中建中建基坑降水专项施工方案范本

项目专项施工方案

编号：中建八局/施工方案

中国建筑第八工程局有限公司

地块二苏州华贸中心C区建设项目

基坑降水专项施工方案

编制：

审核：

审批：

2023年7月31日

项目专项施工方案

目录

目录..................................................................................................................................................1

1.工程概况.................................................................................................................................2

1.1.工程简介...............................................................................................................................2

1.2.一般概况...............................................................................................................................3

1.3.周边环境...............................................................................................................................4

2.工程地质水文地质条件..........................................................................................................5

2.1.地形地貌...............................................................................................................................5

2.2.工程地质条件.......................................................................................................................5

2.3.水文地质条件.......................................................................................................................9

3.编制依据...............................................................................................................................10

3.1.相关资料.............................................................................................................................10

3.2.使用规范.............................................................................................................................10

4.基坑降水深化设计................................................................................................................12

4.1.基坑突涌稳定性分析.........................................................................................................12

4.2.基坑降水对策.....................................................................................................................13

4.3.真空疏干深井.....................................................................................................................14

4.4.基坑降水三维渗流模拟分析.............................................................................................15

4.5.基坑降水对周边环境的影响.............................................................................................20

4.6.坑外水位观测井分析.........................................................................................................27

4.7.降水设计工作量.................................................................................................................27

5.降水井施工...........................................................................................................................27

5.1.降水井施工工艺及技术要求.............................................................................................27

5.2.降水井施工质量控制.........................................................................................................32

5.3.降水施工设备及材料计划.................................................................................................33

6.生产性抽水试验方案............................................................................................................36

6.1.抽水试验目的及要求.........................................................................................................36

6.2.抽水试验部署.....................................................................................................................36

6.3.抽水试验方法.....................................................................................................................37

7.降水运行...............................................................................................................................38

1

项目专项施工方案

7.1.降水试运行.........................................................................................................................38

7.2.真空疏干深井运行.............................................................................................................39

7.3.减压深井运行.....................................................................................................................40

7.4.降水安全运行保障措施.....................................................................................................41

8.项目组织架构及职责............................................................................................................45

9.施工进度计划及保证措施.....................................................................................................45

9.1.施工进度计划.....................................................................................................................45

9.2.工期保证措施.....................................................................................................................46

9.3.施工季节性保障措施.........................................................................................................47

9.4.安全保证措施.....................................................................................................................49

9.5.文明施工保证措施.............................................................................................................50

9.6.与相关单位协调配合的措施.............................................................................................51

9.7.绿色施工.............................................................................................................................52

10.施工机械、劳动力配置....................................................................................................53

10.1.人员配置.............................................................................................................................53

10.2.施工材料.............................................................................................................................54

10.3.施工机械.............................................................................................................................54

10.4.劳动力组织.........................................................................................................................55

10.5.现场质量管理措施.............................................................................................................56

10.6.环境保护措施.....................................................................................................................62

10.7.职业健康安全管理体系.....................................................................................................64

11.应急预案...........................................................................................................................71

11.1.应急预案.............................................................................................................................71

11.2.应急抢险、救急措施.........................................................................................................75

12.封井..................................................................................................................................77

12.2.坑内减压深井及水位观测井兼备用井..............................................................................79

13.附图..................................................................................................................................82

