簡析深基坑管涌原因及處理措施建議

周進(jìn)

摘要：隨著工程規(guī)模擴(kuò)大、深基坑工程數(shù)量的增多，基坑工程安全問題也顯得日益重要。本文以新建連云港至徐州鐵路跨京杭運(yùn)河連續(xù)梁拱基坑為例闡述了在鐵路橋梁工程深基坑工程中比較容易出現(xiàn)的管涌災(zāi)害，簡單分析其產(chǎn)生的原因，并依據(jù)管涌嚴(yán)重程度及工程實(shí)際提出了擋水鋼板樁、旋噴止水、降水減壓及泌水壓重四種簡單治理方法，僅供參考。

關(guān)鍵詞：深基坑；管涌；原因分析；措施

1、工程簡介

新建連云港至徐州鐵路跨京杭大運(yùn)河連續(xù)梁拱主跨位于邳州市京杭運(yùn)河河道上，距上游隴海鐵路京杭運(yùn)河特大橋約50m，新建高速電氣化鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h?？缢鎸挾?75米，采用（84+168+84）m系桿拱梁跨越，京杭運(yùn)河目前水位22.9m。159#主墩承臺平面尺寸為14.6×19.9×5m，承臺底標(biāo)高為10.712 m，圍堰頂標(biāo)高24.0m，基坑開挖深度13.788m。159#主墩地質(zhì)：粉質(zhì)黏土7m、粉質(zhì)黏土4.66m、粉細(xì)砂10m。

充分考慮地質(zhì)及涌水影響，深基坑采用以下方式防護(hù)：159#主墩采用外圍防水9m拉森鋼板樁鋼圍堰+18m拉森鋼板樁支護(hù)+四道內(nèi)支撐的方式施工，159#墩基坑底部采用高壓旋噴樁注漿，注漿4.41m上面施作0.5mC30封底混凝土。

2、簡析管涌產(chǎn)生的原因

鐵路橋梁基坑工程是一個(gè)整體的系統(tǒng)的工程，基坑出現(xiàn)的問題一般是由多方面的原因所造成的，其中管涌是比較常見的。當(dāng)基坑開挖以后，在一定水力梯度滲流作用下，下層的相對不透水層將會承受較大的水壓力，在沒有反濾層保護(hù)的情況下，當(dāng)這股水壓力沖破了不透水層，或者圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在著某個(gè)薄弱部位，反壓土體的厚度的損失，粉土、粉砂、細(xì)砂等就會隨水而流出，即發(fā)生了“管涌”。

本橋159#主墩在開挖至距離承臺設(shè)計(jì)底標(biāo)高位置1.3m-1.8m處，有4處出現(xiàn)不同程度的涌水、涌沙現(xiàn)象（一個(gè)大的管涌口30cm+三個(gè)小的管涌口5-8cm），其他位置亦有征兆，持續(xù)有氣泡冒出基底出現(xiàn)。具體分布如下圖。

159#主墩管涌情況示意圖（藍(lán)色為管涌口，其余為氣泡）

原因分析：（1）首先，管涌發(fā)生的根本原因是地質(zhì)。本基坑地質(zhì)較差，上層是含水量豐富、相對比較透水的粉質(zhì)黏土，下層是粉細(xì)砂，底部不采取措施必然會出現(xiàn)涌水。雖然我們對工程范圍的地質(zhì)有比較清楚的了解、認(rèn)真及時(shí)地研究地質(zhì)的條件、并根據(jù)地質(zhì)確定了有針對性的圍護(hù)施工方案，但是基坑較深、底面較大、高壓旋噴樁封底后的密封面仍然抵消不了管涌在某個(gè)薄弱點(diǎn)發(fā)生。

（2）其次，主要是施工自身的原因：①拉森鋼板樁圍護(hù)鎖扣不嚴(yán)密，有兩處未扣緊、采用棉絮堵塞后仍有少量漏水；②止水帷幕封閉不了、質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，高壓旋噴樁咬合不到位、與粉細(xì)砂混合聯(lián)結(jié)不密實(shí)；③排水應(yīng)急措施不全，起初僅準(zhǔn)備三臺小功率泵、未準(zhǔn)備大功率泵；④工藝方案的選擇不當(dāng)，兩臺小挖機(jī)在基坑內(nèi)進(jìn)行第四道圍檁下土方開挖未按分段開挖實(shí)施。

