城市深基坑工程止水帷幕流砂、突涌事故防治

黃望來 劉兵 劉輝

摘要：本文通過對城市某深基坑止水帷幕突發(fā)流砂、突涌事故引起坑壁土體流失，坑外地面塌陷的應急處置，分析探討了深基坑土的滲透破壞的危害及止水帷幕流砂、突涌事故的防治措施。

Abstract： This paper analyzes and discusses the hazards of the seepage damage of deep foundation pit soil and the prevention measures of quicksand and inrushing accidents through the emergency measures for soil erosion on the pit wall and ground collapse outside the pit caused by sudden quicksand and inrushing accidents of a deep foundation pit in a city.

關鍵詞：深基坑;止水帷幕;流砂;突涌;防治

Key words： deep foundation pit;water-stopping curtain;quicksand;inrushing;prevention and control

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0137-04

0? 引言

目前城市建設飛速發(fā)展，市中心區(qū)域土地資源越趨稀缺，建筑物地下室開挖深度越來越大，基坑止水帷幕承受的水壓力越來越大。由于基坑止水帷幕封閉不嚴發(fā)生流砂、突涌，造成周邊建（構）筑物地基下陷沉降或基坑整體失穩(wěn)的事故時有發(fā)生，因此基坑止水帷幕流砂、突涌防治愈顯重要。

1? 工程概況

1.1 基坑止水及支護方案

昆明市某基坑支護工程位于市中心區(qū)域，基坑西側緊靠某小區(qū)開挖深度19m，支護結構采用Φ1800@2300、L=46000旋挖鉆孔混凝土灌注樁;旋挖支護樁靠基坑外側采用三軸深攪止水帷幕樁3Φ850@1200、L=32m，支護樁間為Φ1200、L=32m三重管高壓旋噴止水樁，施工完成時間2017年08月08日。本工程設三層鋼筋混凝土內(nèi)支撐（四個角撐+中間對撐），已于2018年1月全部施工完成。（圖1）

基坑西側外部為車道，開挖深度6.0m，詳見C-C、D-D平面及剖面圖。車道基坑支護樁采用？準1000@1500、L=13m旋挖鉆孔混凝土灌注樁，支護樁間為Φ1000、L=13m三重管高壓旋噴止水，施工完成時間2017年09月05日。主樓19m深基坑止水帷幕發(fā)生流砂、管涌時尚未開挖，主樓深基坑回填后施工，采用一層雙拼槽鋼傳力梁支撐支護。（圖3、圖4）

1.2 地質及水文情況

1.2.1 地質情況

勘察報告揭示基坑側壁土層分布如下：

①層-素填土：褐黃、褐紅、褐灰色，局部深灰色，濕，以粘性土為主，可塑狀態(tài)為主，局部硬塑狀態(tài)，中～高壓縮性。含少量風化礫石、腐植物等，局部含少量有機質。該層填土時間15年以上，自重固結已基本完成，整體狀態(tài)較好，但結構性、均勻性較差。

①1層-雜填土：褐紅、灰褐、褐黃等色，稍濕，為回填建筑垃圾，包括磚塊、砼塊、碎塊石等，少量粘性土充填物，該層為場地拆遷整平的新近堆填土，結構松散，固結差，均勻性差。

②層-粉質粘土：褐黃、褐灰、褐灰夾黃色，濕，可塑狀態(tài)為主，局部硬塑狀態(tài)，中壓縮性。該層稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，間夾少許風化礫石及植物根須。

③層-粉土：褐灰、蘭灰色，濕～很濕，中密～密實，中壓縮性。該層搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。夾少許腐質物，均勻性及顆粒級配差，局部含5～20%粒徑2～20mm強風化砂巖、玄武巖礫石，局部漸變?yōu)榉凵啊?/p>

③1層-圓礫：褐灰、蘭灰色，局部蘭灰夾褐黃色，飽和，稍密。礫石含量50～60%，礫徑2～10mm為主，少量10～30mm，顆粒級配差，外形呈圓形、亞圓形，母巖成分以中風化砂巖及玄武巖為主，粉土、粉砂充填。該層均勻性較差，含礫量及粒徑變化較大，部分地段漸變?yōu)榈[砂。

③2層-粘土：灰、褐灰色，局部淺蘭灰色，很濕，可～軟塑狀態(tài)，高壓縮性。該層稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。含少量腐植物及有機質。