2

项目专项施工方案

1.工程概况

1.1.工程简介

苏州华贸中心项目

建设单位：

围护设计单位：

勘察单位:江苏省纺织工业设计研有限公司

拟建工程总用地面积79506m2，总建筑面积为442651.3m2，其中C区建筑面

积为172758.5m2。C区由1幢30层金融办公楼、1幢26层科技办公楼、4～5层

集中商业楼及地下室组成，其中金融办公楼呈正方形，长约49m，总高度约

150m；科技办公楼呈长方形，长约58m、宽约40m，总高度约130m；集中商业楼

高22.5m。地下室4层（局部5层），高层与裙房下全分布，并外扩有纯地下室

部分。

图1.1-1项目场地地理位置图

1.2.一般概况

本工程基坑围护设计施工总说明：

3

项目专项施工方案

（1）设计等级：本工程基坑侧边安全等级定为一级。

（2）C基坑开挖深度17.75～18.45m，作为整体基坑采用地下连续墙的围护

结构。近轨道C基坑及局部向西延伸的基坑采用1000mm厚地下连续墙+三轴止

水帷幕+四道混凝土支撑；远轨道侧基坑采用1000mm厚地下连续墙,分坑采用

800mm厚地下连续墙+三轴止水帷幕+三道混凝土支撑的围护形式；水平支撑采

用角撑、井字对撑结合边桁架的支撑体系，并采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩

作为水平支撑系统的竖向支承结构体系；

（3）电梯井等落深区采用三重高压旋喷的重力式挡墙加固，坑内采用高压

旋喷封底。基坑剖面结构图如图1.2-1。

4

项目专项施工方案

图1.2-1本基坑工程围护结构剖面图

1.3.周边环境

2号线，交通便利；东南角金阊医院待拆。

2.工程地质水文地质条件

2.1.地形地貌

拟建场地位于长江三角洲东侧，地貌类型属太湖水网平原地貌，地貌形态单

一。

拟建建筑场地地势总体较平缓，场地东侧为广济路，道路下敷设有轨交2号

线，南侧为金门路，东南角为金阊医院尚未拆除，场地内原为临时停车场。

2.2.工程地质条件

根经勘察查明，在勘探深度范围内的土层为新生界第四系地层，属太湖水网

湖积地层及海陆交互相沉积地层。拟建场地勘察深度范围内揭露的土层，按其沉

积环境、成因类型及其工程地质特性自上而下分为16个工程地质层，其中第

（3）、（4）、（6）、（11）层各分为两个亚层，第（9）层分为三个亚层，分层描述

如下：

第（1）层：杂填土，杂色，松散，很湿～饱和，顶部以建筑垃圾及水泥地

坪、原建筑物基础，含碎砖块、瓦砾、条石等建筑垃圾及生活垃圾，下部以粘性

土为主，堆载年限较长，大部分地段堆载年限为5~8年，土质不均匀，高压缩性，

工程性质较差。层厚0.90～6.50m，层底标高-3.01～2.46m，该层场地遍布。

第（2）层：粘土，褐黄色，可塑状态为主，局部硬塑状态，无摇振反应，

切面光滑，干强度高，韧性高，含铁锰质结核，中等压缩性，土质较均匀，工程

性质良好。层厚0.90～4.50m，层底标高-3.34～-1.46m，该层局部缺失。

第（3-1）层：粉质粘土，灰、灰黄色，可塑状为主，局部软塑，无摇振反

应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，夹青灰色条带，中等压缩性，该层

层底粉性偏大，土质不均匀，工程性质一般。层厚0.90～5.80m，层底标高-

5

项目专项施工方案

7.38～-3.16m，该层场地遍布。

第（3-2）层：粉土夹粉砂，灰色，饱和，松散～稍密状态，局部为粉质粘

土。干强度低，韧性低，摇振反应迅速，切面无光泽。中等压缩性，局部夹粉质

粘土薄层，土质不均匀，工程性质一般。层厚1.20～7.60m，层底标高-11.03～

-5.91m，该层分布于场地中部及南部。

第（4-1）层：粉质粘土夹粉土，灰色，软塑状态，中等压缩性，干强度中

等，韧性中等，摇振反应无，切面稍有光泽，局部夹粉土薄层，土质不均匀，工

程性质一般。层厚2.60～6.50m，层底标高-11.42～-9.97m，该层分布于场地北

部。

第（4-2）层：粉砂夹粉土，灰色，饱和，中密状态，含云母、石英、长石

等矿物颗粒，中等压缩性，工程性质较好。层厚2.20～5.20m，层底标高-

13.77～-9.99m，该层分布于场地南部。

第（5）层：粉质粘土夹粉土，灰色，软塑状态，局部为可塑状态。切面稍