3、判別管涌危險(xiǎn)程度

當(dāng)159#主墩發(fā)生管涌現(xiàn)象以后，參考相關(guān)資料，我們依據(jù)管涌的具體情況進(jìn)行觀察、判斷，分析管涌的嚴(yán)重程度，最終總結(jié)可從如下的幾個(gè)方面判別管涌危險(xiǎn)程度，分別是：①管涌口直徑（最大30cm），②涌水的渾濁程度和帶砂的情況（渾濁夾砂），③洞口擴(kuò)展的情況（擴(kuò)展較快），④涌水量（較大），⑤涌水的水頭（較深）。本基坑北側(cè)50m為既有運(yùn)營電氣化鐵路-隴海線，安全要求較大，基坑內(nèi)不能任意抽水以免造成既有鐵路路基下沉。故提高管涌的嚴(yán)重程度判別等級，認(rèn)定本基坑管涌為重大程度。危險(xiǎn)程度分級建議分為以下四級。

3.1輕微程度：當(dāng)基底地面有水滲出、出現(xiàn)隆起、細(xì)流流出等現(xiàn)象，可能就是管涌出現(xiàn)前的預(yù)兆。此時(shí)需要適當(dāng)暫停開挖，觀察發(fā)展情況。

3.2一般程度：若管涌口所涌出來的水量小，水流的流速小，攜泥攜砂量也較少，那么這種情況則屬于較輕的管涌，可不對管涌口進(jìn)行處理。此時(shí)可在管涌口附近挖集水坑設(shè)水泵等進(jìn)行集中的抽排，同時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況采取止水或者降水措施。

3.3較大程度：隨著管涌的進(jìn)行，管涌的嚴(yán)重程度不斷發(fā)展，管涌的口徑不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致管涌流量不斷增大，隨之帶出的砂、泥也越來越多，逐步發(fā)展成較大險(xiǎn)情。

3.4重大程度：如果管涌的開口較大，水流速快、短時(shí)間內(nèi)管涌攜帶出大量的泥砂，這就屬于嚴(yán)重的管涌，必須在發(fā)現(xiàn)情況時(shí)，立刻采取相應(yīng)的應(yīng)急措施進(jìn)行處理，如濾水壓重等。

4、管涌處理措施建議

管涌程度受地質(zhì)的影響，對管涌采取的處理方案也各有差異，應(yīng)因地制宜確定最佳處理方案。首先是工程前期的預(yù)判、根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識別確定預(yù)防措施并落實(shí)到位，其次是后續(xù)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)以疏為主，以疏、排、堵、截、壓綜合治理。

4.1前期預(yù)判

深基坑施工前需要根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研判并制定預(yù)防措施：本橋基坑開挖深度較大（13.788m），地質(zhì)較差（下臥層為10m粉細(xì)砂層）?？紤]安全采用軟件理論計(jì)算需要18m鋼板樁+4道內(nèi)支撐可滿足相關(guān)圍護(hù)要求；考慮管涌影響采用高壓旋噴樁封底處理使基坑底部形成密封環(huán)境。

（1）應(yīng)急備品（出現(xiàn)管涌時(shí)適用）

本橋?qū)Ω邏盒龂姌斗獾走M(jìn)行改進(jìn)，①在基坑底部采用φ60cm高壓旋噴樁注漿，將底部固結(jié)成一個(gè)整體，抵抗底部的承壓水，漿液與鋼板樁之間產(chǎn)生咬合，樁與樁之間咬合間距設(shè)置20cm；②在外圍擋水鋼圍堰與內(nèi)層支護(hù)鋼圍堰之間60cm寬度采用φ60cm高壓旋噴樁注漿封閉?？孜徊贾梅桨福好坊ㄐ筒贾瞄g加固區(qū)域21.6×16.8m，如下圖所示，159#承臺注漿深入砂層4.41m。用全液壓多功能工程鉆機(jī)配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，單管法自下而上旋噴成墻?？傮w施工質(zhì)量可控。