④層-粘土：蘭灰、灰夾蘭、褐灰色，濕，可塑狀態(tài)為主，局部硬塑狀態(tài)，中壓縮性為主，局部高壓縮性。該層稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性高。含少量腐植物，局部夾有機質土薄層。

④1層-粉砂：褐灰、蘭灰色，飽和，中密，中壓縮性。含少量腐植物，均勻性及顆粒級配差，局部含10～20%粒徑2～10mm強風化砂巖、玄武巖礫石，局部漸變?yōu)榉弁?、中砂?/p>

1.2.2 地基土工程性質評價

③層粉土：平均厚度，2.92m;其自穩(wěn)定性一般，透水層及富水性弱～中等。

③1層圓礫：平均厚度，3.16m;其自穩(wěn)定性較差，為強含水層及透水層。

④1層粉砂：平均厚度，2.29m;其自穩(wěn)定性較差，透水性及富水性強?；娱_挖過程中應采取相應工程措施防止以上土層可能出現(xiàn)的流砂、突涌現(xiàn)象。

1.2.3 水文條件

表部主要為賦存于地表人工填土層的上層滯水，其透水性與富水性弱;中部主要賦存于③層粉土、③1層圓礫、④1層粉砂的孔隙水型潛水，分布厚度、范圍較大，為強含水層及透水層。且③層粉土、④1層粉砂為可液化土層，地基液化指數(shù)ILE=0.42～14.03，綜合判定地基的液化等級為中等。下部主要為賦存在⑤1、⑥1、⑨1層粉土及⑦1、⑧1層粉砂中的孔隙水型潛水，⑤1、⑥1、⑨1層粉土及⑦1、⑧1層粉砂分布范圍廣，有一定厚度，尤其⑦1、⑧1層粉砂分布穩(wěn)定，厚度大，透水性及富水性強，水量大。中下部含水層上均分布有一定厚層的相對隔水粘性土層，本場地地下水具微承壓性。

基坑地下水穩(wěn)定水位（混合水位）埋深在現(xiàn)地表下0.95～2.20m之間，地下水豐富。粉土、圓礫與粉砂層厚度大，最大達11m，含水豐富，滲透性強，補給條件好，涌水量大。根據(jù)勘察報告提供的抽水試驗，水位降深19.8m，綜合滲透系數(shù)12.3m/d，降水影響半徑在314.2m，涌水量為9022.3m3/d。

1.3 周邊環(huán)境狀況

基坑西側為某住宅小區(qū)，4-4剖面對應2層配電室及儲物間。經(jīng)第三方房屋安全鑒定單位鑒定為：Csu級，已屬于臨近危房標準，抗震性及抗干擾性極差，且距離基坑開挖線最近為：11.0m。小區(qū)圍墻與19m深基坑之間設計為后期開挖的車道，車道基坑止水樁、支護樁與冠梁已提前施工，土方尚未開挖。作為基坑支護與主體施工的臨時施工通道。

2? 流砂、突涌發(fā)生經(jīng)過

2.1 流砂、突涌發(fā)生

2018年11月21日14∶35，基坑西側4-4剖面第三層支撐梁底以下1.2m處，地下深度16m。4-4剖面角部支護樁間位置開始出現(xiàn)滲漏水，該部位基坑土方已于2018年9月26日開挖至坑底1869.70m標高。15∶50坑壁漏水加大，導致此處坑底位置護壁內(nèi)側噴射混凝土面層鼓裂，伴隨流砂、突涌，呈間歇性質，每隔40～60分鐘帶壓沖出2m以外。如不及時封堵處置，土體流空擴大將引起周邊圍墻及建（構）物的下沉坍塌，并導致基坑支撐結構位移開裂甚至傾覆，后果不堪設想。

2.2 應急處置

①應急方案：現(xiàn)場值班技術人員發(fā)現(xiàn)險情后，立即報告啟動應急預案，及時抽調(diào)搶險物資及人員組織搶險堵水止漏。在流砂、突涌險情發(fā)生后，采取了內(nèi)堵外封的處置措施。

②分工及實施：搶險組根據(jù)施工現(xiàn)場涌砂量判斷，坑壁外側涌砂量約有50立方，坑底涌水部位附近主體單位開挖的集水坑及基礎筏板工作面已被泥砂掩埋，坑壁涌砂口直接可以聽到上部不時有土體塌落的聲音，坑壁以外很可能已形成較大的空洞。應急處置人員分成二組：第一組在涌水部位上面破除坑頂硬化道路，由上至下探測坑外孔洞;第二組在突涌處擊入注漿鋼花管，外裹草席對洞口進行砂水分離引流、封閉注漿與積水抽排。