有光泽，摇振反应无，干强度中等，韧性中等。局部夹薄层粉土，土质不均匀，

中等压缩性，工程性质一般。层厚6.00～10.70m，层底标高-20.39～-18.08m，

该层场地遍布。

第（6-1）层：粘土，暗绿色，可塑~硬塑状，无摇振反应，切面光滑，干强

度高，韧性高，夹青灰色条带，中等压缩性，土质较均匀，工程性质良好，局部

夹粉质粘土。层厚2.10～4.30m，层底标高-23.42～-21.78m，该层场地遍布。

第（6-2）层：粉质粘土夹粉土，灰、灰黄色，可塑状态，局部为硬塑状态，

中等压缩性，干强度中等，中等韧性，摇振反应无，切面稍有光泽，局部夹薄层

或团状粉土，土质不均匀，工程性质较好。层厚5.70～9.50m，层底标高-

31.78～-27.86m，该层场地遍布。

第（7）层：粉土夹粉砂，灰黄色，饱和，中密～密实状态，含云母碎片及

石英等矿物颗粒。中等压缩性，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，切面无光泽，

局部夹粉质粘土，土质不均匀，工程性质较好。层厚2.70～7.00m，层底标高-

35.95～-32.84m，该层场地遍布。

第（8）层：粉质粘土，灰色，软塑状为主，局部可塑状，干强度中等，中

等韧性，摇振反应无，切面稍有光泽。中等压缩性，土质欠均匀，局部粉性大，

6

项目专项施工方案

工程性质一般。层厚6.60～11.30m，层底标高-45.38～-41.81m，该层场地遍布。

第（9-1）层：粉质粘土，青灰色，可塑状态，干强度中等，中等韧性，摇

振反应无，切面稍有光泽。中等压缩性，局部夹薄层粉土，土质不均匀，工程性

质较好。层厚2.80～7.10m，层底标高-49.68～-47.51m，该层场地遍布。

第（9-2）层：粉土夹粉质粘土，青灰色，中密~密实状态，切面无光泽，摇

振反应迅速，干强度低，韧性低，局部夹薄层粉质粘土，局部呈团状分布。中等

压缩性，土质不均匀，工程性质较好。层厚2.20～6.90m，层底标高-55.88～-

50.57m，该层场地遍布。

第（9-3）层：粉质粘土，灰色，可塑状态，切面稍有光泽，无摇振反应，

干强度中等，韧性中等。中等压缩性，土质不均匀，工程性质一般。超固结比

1.08，为正常固结土。层厚5.00～9.40m，层底标高-60.96～-58.88m，该层场

地遍布。

第（10）层：粉质粘土夹粉土，灰色，软塑～可塑状态。切面稍有光泽，无

摇振反应，干强度中等，韧性中等。中等压缩性，土质不均匀，工程性质一般。

超固结比1.06，为正常固结土。层厚8.10～12.30m，层底标高-71.79～-

68.37m，该层场地遍布。

第（11-1）层：粘土夹粉质粘土，灰色，软塑～可塑状态，切面稍有光泽，

无摇振反应，干强度中等，韧性中等。中等压缩性，土质不均匀，工程性质一般。

超固结比1.08，为正常固结土。层厚5.20～10.30m，层底标高-78.67～-

75.33m，该层场地遍布。

第（11-2）层：粉质粘土，灰色，可塑～硬塑状态，切面稍有光泽，无摇振

反应，干强度中等，韧性中等。中等压缩性，局部夹粉土，土质不均匀，工程性

质良好。超固结比1.03，为正常固结土。层厚4.40～10.30m，层底标高-87.38～

-82.37m，该层场地遍布。

第（12）层：粉、细砂，灰色，饱和，密实状态，含云母、石英、长石等矿

物颗粒，局部夹薄层粉质粘土及中砂，偶含砾，中等～低压缩性，工程性质良好。

超固结比1.10，为正常固结土。层厚10.80～16.30m，层底标高-99.81～-

94.92m，该层场地遍布。

第（13）层：粉质粘土，青灰色，可塑～硬塑状态，切面稍有光泽，无摇振

7

项目专项施工方案

反应，干强度中等，韧性中等。中等压缩性，土质尚均匀，工程性质良好。超固

结比1.03，为正常固结土。层厚4.80～16.00m，层底标高-111.55～-103.76m，

该层仅塔楼部位钻孔揭示。

第（14）层：粉砂，灰色，饱和，密实状态状态，含云母、石英、长石等矿

物颗粒，中等～低压缩性，工程性质良好。超固结比1.07，为正常固结土。层

厚1.50～5.30m，层底标高-113.85～-107.76m，该层仅塔楼部位钻孔揭示。

第（15）层：粉质粘土夹粘土，灰色，可塑～硬塑状态，切面稍有光泽，无

摇振反应，干强度中等，韧性中等。中等压缩性，土质尚均匀，工程性质良好。