（2）增設(shè)鋼板樁

為應(yīng)對汛期京杭運(yùn)河水位升高，在鋼板樁圍堰臨河道一側(cè)插打外圍鋼圍堰，內(nèi)外兩層圍堰間距為60cm。159#主墩外圍鋼圍堰采用9m拉森鋼板樁，打入土層4m，入土部分內(nèi)外兩層圍堰間施打高壓旋噴樁，其中159#墩旋噴樁頂面高出水面20cm，鋼板樁頂部采用HW400*400型鋼做圍檁，形成整體。

4.2險(xiǎn)情處理

（1）降水減壓

在管涌發(fā)生部位對應(yīng)的基坑外側(cè)設(shè)置井點(diǎn)降水，經(jīng)過抽排該段地下水位將會降低，切斷管涌水力的供應(yīng)，管涌將逐漸減弱。降水井根據(jù)基坑深度、地質(zhì)情況選擇管井降水，本橋采取管井降水+基坑內(nèi)大功率泵抽水形式進(jìn)行處理。因?yàn)樾枰欢〞r(shí)間進(jìn)行井點(diǎn)降水，故在降水產(chǎn)生效果前，采取反壓措施來避免管涌情況的惡化（將挖機(jī)吊出，讓水滲透滿基坑、暫不抽水）。

（2）濾水壓重

當(dāng)管涌涌水涌砂量大，情況嚴(yán)重，其他措施都來不及采取時(shí)，可直接將濾水性材料+棉被分層壓在管涌口范圍以內(nèi)，通常情況下由下層到上層，壓重的顆粒由小到大，根據(jù)管涌程度確定具體的厚度，一般情況下分層厚度不宜小于30cm。

本橋分段開挖分段封底，在中間段出現(xiàn)一處大管涌，口徑30cm，涌水涌砂量大，情況嚴(yán)重，緊急采用棉被+砂夾碎石+棉被+碎石壓重，處理后僅有清水泌出，順溝集中排出。

（3）加強(qiáng)觀測

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）要求，基坑工程監(jiān)測頻率的確定滿足能系統(tǒng)反映監(jiān)測對象所測項(xiàng)目的重要變化過程而又不遺漏其變化時(shí)刻的要求?；庸こ瘫O(jiān)測工作應(yīng)貫穿于基坑工程施工全過程。監(jiān)測期應(yīng)從基坑工程施工前開始，直至地下工程完成為止。管涌發(fā)生后，應(yīng)加強(qiáng)基坑圍護(hù)觀測、管理點(diǎn)及流量測量、周邊結(jié)構(gòu)物變形觀測等，為處理決策提供依據(jù)。

5、結(jié)語

管涌的初始的階段通常情況下的征兆并不是很明顯，比較不容易被預(yù)防，如果發(fā)作或發(fā)展起來又是非常的迅急，此時(shí)需要對管涌產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確的分析，及時(shí)地對癥下藥制定出應(yīng)對的處理方案，并且要做到堅(jiān)決果斷的實(shí)施，盡可能的把管涌的危害降低到最小。

當(dāng)管涌得到有效抑制后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定下一步施工方案，原則上應(yīng)快速開挖、及時(shí)封底，管涌點(diǎn)泌出清水、流量不大時(shí)可在封底混凝土下預(yù)埋管道引入集水坑，不影響后續(xù)施工。

參考文獻(xiàn)

[1]宋維新，壓密注漿在處理基坑管涌中的作用，《西部探礦工程》，2014

[2]朱萬連，對深基坑施工中出現(xiàn)流沙和管涌現(xiàn)象的防治，《山西建筑》，2015

[3]陳福正，多項(xiàng)技術(shù)在深基坑管涌處理中的綜合應(yīng)用，《建筑施工》，2017 [4] 劉建航，侯學(xué)淵，《基坑工程手冊[M]》（中國建筑工業(yè)出版），1997

（作者單位：中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司）