第一組：4-4剖面坑頂區(qū)域原施工有一口9m深Φ630鋼管回灌井，后被硬化道路覆蓋。采用破碎錘破除硬化道路，露出井口，再使用挖掘機將臨近坑邊鋼管回灌井井管拔出，發(fā)現(xiàn)井底部位已與坑壁外側滲漏空洞區(qū)域連通。隨即從井口部位回填袋裝水泥+速凝劑+草席混合料封底止水，然后回填約50立方C20早強混凝土封堵空洞。

第二組：將坑內(nèi)護壁樁間漏水涌砂位置，先破除已施工掛網(wǎng)噴射砼面層，水平打入端部開孔Φ48鋼花管引流。然后樁間碼砌袋裝水泥，豎向打入Φ48超前鋼管錨桿支擋，并在支護樁上植筋（Φ25鋼筋）固定面層鋼筋網(wǎng)片，然后噴射混凝土封閉，養(yǎng)護到70%強度后采用水泥、水玻璃雙液注漿封堵水平Φ48鋼花管止水。

③應急處置。由于土體漏空部分及時回填，坑壁涌砂、突涌成功封堵，坑外土體變形穩(wěn)定及基坑支撐結構安全。11月22日5：30基坑邊壁基本不再涌砂，只有引流鋼花管漏出少量清水，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示基坑周邊建（構）筑物變形穩(wěn)定，地下水位無明顯變化。

④加固措施。

1）基坑4-4剖面及3-3剖面局部坑頂沿三軸深攪止水樁外側施工一排連續(xù)咬合的Φ1200@800、L=27m三重管高壓旋噴樁。加強止水的同時對基坑西側（包括車道位置）已經(jīng)擾動的土體進行灌漿加固，以減弱或消除坑外動水的影響，保證后期車道基坑開挖支護安全。

2）4-4剖面支護樁內(nèi)側重新植筋，掛設鋼筋網(wǎng)片后噴射100厚 C20混凝土面層，縱橫設Φ16加強鋼筋與支護樁縱向鋼筋焊接，增強此區(qū)域護壁面層剛度。

3）坑壁其他滲漏處預埋Φ48鋼花管進行素水泥+水玻璃雙液注漿封堵。

4）原回灌井損壞，靠西側適合位置增設2棵Φ89鋼管水位觀測井及回灌井。

3? 原因分析

①根本原因：土中（水的）滲透破壞有兩種基本形式，即流土和管涌。我國的工程地質界經(jīng)常將砂土的流土叫流砂，而將黏土的流土叫突涌[1]。土中水及其滲流是工程失事及發(fā)生地質災害的重要原因，土木工程不應忽視土中水的滲流問題[1]。在動水作用下坑壁或坑底液化土層易形成流砂、突涌事故。

本工程地下水豐富，坑壁水壓大?；又邢虏亢畬由暇植加幸欢ê駥拥南鄬Ω羲承酝翆樱緢龅氐叵滤呶⒊袎盒?。且坑外存在地下暗河，排水管道長期滲漏帶來的動水壓力，導致③層粉土、④1層粉砂可液化土層在承壓水及坑外動水的作用下，通過基坑護壁上薄弱位置（水頭差達13m）滲漏進入基坑。盡管基坑做了三軸深攪止水樁及旋挖鉆孔支護樁樁間三重管高壓旋噴樁止水處理，但不可避免在坑外旋挖鉆孔樁與三重管高壓旋噴樁接縫及等薄弱位置間產(chǎn)生了滲漏通道，經(jīng)過長時間的地下污水腐蝕，在流砂、突涌位置坑內(nèi)外水頭差達13m，大量地下水夾帶砂粒在動水作用下，通過基坑下部薄弱位置逐漸向基坑內(nèi)涌入，導致護壁面層在開挖至基底近2個月后被鼓裂產(chǎn)生流砂、突涌。

②直接原因：止水帷幕施工質量缺陷。本次坑壁突水涌砂事故直接原因為支護結構樁間三管高噴及三軸止水帷幕施工質量缺陷造成;而地下水水質異常是影響止水樁質量的重要原因。

根據(jù)基坑西側某小區(qū)住戶調(diào)查反映，此位置在60年代初期的確存在河溝，后被掩埋。從滲漏出的水質帶有強烈的刺激性氣味，說明在此處坑頂附近排污管道滲漏可能。由于地下滲漏污水與三軸深攪止水樁與高壓旋噴樁水泥土發(fā)生不良反應，大量動水稀釋沖走水泥漿，局部水泥土存在薄弱位置。

