 Kh为 5.36E-04cm/s.本工程塔楼区开挖面已接近第2层承压含水层，裙房区开挖面已近第1层承 压水面。该区域承压含水层为第一、第二和第三承压含水层连通区域。基坑围护为地下连续 墙，深度4850m.复合承压含水层

11、组顶面埋深为地面下28.00m，厚度117.00m基坑底板抗 突涌稳定条件为在基坑底板至承压含水层顶板之间，土的自重压力应大于承压水含水层顶板 处的承压水顶托力。本基坑当开挖深度大于27.00m时，承压水位始终控制在开挖面以下 1.00m；当基坑开挖深度小于27.00m时按下式进行承压水位埋深控制：承压水降水井共布置67 口。其中塔楼区降压井坑外28 口，间隔深度为65m和55m； 坑内12 口，深度55m，观测井3 口 45m深。裙楼区降压井坑内17 口 45m深，观测井4 口 45m深，坑外观测井3 口 45m深。开挖过程中持续稳定按需降低承压水头，是基坑降深安全顺利实施的关键。开始挖土施

12、 工时，现场预备了 2台250kW备用发电机，保证可能因突发事件停电时在10分钟内切换供 电，确保承压水抽水的不间断进行。3.2应用实效本工程塔楼基坑的安全及工期节点至关重要，为防止地墙可能出现的渗漏水影响基坑安 全及施工进度，在塔楼圆形基坑外15m范围预设了 28 口降压井。2010年3月26日主楼大底板开始浇注，2010年3月29日完成，6月开启短期降水， 以作止水堵漏和坑内封井等所需应急措施。裙房基坑开挖时，塔楼圆形基坑外预设的降水井 作裙房基坑降水井用。上海中心基坑降水运行监控网络如图5.自2009年11月22日至2010 年4月4日降水运行正常，基坑周边地面沉降极值3340mm，确保了塔楼基坑工程圆满竣 工。四结语基坑降水系统是将基坑降水过程中为抑制基坑降水对环境负面影响而采取的信息化、自 动化和智能化地下水控制系统，是应用国内外基坑降水先进理念、技术和设备的开放式可持 续发展管理系统。三维渗流场和应力场耦合的成功开发和应用、采用无线远程方