深基坑內(nèi)管涌、流砂的事故原因及補(bǔ)救措施

靳 虎 聶集祥 肖克云 何逸龍 羅兵兵

黃河科技學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南濟(jì)源 459000

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市化進(jìn)行的速度也在不斷加快，在城市建設(shè)的過程中出現(xiàn)了越來越多的大規(guī)模建筑，這些建筑附有較深的超大地下室。而且隨著人們對于居住環(huán)境和生活品質(zhì)的追求，很多大型建筑開始選在在河岸邊進(jìn)行施工建設(shè)。因此，對于建筑物的基礎(chǔ)施工提出了更高的要求。在深基坑的施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的降水措施，例如，利用深井降水或輕型井點(diǎn)等人工降水的方式，以及通過圍護(hù)抗?jié)B等措施來達(dá)到設(shè)計(jì)和施工的要求。然而有些建筑工程會遇到地下有不透水的土層存在、不同土層在滲透系數(shù)上有較大差異、或者土層中有粉砂層夾雜，且其滲透系數(shù)比較大以及遇到人工水管在深基坑附近發(fā)生漏水等各種復(fù)雜的地質(zhì)和水位情況，這些都會有可能導(dǎo)致深基坑出現(xiàn)管涌或流砂等事故，嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)行。因此，相關(guān)的施工單位和技術(shù)人員應(yīng)準(zhǔn)確分析造成管涌和流砂事故的主要原因，并及時采取有針對性的處理措施加以補(bǔ)救。

1 深基坑工程發(fā)生管涌和流砂事故的主要原因

1.1 深基坑工程發(fā)生流砂事故的原因

松散的小顆粒土在飽和以后，由于動水所產(chǎn)生的壓力作用而發(fā)生流動懸浮，就形成了流砂。動水壓力作用于土體顆粒，產(chǎn)生了相應(yīng)的拖拽，這種拖拽力就被稱為滲流力。如果水自下而上發(fā)生滲流，則滲流力的方向向上；反之，則滲流力的方向向下，始終與滲流的路徑保持相同。滲流力的大小和水力梯度是正比例關(guān)系。如果滲流力向上，且超過了土體的自重時，因?yàn)橥馏w飽和出現(xiàn)了軟化現(xiàn)象，降低了其抗剪強(qiáng)度，就會使顆粒間的應(yīng)力作用消失，造成土粒出現(xiàn)懸浮現(xiàn)象而產(chǎn)生移動，土體的穩(wěn)定性減弱，因而導(dǎo)致流砂事故的發(fā)生。

1.2 深基坑工程發(fā)生管涌事故的原因

深基坑工程在施工時沒有在基底進(jìn)行碾壓并做好鋪墊層，造成底板的防滲結(jié)構(gòu)較差，就有可能在地下水的壓力作用下發(fā)生管涌。一般來說，地基土的厚度分布和顆粒粗細(xì)程度的一致性，以及其接觸的連續(xù)性與管涌的產(chǎn)生密切相關(guān)。特別是在承壓水發(fā)生垂直方向上的滲透時，各土層的滲透力和流速都存在明顯的不同，這就會帶走接觸面上的一些細(xì)小的顆粒，進(jìn)而造成接觸面發(fā)生被沖刷的現(xiàn)象。某些深基坑工程的下方存在承壓水，因此在基坑的開挖過程中，含水層上方所覆蓋的不透水層厚度在不斷降低，最終造成基坑底板被承壓水所沖破，由此而產(chǎn)生了管涌事故。發(fā)生管涌后，基底破裂，且地下水發(fā)生突涌，會使深基坑的邊坡發(fā)生失穩(wěn)的情況，同時相關(guān)的支護(hù)結(jié)構(gòu)甚至周邊建筑都會出現(xiàn)位移或沉降。這些問題不僅對地基造成了極其嚴(yán)重的破壞，也給施工帶來了更大的難度。

2 深基坑工程發(fā)生管涌和流砂事故的主要原因時的補(bǔ)救措施

2.1 發(fā)生流砂事故時的補(bǔ)救措施

一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了流砂事故要立即停止開挖施工，并盡快進(jìn)行回填，也可以采取注水的辦法，直至達(dá)到地下水的浸潤位置。同時在深基坑的周圍應(yīng)設(shè)置閉合井點(diǎn)，使地下水位盡快回落。

