深基坑排水對城市污水系統(tǒng)的影響

孫曉峰 寧 冉 賈恒松

（1．上海市水務規(guī)劃設計研究院，上海 200233；2．上海城投水務（集團）有限公司，上海 200002；3．中國市政工程西北設計研究院有限公司，浙江 嘉興 314000）

上海地區(qū)地下水豐沛，承壓含水層水量補給充足，為保障建設工程安全，保證周邊環(huán)境的穩(wěn)定性，深基坑工程普遍采取降排水措施[1]，并將所抽地下水排放至市政排水管道，這會對城市局部排水系統(tǒng)尤其是位于末端的污水處理廠運行產(chǎn)生影響。孫永利等[2]指出，非生活污水擠占管網(wǎng)和污水處理廠容積導致的污水溢流排放是城市生活污水集中收集率偏低的重要原因。受多種外水入侵影響，上海末端污水處理廠溢流現(xiàn)象突出，高峰時期日均有數(shù)十萬噸的污水未經(jīng)處理溢流到長江，受到中央環(huán)保督察的高度關(guān)注[3]。因此，查明深基坑排水進入末端污水處理廠的水量，是城市排水系統(tǒng)擠排外水的重要基礎(chǔ)工作，但目前尚未見到有關(guān)研究。

為評估上海深基坑排水對城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)等影響，該文分析了上海2020年度深基坑降對全市主城區(qū)及郊區(qū)各污水排水系統(tǒng)的影響，并根據(jù)深基坑深度和排水量屬性，提出深基坑排水的管控指標和管控建議，以期為污水收集處理系統(tǒng)提質(zhì)增效和地下水資源保護提供參考。

1 研究方法

自2019年起，上海市住建委對深度≥7m 的深基坑工程統(tǒng)一進行技術(shù)審查。根據(jù)工程建設實踐經(jīng)驗，雖然深度＜7m的基坑數(shù)量多，但是深度淺、規(guī)模小，基坑排水以潛水疏干為主，其排水量較小，一般可忽略不計。綜合深基坑排水受開挖面積、開挖深度、水文地質(zhì)、止水隔墻深度和降水施工周期等因素影響[4]，結(jié)合多個實際工程案例、抽水試驗及水文經(jīng)驗，計算不同區(qū)域、不同類型的深基坑排水量，分析深基坑排水量的分布規(guī)律。

為計算深基坑排水進入相關(guān)污水收集處理系統(tǒng)的水量，合流制范圍內(nèi)深基坑排水量按照全部進入污水收集系統(tǒng)計算；對分流制強排區(qū)域內(nèi)的深基坑，參照部分分流制雨水泵站年內(nèi)開泵天數(shù)情況（開泵天數(shù)約占全年10%～25%）按照80%的深基坑排水量進入污水系統(tǒng)計算；對分流制自排區(qū)域內(nèi)的深基坑，考慮存在一定的雨污混接和自排雨水管初雨截流情況，其排入污水系統(tǒng)的水量按照降排水總量的10%計算。

疏干降水量采用給水度（μ）計算法；承壓層降水量采用等效給水度（μ1）計算法，采用等效給水度值根據(jù)類似案例結(jié)合經(jīng)驗選取，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：Q為疏干降水量，m3；Q1為降壓降水量，m3；F為基坑面積，m2；S為含水層頂板至安全水位的距離，m。

2 全市深基坑基本情況

2.1 地下含水層情況

上海地區(qū)地層中蘊藏著豐富的地下水，地下水的類型包括潛水、微承壓水及承壓水。根據(jù)目前工程建設的現(xiàn)狀與地下空間開發(fā)的深度，對工程建設有影響的主要是潛水、微承壓含水層和第一承壓含水層（第⑦層）、第二承壓含水層（第⑨層）。潛水一般賦存于淺部地層中的填土、黏性土、粉性土和砂土中，一般位于層的第②層及第③層，潛水含水層排水量較小，基坑排水以疏干為主。微承壓含水層是指第④2、⑤2 層及第⑤3夾粉性土或砂土含水層，含水量次之，當其與第一承壓含水層相連時，水量較為豐富。承壓含水層含水量較大，涉及第⑦、⑨層相連的深基坑排水量更大[5-6]。以中心城為例，微承壓及承壓含水層主要涉及的第⑤2 層、第⑦層及第⑨層等地層。

