深基坑突涌事故原因及處理措施

陳家春，張登

(福建省建筑輕紡設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

引 言

地下水是地質(zhì)環(huán)境最為活躍的組成部分。深基坑工程事故中有相當(dāng)一部分是由于基坑開挖引發(fā)地下水變動(dòng)引起[1]。對(duì)于坑底以下存在承壓水的深基坑工程，當(dāng)基坑開挖導(dǎo)致上覆不透水層過薄，承壓水將頂裂或沖破基坑底部，引發(fā)突涌事故[2]?，F(xiàn)行規(guī)范[3]采用壓力平衡法計(jì)算基坑突涌穩(wěn)定性，即將上覆土層視為不透水體，用其重力平衡水壓力。此外，規(guī)范流土穩(wěn)定性驗(yàn)算公式考慮了上覆土層滲透性的影響，用有效重度平衡滲透力的方法進(jìn)一步驗(yàn)算。上述公式雖然忽略了土體強(qiáng)度、樁基摩擦力、基坑形狀等因素的影響[4]，但只要針對(duì)地質(zhì)條件妥善使用是可以基本滿足工程要求的[2]。當(dāng)驗(yàn)算不滿足基坑突涌穩(wěn)定時(shí)，就需要對(duì)基坑進(jìn)行地下水控制。對(duì)于承壓水，一般可采取三類處理措施:降低承壓水位、隔離地下水和坑底加固[5]。這些措施在大量的工程實(shí)踐中被證明是有效的，但由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性以及施工質(zhì)量等原因，基坑突涌事故仍時(shí)有發(fā)生。此時(shí)，就需要在分析事故原因的基礎(chǔ)上，積極應(yīng)對(duì)，妥善處理，減小損失。

本文以福建某三層地下室基坑突涌事故為例，對(duì)突涌事故原因進(jìn)行了分析，并對(duì)工程的處理措施進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。本工程研究成果可為相關(guān)工程基坑突涌事故處理提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

福建省某醫(yī)院診療中心大樓共設(shè)三層地下室，地下三層底板面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為:－15.25m，底板厚500m，底板底設(shè)200mm厚墊層，基坑開挖深度為14.60m?；娱_挖范圍內(nèi)的土層情況如(表1)所示。場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面圖如(圖1)所示。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，基坑支護(hù)形式采用沖鉆孔灌注樁結(jié)合三道內(nèi)支撐。基坑范圍內(nèi)地下水主要為雜填土中的上層滯水，水量貧乏?？颖诩翱拥字饕挥谟倌鄬?，為相對(duì)隔水層，地下水量不大。但坑底以下中砂層為承壓水含水層，其頂板埋深18.80～28.50m，安全厚度較小。為防止基坑突涌，設(shè)計(jì)采用三軸水泥土攪拌樁結(jié)合高壓旋噴樁對(duì)地下水進(jìn)行隔離。截水帷幕需穿過中砂層進(jìn)入不透水層不小于1m?；又ёo(hù)平面圖如(圖2)所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

圖2 基坑支護(hù)平面圖

1.2 基坑突涌事故概況

基坑開挖至第三道內(nèi)支撐位置，即開挖深度11.5m。先從圍護(hù)樁間隙而后整個(gè)坑底有大量地下水涌現(xiàn)，導(dǎo)致第三到內(nèi)支撐無法施工。經(jīng)各參建方討論:在基坑內(nèi)試降水，初步判斷高壓旋噴樁是否漏水?，F(xiàn)場(chǎng)為了加快第三道支撐施工，在基坑內(nèi)外同時(shí)抽水。后續(xù)幾周內(nèi)出現(xiàn)地面沉降及周邊建筑沉降超過預(yù)警值，如(圖3、圖4)所示。

圖3 周邊地表沉降過程結(jié)果

圖4 周邊典型建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果

可以看出，降水后，周邊地表沉降迅速急劇發(fā)展，周邊建筑物由于地面沉降在樁側(cè)形成負(fù)摩阻力，造成基礎(chǔ)下沉，沉降發(fā)展相對(duì)滯后，到后期樁端持力層壓縮固結(jié)，樁端承載提升，樁基沉降趨于穩(wěn)定。但倘若地面沉降不取得良好的控制，負(fù)摩阻力進(jìn)一步增加，建筑物仍可能持續(xù)下沉。

2 事故原因分析

2.1 基坑突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[3]，基坑抗突涌穩(wěn)定性可根據(jù)式(1)計(jì)算:

式中:D－承壓水含水層頂面至坑底的土層厚度(m);γ－承壓水含水層頂面至坑底土層的天然重度(kN/m3);hw－承壓水含水層頂面的壓力水頭高度(m);γw－水的重度(kN/m3);Kh－突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，Kh≥1.1。