超固结比1.06，为正常固结土。层厚12.80～18.30m，层底标高-124.73～-

121.70m，该层仅塔楼部位钻孔揭示。

第（16）层：粉砂，灰色，饱和，密实状态，含云母、石英、长石等矿物颗

粒，中等～低压缩性，工程性质良好。超固结比1.08，为正常固结土。该层仅

高层塔楼区有揭露，最大揭示厚度为4.80m。

8

项目专项施工方案

图2.2-1典型地质剖面图

2.3.水文地质条件

1：5万水文地质、工程地质、环境地质综合报告》，苏州地区浅层地下水主

要接受大气降水补给，其水位随季节、气候变化而上下波动，属典型蒸发入渗型

动态特征。

潜水最高水位为2.63m（85国家高程基准，下同），近3~5年最高潜水位为

2.50m，最低水位为-0.21m。地下水年变幅为1~2m1.74m，最低微承压水位为0.62m，

年变幅0.80m左右，微承压水位历时曲线与潜水动态特征相似，地下水年变幅

0.8m左右，动态类型属缓变型。据苏州地区区域水文地质资料，第I承压含水层

历史最高水位为-2.70m，最低水位为-3.02m，年变幅为0.38m。

根据勘察揭露和水文地质工作，结合区域水文地质资料，场地对本工程有影

响的地下水有三层：潜水、微承压水、承压水。

2.3.1.潜水

拟建场地浅层孔隙潜水赋存于表层填土层中，分布不均匀，水量小。主要接

受大气降水补给，以侧向排泄于河湖为主要排泄途径，水位随季节变化明显。

勘察期间测得初见水位埋深1.10～2.60m，24小时后测定浅层潜水稳定水位

埋深0.80～2.50m。相应稳定水位标高为1.38~1.83m（85国家高程基准）。

下伏（2）粘土及（3）粉质粘土层透水性差，是潜水含水层与微承压含水层

之间较好的隔水层。

2.3.2.微承压水

场地内较浅的微承压水主要贮存于（3-2）粉土夹粉砂、（4-2）粉砂夹粉土

层中，微承压水主要接受侧向径流补给及越流补给。

为了查明本含水层的承压性质，为基坑开挖设计和施工提供依据，勘察期间

测量微承压含水层的水位，测得稳定水头埋深在2.98~3.62m之间，其相应水头

标高为0.15~0.27m（85国家高程基准）。

微承压含水层下伏隔水层：（5）粉质粘土、（6-1）粘土及（6-2）粉质粘土

9

项目专项施工方案

夹粉土层。

2.3.3.承压水

拟建场地内承压水主要为（7）、（9-2）、（12）层中赋存的承压水，对本工程

有直接影响的为第（7）层中赋存的第Ⅰ承压水。

本场地第Ⅰ承压水主要赋存于（7）粉土夹粉砂层中，该承压水主要接受侧

向径流及越流补给，埋藏深。为了查明本含水层的承压性质，为基坑开挖设计和

施工提供依据，勘察期间测量第Ⅰ承压含水层的水位，测得稳定水头标高为-2.72m

（85国家高程基准）。

3.编制依据

3.1.相关资料

（1）项目基坑围护设计图纸；

（2）

（3）《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》住建37号；

（4）《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》建办质〔2018〕31号；

（5）我司现场踏勘成果。

3.2.使用规范

（1）国家标准：

《水位观测标准》(GB/T50138-2010)；

《管井技术规范》(GB50296-2014)；

《地下水监测工程技术规范》(GB/T51040-2014)；

《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)；

《工程测量规范》（GB50026-2007）；

《土工试验方法标准》（GB／T50123-2019）；

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）；

10

项目专项施工方案

《岩土工程勘察安全标准》（GB/T50585-2019）；

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；

《建筑地基基础工程施工质量验收标准》（GB50202-2018）；

《生活垃圾分类标志》（GB/T19095-2019）

（2）行业标准：

《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476－2019）；