2.1.1 對流砂發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行封堵

如果發(fā)現(xiàn)在深基坑的開挖作業(yè)面或者坑壁發(fā)生流砂事故時，首先應(yīng)盡快明確流砂的具體位置、流砂量和其范圍等情況，并立即用水泥以及袋裝粘土等封堵材料進(jìn)行反壓回填。通過降低動水壓力或增加壓重的方式來封堵流砂點(diǎn)。反濾層應(yīng)在水流的連出段進(jìn)行分層鋪設(shè)。同時通過在滲流的向上地表出口覆蓋透水材料增加壓重的方式來對滲流力加以制衡，從而使溢流出口能夠保持穩(wěn)定性。如情況緊急時可以在流砂點(diǎn)采用鋪設(shè)竹席同時拋入大型石塊，以及填土或灌水等方式來進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)救。補(bǔ)救施工要盡量加快速度，才能有效控制住事故范圍。

2.1.2 采取應(yīng)急降水措施

可以利用井點(diǎn)或管井等措施來促使地下水位下降，回落到基坑坑底下方。還在深基坑的四周布設(shè)咬合樁或攪拌樁等設(shè)施形成止水帷幕，以降低動水壓力，并延長地下水發(fā)生滲流的路徑，從而對地下水流進(jìn)行堵截。也可以結(jié)合流砂的具體位置，在圍護(hù)墻的外通過注漿等方式來封堵流砂點(diǎn)。如果其他補(bǔ)救措施無法對流砂點(diǎn)進(jìn)行有效封堵時，可以采用液氮或者液氨來凍結(jié)流砂點(diǎn)，通過斷截水力聯(lián)系的方式來對地下水的滲流加以阻斷。

當(dāng)流砂事故發(fā)生時要對基坑周邊的水管情況進(jìn)行密切的監(jiān)測。另外，還要對地下水的水源補(bǔ)給情進(jìn)行觀察，對各種相關(guān)信息要及時進(jìn)行分析處理，以便迅速采取應(yīng)對措施。

2.2 發(fā)生管涌事故時的補(bǔ)救措施

由于管涌發(fā)生的程度并不相同，而且其相關(guān)的地質(zhì)條件也存在較大的差異，因此，補(bǔ)救措施也不一致。在實(shí)際處理時應(yīng)結(jié)合具體的管涌情況進(jìn)行相應(yīng)的疏排，并靈活采用多種補(bǔ)救方案進(jìn)行綜合性的應(yīng)急處置。

2.2.1 利用集水井進(jìn)行排水補(bǔ)救

如果管涌發(fā)生時深基坑的坑底標(biāo)高超過了不透水的土層，同時周圍未經(jīng)過施工的土體中地下水的浸潤線也沒有超過坑底標(biāo)高，在這種情況下可以通過集水井來進(jìn)行排水處理。當(dāng)基坑在地下水的承壓作用下發(fā)生管涌事故時，要及時在管涌口覆蓋砂石來防止管涌口流失砂土，并立即在坑底位置挖掘臨時性的集水坑，通過水泵將水排出。當(dāng)搶挖作業(yè)進(jìn)行到坑底的標(biāo)高位置時，可以利用潛水泵對埋入坑底土中的集水井中的水進(jìn)行抽排。在集水井和管涌點(diǎn)將應(yīng)設(shè)置排水盲溝，從而使涌水能夠通過盲溝進(jìn)入集水井中。在管涌點(diǎn)的數(shù)量比較多的情況下，可以在坑底鋪設(shè)砂石作為墊層。

2.2.2 利用管井進(jìn)行減壓降水補(bǔ)救

發(fā)生管涌事故時可以在深基坑外采取降水措施來使水力供應(yīng)得到有效的降低，減少壓力差，從而對管涌事故進(jìn)行有效的控制。其主要的補(bǔ)救方式為在深基坑的外側(cè)對發(fā)生管涌的位置相對應(yīng)處設(shè)置井點(diǎn)，進(jìn)行降水。通過對該段的地下水進(jìn)行抽排來降低其水位，從而阻斷其供應(yīng)水力，逐步對管涌程度加以控制。但是采取井點(diǎn)降水的補(bǔ)救方式時，需要耗費(fèi)一定的時間來完成相關(guān)的施工作業(yè)，因此，在實(shí)現(xiàn)有效降水前要首先采取一些疏排或反壓等措施來緩解管涌程度，防止管涌出現(xiàn)進(jìn)一步的擴(kuò)大。另外，要在綜合分析計(jì)算承壓水的土層滲透參數(shù)和水頭高度的基礎(chǔ)上，結(jié)合深基坑的實(shí)際大小來確定井點(diǎn)的數(shù)量。