根據(jù)微承壓及承壓含水層主要涉及的第⑤2 層、第⑦層及第⑨層等地層的分布，將上海中心城區(qū)分為不同的地層結(jié)構(gòu)區(qū)，各區(qū)域情況見表1。

表1 中心城區(qū)含水層分布統(tǒng)計表

2.2 2020年深基坑情況

根據(jù)上海市住建委科技委深基坑（深度≥7m）評估資料，2020年全市深基坑項目共349 個。基坑開挖面積除個別較大或者較小外，集中分布范圍為3000m2～35000m2?；娱_挖深度主要在8m～15m，占基坑總量的78%；深度＞15m 深基坑數(shù)量占22%，深度＜7m 或≥40m 的基坑數(shù)量極少。位于中心城區(qū)的深基坑數(shù)量為189 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為50 個；位于外環(huán)線以外地區(qū)的深基坑總數(shù)為160 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為22 個。

2.2.1 不同排水體制內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同排水體制范圍的數(shù)量進行分析，2020年合流制區(qū)域深基坑數(shù)量59 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為17 個；位于分流制區(qū)域的深基坑數(shù)量為290 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為56 個，見表2。

表2 2020年不同排水體制范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.2.2 不同排水模式內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同排水模式范圍的數(shù)量進行分析，2020年強排區(qū)域深基坑數(shù)量205 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為50 個；位于自排區(qū)域的深基坑數(shù)量為144 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為22 個，見表3。

表3 2020年不同排水模式范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.2.3 不同污水系統(tǒng)片區(qū)內(nèi)的深基坑分布情況

按照深基坑分布在不同污水系統(tǒng)片區(qū)的數(shù)量進行分析，2020年白龍港片區(qū)深基坑數(shù)量165 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為52 個；位于竹園片區(qū)的深基坑數(shù)量為79 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為16 個；位于石洞口片區(qū)的深基坑數(shù)量為22 個，其中深度≥15m 的基坑數(shù)為1 個，見表4。

表4 不同污水系統(tǒng)片區(qū)范圍內(nèi)深基坑數(shù)量分布

2.3 深基坑排水量估算

根據(jù)相關(guān)工程地質(zhì)勘察報告、水文地質(zhì)勘察報告和實際工程情況進行評估，須進行施工降承壓水的深基坑項目167個，其中須降第⑤層微承壓含水層的項目104 個，須降第⑦層承壓含水層的項目63 個，見表5。經(jīng)調(diào)查計算，2020年全市深基坑排水總量約為8173 萬m3～9133 萬m3，折算為22.4 萬m3/d～25.0 萬m3/d。

表5 2020年深基坑排水總量估算匯總

按照深基坑排水規(guī)模分析，單個基坑排水量≤20 萬m3的深基坑數(shù)量共有270 個，占基坑總量的77%，其排水總量約707 萬m3，占基坑總排水量的8%；單個基坑排水量＞20 萬m3的深基坑數(shù)量共有79 個，占基坑總量的23%，其排水總量約8426 萬m3，占基坑總排水量的92%。

按照區(qū)位分析，中心城內(nèi)深基坑排水量為13.0 萬m3/d～15.4 萬m3/d，外環(huán)以外地區(qū)為9.4 萬m3/d～9.6 萬m3/d。按照不同排水體制范圍內(nèi)深基坑排水量估算，合流制范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為4.5 萬m3/d～5.0 萬m3/d，分流制范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為17.9 萬m3/d～20.0 萬m3/d。按照不同排水模式范圍內(nèi)深基坑排水量估算，強排區(qū)范圍內(nèi)深基坑年度排水總量為15.7 萬m3/d～18.1 萬m3/d，自排區(qū)范排圍內(nèi)深基坑年度排水總量為6.7 萬m3/d～6.9 萬m3/d。

根據(jù)深基坑排水進入污水收集處理系統(tǒng)水量的計算結(jié)果，2020年深基坑排入污水系統(tǒng)的總水量為13.8萬m3/ d～16.2萬m3/d，占全市污水處理量的1.7%～2.0%，其中：排入白龍港污水片區(qū)的水量為8.8 萬m3/d～10.8 萬m3/d，占污水處理量的3.0%～3.7%；排入竹園污水片區(qū)的水量為4.4 萬m3/d～4.7 萬m3/d，占污水處理量的1.9%～2.0%；排入石洞口污水片區(qū)的水量為約0.4 萬m3/d，約占污水處理量的0.6%。嘉定黃浦江上游、杭州灣和崇明片區(qū)接納的深基坑排水量較小，見表6。