《供水水文地质钻探与管井施工操作规程》(CJJ/T13-2013)；

《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；

《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-2016）；

《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ311-2013）；

《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）；

《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）；

《建筑施工作业劳动防护用品配备及使用标准》（JGJ184-2009）；

（3）管理体系标准：

《质量管理体系基础和术语》（ISO9000:2015）（GB/T19001-2016）

《质量管理体系要求》（ISO9001:2015）（GB/T19001-2016）

《环境管理体系要求及使用指南》（ISO14001:2015）（GB/T24001-

2016）

《职业健康安全管理体系要求及使用指南》（ISO45001:2018）

（4）江苏省标准：

《岩土工程勘察规范》（江苏）（DGJ32/TJ208-2016）；

《建筑物沉降观测方法》（江苏）（DGJ32/J18-2006）；

（5）其他：

《基坑降水手册》，中国建筑工业出版社，2006.04；

《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，2009.11。

11

项目专项施工方案

4.基坑降水深化设计

4.1.基坑突涌稳定性分析

基坑底面设计标高以下存在承压含水层，开挖过程中，必须有效控制承压水

水头埋深，防止基坑发生突涌事故，因此，必须进行基坑突涌稳定性分析。

基坑底板抗突涌稳定条件：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，可按下式进行承压水位控制：

H-h

Fss1.05

rwH-D

式中：

F----安全系数（本工程取1.10）

hs----基坑开挖深度（m）

D----安全承压水头埋深值（m）

H----承压含水层顶板埋深值（m）

γs----基坑底板至承压含水层顶板间的土层重度的层厚加权平均值（本工程

取19.00kN/m3）

γw----地下水的重度（10.00kN/m3）

参考本工程勘察资料及抽水试验报告，考虑季节变化因素：

取本工程基坑下伏第⑦层承压水初始水头取历史最高水位埋深为5.90m，水

头标高为-2.70m（85国家高程基准）；第⑦层层顶分布最浅埋深30.36m（钻孔

C96）；根据上式计算，开挖深度hs对应的承压水安全水位埋深D，第⑦层抗突

涌稳定性计算结果统计详见下表4.1-1：

基坑开挖深度hs与第⑦层安全水头埋深D对应关系表表4.1-1

序开挖深度安全水位埋水位降深

区域安全系数

号hs(m)深(m)（m）

12

项目专项施工方案

1临界状态16.845.90不需降压1.05

218.558.993.090.92

普挖区

319.2510.264.360.86

4局部落深22.8516.7710.870.58

5坑24.5519.8513.950.45

综上基坑开挖区域分布有第⑦层承压含水层，安全系数取1.05时，基坑开

挖不满足承压水抗突涌验算，基坑开挖深度超过临界挖深时16.84m，需对第⑦

层承压水进行处理；

本工程中，基坑普挖区，需要对第⑦层降水，最大降压幅度为4.36m，基坑

开挖局部深坑位置时，第⑦层降压幅度最大为13.95m。

坑内减压降水幅度非常大，降水运行过程中，需严格遵循“按需降水”原则，

加强对坑外地下水水位的监测。

4.2.基坑降水对策

针对本工程特点，充分利用我公司在苏州、南京、上海等地的已完成或在建

的、与本工程水文地质条件或围护特征、开挖工况等较为类似的专业降水设计及

地下水控制经验，采用以下措施解决本基坑降水工程中的难点问题。

分层降水：

（1）对于浅部开挖深度范围内的潜水以及逐渐第（3-2）粉土夹粉砂、（4-

2）粉砂夹粉土层微承压水，考虑围护结构已对其有一定的隔水效果，且其与下

伏的第7层承压水并无水力联系，对其采用真空管井进行疏干处理，控制地下水

