砂質(zhì)地層深基坑止水帷幕失效后應(yīng)急處理措施

萬玉亮

摘要：近年來，我國城市立體交通不斷發(fā)展，深基坑工程作為超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程在每個(gè)項(xiàng)目中都得到了非常的重視。本文以新沂市環(huán)城南路隧道雨水泵房基坑開挖為案例，探討砂質(zhì)地層地質(zhì)條件下對(duì)深基坑開挖過程中止水帷幕失效時(shí)可能產(chǎn)生的工程風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)其工程風(fēng)險(xiǎn)可以采取不同的處理措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：砂質(zhì)地層;深基坑;止水帷幕;風(fēng)險(xiǎn);處理措施

引言

城市交通工程的載體是各種地質(zhì)層，在我國各類交通工程建設(shè)中發(fā)生的各類工程風(fēng)險(xiǎn)事件大部分都與地質(zhì)有關(guān)，常見工程風(fēng)險(xiǎn)的土層有各類軟弱土質(zhì)和流砂地層。根據(jù)基坑時(shí)空效應(yīng)理論，土體的內(nèi)力是隨時(shí)間和空間而變化的，雨水泵房相較于隧道整體而言，深度更深，開挖難度更大，采用先撐后挖的工藝對(duì)土體變形的控制效果較好。隨著開挖施工的進(jìn)展，結(jié)合對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層位移進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)改進(jìn)施工。

一、概況

環(huán)城南路隧道隧道采用明挖順作法施工，雨水泵房位于隧道的最低點(diǎn)，也是深基坑開挖中的最低點(diǎn)，基坑深度9.85米，基坑寬度39米，長度35米，基坑底進(jìn)入中粗砂層中1.5米深。原設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用用φ850@600mm SMW工法樁（H型鋼隔一插一）作為擋土兼止水結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)采用壁厚16mm的609鋼管支撐，設(shè)置格構(gòu)柱。施工時(shí)采用三軸攪拌樁機(jī)就地鉆進(jìn)切削土體再將水泥漿注入土體，充分拌和后，將H型鋼插入攪拌樁內(nèi)，形成地下連續(xù)墻。但施工現(xiàn)場有高壓線位于泵房的正上方無法改移，三軸攪拌樁機(jī)不能保證施工時(shí)垂直安全距離，因此改為φ1000鉆孔灌注樁代替SMW工法樁作為擋土結(jié)構(gòu)，用高壓旋噴樁（二重管）作為止水結(jié)構(gòu)的組合。

開挖時(shí)為雨季，降水較多。開挖至基坑底標(biāo)高時(shí)開始出現(xiàn)滲流并夾帶泥砂，止水帷幕失效，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)現(xiàn)場圍護(hù)結(jié)構(gòu)無變形，但隨著土體被水流沖刷，如不采取措施勢必會(huì)造成周邊土體沉降進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全。

二、風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策

（一）、土體坍塌風(fēng)險(xiǎn)：

1、基坑底進(jìn)入砂層，砂層的特性是沒有黏聚力，缺乏自穩(wěn)能力，易坍塌，由于砂顆粒不能互相連接，沒有可塑性，因此如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)不能保維持土體應(yīng)力平衡，就會(huì)導(dǎo)致土體失穩(wěn)，向內(nèi)坍塌。

2、砂土中孔隙通常較大，在地下水發(fā)生流動(dòng)時(shí)，先帶走細(xì)顆粒，導(dǎo)致土層孔隙不斷擴(kuò)大，土顆粒流失越來越快，造成坍塌。

3、圍護(hù)樁間垂直的側(cè)壁，如果開挖后不及時(shí)進(jìn)行噴護(hù)，或鋼筋網(wǎng)片與圍護(hù)樁沒有很好的連接等施工原因會(huì)造成樁間土脫落。

4、基坑外側(cè)地下水的水位控制失效，若水泥攪拌樁等止水帷幕有缺陷，向坑內(nèi)滲水，造成樁間土涌土流砂，甚至產(chǎn)生管涌導(dǎo)致土體滲透變形。

對(duì)策：

1、保證鉆孔灌注樁和冠梁施工質(zhì)量，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行支護(hù)及開挖，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠承受土體的側(cè)壓力。必要時(shí)增加支撐數(shù)量，確保灌注樁整體受力。

2、合理配置降水井?dāng)?shù)量，選用功率合適的抽水泵，指派專人巡查，水泵如有損壞應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，采用管井井點(diǎn)降水時(shí)應(yīng)使管井深入基坑開挖面以下6米，控制降水水位達(dá)到基坑底以下1米，并應(yīng)保持水位穩(wěn)定。

由于開挖深度較深，深井井點(diǎn)降水的效果優(yōu)于輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)，且工程成本較低，易于維護(hù)，尤其適用于砂質(zhì)地層等滲透性好且透水層較厚的場合。