表6 2020年深基坑排入污水處理系統(tǒng)的水量估算

中心城區(qū)深基坑分布與排水系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。

綜上所述，深基坑排水進入城市污水處理收集處理系統(tǒng)的水量已非?？捎^，如果與污水處理廠日均數(shù)十噸的溢流水量相比，所占比例更高。因此，管控深基坑降排水水量是城市排水管網(wǎng)“擠外水”重要的工作內(nèi)容，建議水行政和建設工程主管部門重點關(guān)注。

3 深基坑降排水管控指標研究

3.1 深基坑工程案例屬性分析

對83 個深基坑降排水工程實際案例進行分析，開挖深度在7m～15m 的基坑數(shù)量較多（約占78%），但其排水量總量較小（占34%），平均單個基坑排水量約1 萬m3；開挖深度大于15m 的深度大于15m 的基坑數(shù)量較少（占22%），但其排水量總量較大（占66%），平均單個基坑排水量約13 萬m3。不同深度深基坑降案例統(tǒng)計情況見表7。

表7 不同深度深基坑降案例統(tǒng)計情況

從單個基坑排水量對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，排水總量≤20萬m3的基坑數(shù)量較多（約占88%），但排水量較?。s占33%），平均單個基坑排水量約3.6 萬m3；排水量＞20 萬m3的基坑數(shù)量較少（約占12%），但排水量較大（約占67%），平均單個基坑排水量約69.3 萬m3，其基坑日均排水量為1970 m3/d。不同排水量深基坑統(tǒng)計情況見表8。

表8 不同排水量深基坑案例統(tǒng)計情況

由此可見，在開挖深度15m 以上或日均排水量2000m3/d以上的深基坑排水量占比最大，應該引起重點關(guān)注。

3.2 管控指標建議

2021年12月1日開始實施的《地下水管理條例》對深基坑降排水提出了管控要求，并明確由省級人民政府制定有關(guān)地下工程開挖深度和排水規(guī)模的管控指標。

該文研究結(jié)果顯示，按照7～15m、>15m 兩種不同深度和≤20 萬m3、>20 萬m3兩種不同排水量為劃分指標，上海深基坑數(shù)量和排水量呈現(xiàn)出“二八”分布規(guī)律。由于基坑排水量受降排水施工工期影響較大，同類型基坑降排水總量可能因施工工期的不同產(chǎn)生較大差異，即同樣排水總量條件下單日排水強度可能有較大的不同?？紤]上海地下水補給充足，單日排水強度較排水總量更具有管控價值?？紤]監(jiān)管效率，建議以日均排水量2000m3/d 或開挖深度15m 作為排水規(guī)模管控指標。

4 結(jié)語

上海2020年度深基坑排水量情況顯示，深基坑工程排入污水處理廠的水量較大，其他城市也可能存在類似現(xiàn)象，應引起水行政和建設工程主管部門等相關(guān)部門高度關(guān)注。研究表明，雖然規(guī)模較大的深基坑數(shù)量少，但是排水量占比較大，可在降排水管控中予以重點關(guān)注。建議加強對深基坑排水方案評審和深基坑排水的監(jiān)管，加大深基坑降水就地回灌和就近回用力度；建立深基坑降水排入市政雨水管網(wǎng)許可管理機制，精準減控深基坑排水進入污水系統(tǒng)排水量，并開展基于地下水入侵情況下排水系統(tǒng)智能化運行和污水處理廠工藝運行提質(zhì)增效研究。為降低對城市污水收集處理系統(tǒng)影響，基坑降排水就近直接排入河道成效最明顯。但是目前尚存在2 個問題：1）尚無法辦理深基坑降排水排入河道手續(xù)，這需要水務、環(huán)保等部門加快研究有關(guān)政策機制。2）地下水可能存在鐵錳超標問題，深基坑降排水直接入河可能因空氣氧化而呈紅色，易造成社會負面影響，建議盡快開展有關(guān)深基坑降排水排入河道水質(zhì)標準研究。

致謝：感謝上海市水務局（上海市海洋局）以及上海市地礦工程勘察（集團）有限公司、上海市地質(zhì)調(diào)查研究院、上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司、上海山南勘測設計有限公司、上海長凱巖土工程有限公司等技術(shù)單位對于本論文的鼎力支持。