水位在基坑开挖面以下1.0m，为基坑开挖作业提供良好的环境。

（2）对第⑦层承压水，考虑地层埋置深度较大，围护结构对其已有一定的

隔水效果故在坑内单独布置第⑦层的减压降水井进行“按需降水”，保证基坑安全

及施工顺利进行。

水位监测：

（1）在基坑内布置适量第⑦层坑内备用井兼水位观测井，根据地下水位监

测结果指导降水运行。

（2）基坑外侧利用第三方水位监测孔进行水位观测，监测内部抽水后坑外

水位变化情况。

13

项目专项施工方案

按需降水：

降水运行过程中，对第⑦层承压水的控制必须遵循“按需降水”原则，控制承

压水的水位满足开挖时的安全要求，不得超降。在运行过程中，科学管理，根据

水位变化严格控制开启减压降水井的数量以及开启时间、流量等，减少降水对周

边环境的影响。

生产性抽水试验：

在基坑正式开挖施工之前，需进行生产性抽水试验，可根据坑内外水位变化

情况，初步检验止水帷幕对浅层潜水、微承压含水层以及第⑦层承压含水层的隔

水效果，必要时候结合专门的地墙渗漏监测技术，及时排查渗漏点，采取相应补

强措施。

4.3.真空疏干深井

为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，本工程需

要疏干的层位包括①、②、③、④、⑤层。

坑内疏干深井数量按下式确定：

n=A/a井

式中：n—井数(口)；

A—基坑需疏干面积(m²)；

a井—单井有效疏干面积(m²)；

以粘性土、粉性土为主的含水层中，本次单井有效疏干面积a井取250～300m²。

疏干及真空疏干深井布置原则：

1、坑内采用土体加固时，疏干及真空疏干深井需对其进行避让。

2、真空疏干深井抽水采用超级压吸联合抽水系统，1台真空泵带3～6口真

空疏干深井。确保真空度不超过-0.065MPa。

降水井详细分析如下：

C基坑总面积约24900m²，扣除加固面积后，整个基坑共布置真空疏干深井89

口，井深26/29m。

真空疏干深井平面布置图详见附图01，井结构剖面图详见附图02。施工时

井位根据现场实际情况可进行适当的调整。

14

项目专项施工方案

真空疏干深井及真空疏干深井，必须给予充分的预抽水时间（15-20天），

根据土方开挖进度，将水位控制在基坑开挖面以下1.0m。

4.4.基坑降水三维渗流模拟分析

根据前述基坑突涌稳定性安全验算结果，必须对第⑦层承压含水层采取有效

的减压降水措施，才能防止产生基坑突涌破坏。为了有效降低和控制承压含水层

的水头，确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析。

根据拟建场地的工程地质与水文地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度

等因素，本次设计采用了三维渗流数值法进行计算，为减压降水设计与施工提供

理论依据。

该计算方法已成功应用于上海、天津、南京、苏州、珠海等多地的深大基坑

工程的降水工程。

4.4.1.基坑降水水文地质概念模型

本次承压水减压降水设计中，减压降水目的层为第⑨层、第⑩t层、第⑪层

承压含水层。考虑到降水过程中，上覆潜水含水层将与下伏承压含水层组之间将

发生一定的水力联系，因此，将上覆潜水含水层、弱透水层以及下伏深层承压含

水层组一起纳入模型参与计算，并将其概化为三维空间上的非均质各向异性水文

地质概念模型。

为了克服由于边界的不确定性给计算结果带来随意性，定水头边界应远离源、

汇项。通过试算，本次计算以整个基坑的东、西、南、北最远边界点为起点，各

向外扩展约500m，即实际计算平面尺寸为1500×1500m²，四周均按定水头边界

处理。

4.4.2.基坑降水数值模拟

地下水运动数学模型

根据上述水文地质概念模型，建立下列与之相适应的三维地下水运动非稳定

流数学模型:

15

项目专项施工方案

hhhEh

kxxkyykzzW...............(x,y,z)

xxyyzzTt

h(x,y,z,t)h(x,y,z)..........................................................(x,y,z)

t00

h(x,y,z,t)h1(x,y,z,t).........................................................(x,y,z)1