③管理原因：地下水位巡視監(jiān)測未及時發(fā)現(xiàn)滲漏點。坑頂回灌井在使用期內(nèi)已進行井口封堵硬化上部路面，回灌井施工完后未進行定期清洗疏通，搶險拔出后下部4m被土填埋，導致坑外水位長期監(jiān)測不準確或無法監(jiān)測，坑外水位未控制在設計水位，保證滲透壓力穩(wěn)定?？颖陂_挖后一直滲水，未引起高度重視，如分析原因采取預防措施。

4? 預防措施

①環(huán)境調(diào)查與設計方案選型：開工前應對特殊環(huán)境地質水文情況進行現(xiàn)狀與歷史調(diào)查核實，針對地下管道滲漏等不利部位提前采取加強措施，如采取三軸深攪樁或高壓旋噴樁水泥漿中摻加早強劑或增加水泥用量。

針對地下水豐富地段，盡量不采用外錨結構，避免在止水帷幕上開孔。外錨結構鉆孔擾動坑外土層，錨孔封堵不嚴造成地下水土流失，引發(fā)坑壁流砂、突涌事故。

②滯水與承壓水：在基坑工程中，人們往往重視潛水，忽略上層滯水和下層承壓水。上層滯水成因復雜，比如附近各類輸水管線，當基坑開挖時（尤其是土釘墻支護）會由于地基土位移而開裂漏水，或者使原來漏水管線的損害進一步加劇，嚴重危及工程。而降水如果不處理下部承壓水，即使不發(fā)生滲透破壞，也可能影響土中有效應力而使支護結構失效[1]。尤其是回填土、飽和軟粘土中的上層滯水流失導致土體固結沉降，將引起基坑周邊建（構）筑物與地下管線的不均勻沉降、開裂及滲漏。

③施工質量過程控制：4-4剖面三軸深攪樁、旋挖鉆孔支護樁、樁間高壓旋噴樁等施工過程照片、施工記錄資料應及時反映噴漿量、冒漿量、樁身砼充盈系數(shù)、返渣及返水等異常情況，采取預防措施，不留質量隱患與安全風險。針對市中心城區(qū)拆舊建新場地，特別注意地下障礙的挖除并回填密實，防止偏樁現(xiàn)象發(fā)生。

④基坑監(jiān)測巡視及回灌：基坑開挖后發(fā)現(xiàn)支護樁垂直度偏差較大，且樁間高壓旋噴樁身不完整未與支護樁有效搭接，應提高警惕。特別注意回灌井回灌水量大小及流失下落速度與坑壁滲漏水的關系，保證坑外水位穩(wěn)定。

發(fā)現(xiàn)基坑底周邊坑壁噴射砼面層有滲水漏砂現(xiàn)象，必須查找分析原因，對薄弱部位進行引流或加固封堵，杜絕冒砂現(xiàn)象，坑外水位等各項基坑監(jiān)測至少觀測至底層地下室基礎筏板澆灌，基坑回填完成為止。

⑤坑邊坑、坑中坑加固：在城市深基坑支護止水帷幕施工過程中，由于坑邊坑或坑中坑加深開挖造成坑底流砂、突涌事故也屢見不鮮。本工程電梯井坑中坑深達3m，預防措施為設計先根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）進行坑底土體突涌穩(wěn)定性驗算，并及時進行坑邊坑或坑中坑止水加深及坑底封閉施工，然后進行坑邊坑或坑中坑的開挖支護，未發(fā)生坑底流砂、突涌事故。

參考文獻：

[1]李廣信.巖土工程20講-巖壇漫話[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陸軍.獨特環(huán)境下的深基坑圍護設計及施工[J].建筑施工，2016（09）.

[3]周紅波，蔡來炳.軟土地區(qū)深基坑工程承壓水風險與控制[J].同濟大學學報（自然科學版），2015（01）.

作者簡介：黃望來（1973-），男，湖南醴陵人，本科，畢業(yè)于鄭州工業(yè)大學工業(yè)與民用建筑專業(yè)，現(xiàn)任昆明軍龍巖土工程有限公司咨詢總監(jiān)，注冊一級建造師與注冊一級造價師，主要從事工程項目技術與造價管理。