根據(jù)勘察報(bào)告中砂層頂面的壓力水頭高度約為10.5m，按式(1)計(jì)算D=7.35m。以頂板最小埋深計(jì)算開挖深度11.5m時(shí)的安全厚度為7.30m?？梢耘袛?，如不采取措施，基坑將由于安全厚度不足引發(fā)坑底突涌。

2.2 截水帷幕止水效果

為判斷已有截水帷幕的止水效果，在坑內(nèi)布設(shè)三口抽水井進(jìn)行抽水試驗(yàn)，抽水井位置如(圖2)所示。抽水試驗(yàn)成果如(表2)所示。

表2 抽水試驗(yàn)成果表

從表中數(shù)據(jù)可以看出，中砂層最厚位置(7.5m厚)CSK1出水量是南側(cè)的4倍，這種大水量涌出，可以判斷北側(cè)地下水基坑內(nèi)外是貫通的，高壓旋噴樁止水帷幕成樁在中砂層存在缺陷。進(jìn)一步查明后發(fā)現(xiàn)，上述缺陷是由于高壓旋噴樁未按設(shè)計(jì)圖紙施工以及在三軸水泥攪拌樁與高壓旋噴樁搭接部位未搭接好造成的。

3 事故處理措施及效果

3.1 圍護(hù)樁間距局部堵漏

在第三道支撐以下的土方開挖過程中，首先在局部圍護(hù)樁間隙出現(xiàn)漏水，采取了如下應(yīng)急措施:

(1)在出水口插入導(dǎo)管進(jìn)行反濾導(dǎo)水，同時(shí)用麻袋裝砂進(jìn)行反壓;

(2)在出水點(diǎn)附近支護(hù)樁后面打1排注漿孔，孔深應(yīng)在出水點(diǎn)以下，注漿方法采用先對(duì)孔進(jìn)行清洗，用雙快水泥進(jìn)行壓力灌漿，直至注滿為止(雙快水泥技術(shù)指標(biāo):①三氧化硫:水泥中三氧化硫含量小于9.5%;②比表面積不低于4500cm2/g;③凝結(jié)時(shí)間:初凝不得早于10min，終凝不得遲于60min)。事后發(fā)現(xiàn)，由于基坑開挖過程中出水口數(shù)量不斷增加，該項(xiàng)措施僅能起到局部補(bǔ)漏作用，并不能根本性阻止漏水。

3.2 加強(qiáng)截水帷幕

圖5 截水帷幕加強(qiáng)方案

對(duì)止水帷幕缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)采用在坑外增加兩排高壓旋噴樁的方法。如(圖5)所示。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，增加高壓旋噴樁后，在基坑內(nèi)降水過程中，坑內(nèi)抽水量和坑外沉降速率均有較大幅度減少，這表明截水是有效的。

3.3 基坑降水

采取坑內(nèi)降水措施降低承壓水位，基坑中心承壓水位降深按式(2)計(jì)算:

式中:h0為隔水層安全厚度(m)。

基坑降水的降深需嚴(yán)格控制，防止周邊建筑物及地面發(fā)生過大沉降。同時(shí)，坑外需設(shè)置回灌井，減小坑外沉降。

3.4 加快承臺(tái)及地下室底板施工

為進(jìn)一步縮短基坑暴露時(shí)間，加快基坑施工進(jìn)度?；A(chǔ)改用整片大承臺(tái)替代原有分散分布的承臺(tái)。此外，為加快底板封底及外墻形成封閉的隔水墻，取消后澆帶。同時(shí)采用低收縮混凝土材料、跳倉澆筑、控制縫等方法減少混凝土收縮后對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

采用上述措施后，工程得以順利實(shí)施，收到了良好的效果，并將損失減小到最低限度。

4 結(jié)論

(1)基坑坑底以下存在承壓水時(shí)，易由于安全厚度不足引發(fā)基坑突涌，需引起重視。

(2)基坑突涌的原因是由于基坑截水帷幕施工質(zhì)量差導(dǎo)致基坑隔水失敗，未能按設(shè)計(jì)意圖提高基坑抗突涌穩(wěn)定性。

(3)對(duì)上述基坑采用了圍護(hù)樁局部堵漏、加強(qiáng)截水帷幕、基坑降水、加快承臺(tái)及地下室底板施工等措施，收到了良好的效果，可為相關(guān)工程事故提供借鑒。

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[2]潘泓，曹洪，譚澤新，尹小玲.基坑抗突涌計(jì)算方法的對(duì)比分析及應(yīng)用探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006(supp.2):3529－3534.

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