1

S承压含水层

式中：E；

潜水含水层

Sy

承压含水层

MS

T；S；

sM

B潜水含水层

S

S为储水系数；y为给水度；

M为承压含水层单元体厚度m；

B为潜水含水层单元体地下水饱和厚度m。

k,k,k

xxyyzz分别为各向异性主方向渗透系数m/d；

h为点（x,y,z）在t时刻的水头值m；

W为源汇项1/d；h0为计算域初始水头值m；

mS1/m

h1为第一类边界的水头值；s为储水率；t为时间d；

为计算域；1为第一类边界。

对整个渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散，就可

得到数值模型，以此为基础编制计算程序，计算、预测降水引起的地下水位的时

空分布。

渗流数值模型建立

根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料，模拟区平面范围

按下述原则确定：以基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外。

16

项目专项施工方案

图4.4-1物理模型地质剖分示意图

1、含水层的结构特征

根据研究区的几何形状以及实际地层结构条件，对研究区进行三维剖分。根

据研究区工程地质及水文地质特性等信息，水平方向将水文地质概念模型剖分为

242行、194列。网格立体剖分图见图4.4-2。

图4.4-2离散模型网络三维图

2、模型参数特征

根据本工程的勘察资料、邻近工程抽水试验报告及相关工程资料，对模

型进行赋值。

3、水力特征

地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；含水层分布广、厚度大，

在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、深层之间的流量交换以及渗流

17

项目专项施工方案

特点，地下水运动可概化成空间三维流；地下水系统的垂向运动主要是层间的越

流，三维立体结构模型可以很好地解决越流问题；地下水系统的输入、输出随时

间、空间变化，参数随空间变化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，

所以参数概化成水平向各向同性。

综上所述，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流

系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非

稳定渗流模型。

4、源汇项处理方式

1)减压井处理

在《VisualModflow》中，减压降水井可以设置过滤器长度、出水量等参数。

2)边界条件处理

在本次基坑降水模拟中，模型边界在降水井影响边界以外。故可将模型边界

定义为定水头边界，水位不变。

5、本次减压降水三维渗流模型建立假设条件：

1）第⑦层承压含水层的初始水头埋深5.90m；

2）地下连续墙深度按40.90m考虑，中隔墙35.00m考虑；

3)降水井运行时，考虑地连墙隔水效果及群井效应因素，随着降水井运行

时间加长，第⑦层单井涌水量平均2～5m3/h。

图4.4-3定水头边界

18

项目专项施工方案

4.4.3.基坑降水设计计算

基坑第⑦层减压降水井井深设置为37m，降水井孔径650mm，井管及过滤器

外径273mm。

根据本基坑工程围护结构资料、勘察资料等，建立三维渗流数值模型。在基

坑内布置第⑦层降压井14口，经过计算，水位可以满足安全水位要求。

图4.4-4～4.4-5为基坑开挖过程中，执行“按需降水”，第⑦层承压含水层

水位埋深等值线图及水位降深等值线图。

图4.4-4第⑦层降水运行后预测基坑水位埋深等值线图（单位：m）

19

项目专项施工方案

图4.4-5第⑦层降水运行后预测基坑水位降深等值线图（单位：m）

4.4.4.坑内备用井及水位观测井布设

在基坑施工过程中，由于施工现场工序工种繁多，常常出现对降水井保护不

力而致其破坏，无法按预期完成降水目的，在满足“按需降水”计算的基础上，

需设置坑内降水应急备用井，其数量约占正常运行降水井的10%左右。

坑内减压井的运行依赖于实际的水位变化，水位的实时变化指导开挖施工过

程中的降压井运行数量及时间等计划，因此需分别布置第⑦层的坑内水位观测井。

在本基坑中，应急备用井及水位观测井适时共用，共布置2口第⑦层坑内观

测兼应急备用井，井结构同所在区域的降水井。

4.5.基坑降水对周边环境的影响

4.5.1.地面沉降计算原理

运用沉降计算理论与太沙基固结理论进行分析，得到降水引起地面沉降的变

化规律。

(1)沉降计算理论

20

项目专项施工方案

土中的有效应力：u

式中，——作用在土中任意面上的总应力（自重应力与附加应力）；

——有效应力，作用于同一平面的土骨架上，也称粒间应力；

u——孔隙水压力，作用于同一平面的孔隙水上。

上式即为饱和土有效应力原理的表达式。抽取地下水引起的土层压缩变形反

映在土层孔隙的变化，因而，根据土力学原理，由土层孔隙的变化，可以求得土

层的压缩变形量。

依土的压缩系数定义

de

v'

d

'

式中，负号代表随着有效应力的增量，孔隙比e逐渐减少，下面推导孔隙

比e与土层变形的关系。

设土体初始高度为S0，变形后高度为S，土层压缩变形SS0S，上图

表示了土层高度、孔隙比、土粒体积和孔隙体积之间的关系，由于固体颗粒的体

积Vs变化很小，通常假定不变，故有：

SS

0

1e01e

从上式得出：

eee

S0SS

1e01e0

00

'

用de代替e，有edevd，则

21

项目专项施工方案

d'

SvS

1e0

0(1)

'

根据定义p

式中：—土体垂向总应力；

p—孔隙水压力；

假定保持不变，d'dp则

而依水头H的定义

p

Hz

w

pw(Hz)

假定水体重力密度γw保持不变，则

'

dpwdH或dwdH(2)

即有效应力的增加量可用水头的减少量来表示。

把（2）式代入（1）式有：

v.w.dH

SS0

1e0(3)