2.2.3 采用注漿法進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)救

如果是在深基坑工程的局部開挖時發(fā)生了管涌事故，在承壓水頭的位置位于頂面標(biāo)高以下時可以通過注漿法來進(jìn)行補(bǔ)救處理。在停止開挖作業(yè)后首先進(jìn)行土方的回填施工，回填土方高度超過承壓水頭位置，并埋沒管涌點(diǎn)。然后使用小型注漿設(shè)備進(jìn)行注漿，以加固基坑內(nèi)的回填土方。在注漿時應(yīng)在漿液中按比例加入早強(qiáng)劑或者水玻璃等成分，以提高注漿的早期強(qiáng)度，并加快其凝固速度。當(dāng)土體達(dá)到了強(qiáng)度要求時應(yīng)開挖深坑，在坑底穿過或接近了不透水的土層時，要驗(yàn)算坑底土體的抗浮穩(wěn)定性，從而對土層加固注漿的厚度加以確定。在實(shí)際的補(bǔ)救處置時可以結(jié)合實(shí)際情況綜合采用注漿和井點(diǎn)降水這兩種方法來對管涌進(jìn)行處理，以提高補(bǔ)救的效果。

2.2.4 采用濾水壓重的方式進(jìn)行補(bǔ)救

如果發(fā)生了嚴(yán)重的管涌事故，出來了大量的涌砂和涌水時，在其他的補(bǔ)救措施均無法及時采用的情況下，可以在管涌口處直接分層壓填濾水材料，其壓重顆粒應(yīng)按照由小到大的順序自下而上依次壓填，并按照管涌的具體程度來決定厚度，且每一分層的厚度都應(yīng)保持在30cm以上。

2.2.5 利用旋噴樁或攪拌樁進(jìn)行止水補(bǔ)救

造成管涌事故發(fā)生的一個主要因素是圍護(hù)結(jié)構(gòu)沒有完全閉合。如果接縫的寬度大于5cm時應(yīng)采用攪拌樁或者高壓旋噴的方式來進(jìn)行止水補(bǔ)救。實(shí)施補(bǔ)救時可以在樁間的外側(cè)進(jìn)行單根旋噴樁或攪拌樁的施作，另外，還應(yīng)在樁體外側(cè)進(jìn)行攪拌樁墻或者旋噴樁墻的施工。

3 結(jié)語

深基坑工程在施工時經(jīng)常會遇到管涌和流砂事故的發(fā)生，因此，在進(jìn)行施工方案的設(shè)計(jì)時就要做好排水補(bǔ)救的應(yīng)急預(yù)案。同時，在施工現(xiàn)場應(yīng)按照預(yù)案要求準(zhǔn)備好應(yīng)急處置時多需要各種材料和相關(guān)設(shè)備。某些建筑區(qū)域的土層情況較為復(fù)雜，造成地質(zhì)報告難以全面準(zhǔn)確的反映該區(qū)域的滲透參數(shù)，因此，在計(jì)算深基坑工程的涌水量時會出現(xiàn)一定誤差，進(jìn)而導(dǎo)致流砂和管涌現(xiàn)象的發(fā)生。所以，在對深基坑工程進(jìn)行降水設(shè)計(jì)時，不僅要對地質(zhì)報告進(jìn)行認(rèn)真的分析，還應(yīng)開展相關(guān)的試驗(yàn)，以充分了解土層性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能制定出更有針對性的補(bǔ)救措施，保證深基坑工程的施工安全。補(bǔ)救措施的重點(diǎn)是迅速準(zhǔn)確，因此需要快速的對事故原因進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并及時根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案來開展補(bǔ)救。更重要的是應(yīng)做好相關(guān)的預(yù)防措施，以減少管涌和流砂事故的發(fā)生，才能使深基坑工程更加順利的進(jìn)行施工。

[1] 嚴(yán)秀敏. 淺論深基坑開挖流砂、管涌應(yīng)急降水技術(shù)[J]. 建材與裝飾，2013 （9）：136-138.