可见，当水位降深相等时，即dH不变，土层的压缩变形量与原始厚度、初

1e0

Es

始孔隙比和土层压缩系数有关。依定义土体的侧限压缩模量v，所以土

w.dH

SS0

层的压缩变形量Es，与水位降深、压缩模量和土层的初始厚度有关。

若共有N层土层，则总的沉降量为：

N

v.w.dHi

SnS0i

i11e0

式中：ξ——为经验系数。

(2)太沙基固结理论

1925年太沙基建立单项固结基本微分方程，并获得了一定初始条件和边界

条件下的解析解。

22

项目专项施工方案

①单层土的太沙基固结解

利用单元土体的体积压缩变化量和表面流量的关系可得：

q

vz

tz

q

其中，v体积应变，z单位面积流量。

并由达西定律得：

Ku

qz

wz

其中，K为渗透系数，w水容重，u孔隙水压力。

又因为总应力不随时间变化，故弹性土体单向压缩时，有：

1u

vz

ttEst

E

其中，v体积应变，s压缩模量。

从而得太沙基单项固结的基本方程：

u2u

C

tvz2

KE

Cs

v

其中，w为固结系数

单项固结的初始条件和边界条件(单面排水)为：

u|z00

u

0

u|uz

t00，zH

用分离变量法得到太沙基固结方程的理论解为：

2HMzMz2

uz,tusindzsineMT

00

m1HHH

2m1Ct

MTv

Tv2

其中，2，v为时间因素H。

若压缩层内孔隙水均匀分布则：

2MzM2T

uz,tu0sine

m1MH

23

项目专项施工方案

对于弹性土体，反映孔隙水压力消散程度的指标为固结度应等于变形比：

uu(t)S(t)

U(t)0

u0S()

其中，S()为最终沉降量。

②分层土体的太沙基解

考虑多层土体，厚度H，含土层n层，土层i的厚度，竖向渗透系数，压缩

模量均已知，包含单面排水和双面排水两种情况。并从理论上说，给定初始条件

和边界条件就可以运用数学方法即可解出定解。SBhiffman在1970年曾就恒载

作用下多层土体的一维固结问题进行了分析。

考虑变荷载作用下分层土体的固结微分方程为：

u2udq

iCi

v2(zzz,i1,2,n)

tzdti1i

方程的求解条件：

z0;u0

1

u

zH;u0(底面透水);0(底面不透水)

nz

同时，与均质地基的求解不同，多层地基的求解条件要考虑各个土层层与层

交界面的连续性条件：

uiui1

zzi;uiui1;kvikv(i1)

zz(i1,2,n1)

即在分界面上的一点的孔压相对于分界面上下两层土是相同的，流量也是相

同的。

满足方程一切求解条件的解为：

24

项目专项施工方案

tdq

uCg(z)emt(qemtdt)

tmmi00

midt

进而，通过求解超越方程等形式将式中有关参数求解，可得变荷载作用下分

层土体的固结微分方程的理论解。

求得各个点的孔压值后，便可以继续求得各层土的平均固结度：

1zi

Uq(t)udz

izt

i1

quhi

相对于整个分层土体而言，按孔压定义的平均固结度：

n

q(t)u11zi

Uq(t)udz

pzi

i1

ququHi1

4.5.2.减压降水引起的地面沉降预测

由于基坑地下结构施工采用顺作法，根据建立的沉降预测模型，本基坑工程

降水运行完成后，降水引起的坑外环境地面累积沉降等值线图见下图。

图4.5-1降水井运行60天引起的累积地面沉降预测分布图

从上图可以看出，在基坑减压降水运60天后，坑外沉降约1.1mm~3.1mm。

25

项目专项施工方案

后期降水运行中，建议对坑内外观测井水位进行实时跟踪监测，严格控制减压运

行的时间与开启的数量，遵循“按需降水”原则，以减小减压降水对周边环境的

不利影响。

上述沉降值为降水引起的沉降理论预估值，实际环境变形由开挖后墙体变形、

坑底隆起、降水、墙体渗漏等共同形成，应综合考虑这些因素。基坑暴露期间应

密切监测周边环境变形，以实测值为准。

4.5.3.减压降水引起的地面沉降控制措施

（1）临近建筑物和地下管线的减压井抽水时间应尽量缩短，按需降水。

（2）采用信息化施工，建议对坑内外观测井水位进行实时跟踪监测，发现

问题及时调整抽水井数量及抽水流量，进行按需降水。

（3）环境监测资料应及时报送降水项目部，以绘制相关的图表、曲线，调

控降水运行程序，确保基坑开挖安全和环境安全。

（4）在降水井群施工完成后，应及时进行试运行，详细制定降压降水的运

行方案。

（5）在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水头，根据试运行得到的

结果，按开挖深度确定井群的运行。在控制承压水头足以满足基坑