降水可使土層固結(jié)，但應(yīng)注意的是，降水過多，會(huì)對(duì)周邊地表或建筑造成沉降，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周圍建筑物位移和沉降觀測。

3、嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的分段分層開挖，并保持?jǐn)嗝娴目v坡，均衡、有序、快速組織開挖，要做到隨挖、隨撐，土體無支撐暴露時(shí)間應(yīng)控制在24小時(shí)以內(nèi)，在動(dòng)態(tài)平衡中盡快按設(shè)計(jì)建立起永久性平衡，保護(hù)施工安全和環(huán)境安全。

4、施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，減少開挖暴露時(shí)間，及時(shí)有效地進(jìn)行樁間土噴護(hù)。時(shí)空效應(yīng)理論認(rèn)為：在深基坑開挖及支撐過程中，每個(gè)分步開挖的空間幾何尺寸、支護(hù)墻體開挖部分的無支撐暴露時(shí)間、周圍墻體和土體位移有一定的相關(guān)性。為此深基坑開挖時(shí)“先撐后挖”的方案有助于保持土層應(yīng)力平衡。

（二）、地表沉降風(fēng)險(xiǎn)：

由于土體流變性，基坑內(nèi)土體坍塌后會(huì)對(duì)周邊地表產(chǎn)生影響，導(dǎo)致地表位移和沉降。

對(duì)策：

1、基坑監(jiān)控：為了及時(shí)掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近建筑物及地下管線的位移、沉降以及其他異常情況，并正確指導(dǎo)施工，在施工過程中應(yīng)根據(jù)施工情況建立監(jiān)測量測網(wǎng)絡(luò)。

2、由于本基坑工程的重要性，基坑監(jiān)控應(yīng)包含：定時(shí)觀察坑外管井中水位情況和地表裂縫情況;圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和垂直位移;周邊建筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移、傾斜率;基坑地表沉降，水平位移;鋼支撐的軸力和撓度、立柱的沉降。

3、基坑影響范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆放大于設(shè)計(jì)允許的荷載。

4、基坑外圍應(yīng)設(shè)截水溝，防止雨水或施工用水流入基坑。

（三）、止水帷幕滲漏風(fēng)險(xiǎn)：

高壓旋噴樁成墻后個(gè)別質(zhì)量薄弱點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)，隨著基坑開挖深度增加，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁和止水結(jié)構(gòu)的高壓旋噴樁所受到的土和水的壓力也發(fā)生一定變化，隱患逐漸體現(xiàn)出來，如相鄰組高壓旋噴樁樁體互相咬合量比較小甚至沒有咬合，可能是注漿時(shí)操作不當(dāng)導(dǎo)致攪拌不均勻或土層中雜物過多形成夾層或夾塊;水泥噴射壓力不足導(dǎo)致相鄰樁結(jié)合不緊密、夾泥。

由于距離河道較近，加上降雨過多，造成止水帷幕受動(dòng)水壓力增大，結(jié)構(gòu)變形過大造成止水帷幕斷裂。

這種原因形成的滲流流量一開始較小，但夾帶泥沙，若不及時(shí)處理會(huì)形成較大空洞，危及基坑及周圍地下管線和建筑物的安全。

對(duì)策：

1、坑外增設(shè)高壓旋噴樁，固結(jié)土體并起止水作用，旋噴樁應(yīng)采用二重管或三重管，深度應(yīng)至少控制在基坑底下3m。此時(shí)應(yīng)安排專人旁站觀察設(shè)備，如出現(xiàn)阻力忽然增大、電流異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取提鉆、復(fù)攪的方法，防止悶鉆，保證加固效果。

2、坑內(nèi)人工封堵工藝：清理混凝土表面-安裝鋼筋網(wǎng)片-立模板-澆筑封堵混凝土。將圍護(hù)樁的樁間土和雜物清理干凈，露出樁體混凝土表面，將混凝土表面鑿毛處理，在相鄰圍護(hù)樁間設(shè)一層Φ12鋼筋網(wǎng)，將灌注樁鋼筋鑿出后與鋼筋網(wǎng)的鋼筋焊接錨固，立好模板后用速凝混凝土澆筑，形成一道完整的地下連續(xù)墻。封堵混凝土高度應(yīng)高于地下水位1m以上。高水頭施工時(shí)，可根據(jù)需要埋設(shè)導(dǎo)流管，導(dǎo)流管采用直徑20-50mm塑料管做成花管并纏繞透水土工布，排水保土。待混凝土養(yǎng)護(hù)至一定強(qiáng)度后，可嘗試封堵導(dǎo)流管。處理時(shí)應(yīng)備有砂袋，防止忽然發(fā)生管涌時(shí)立即回填返壓。

封堵導(dǎo)流管時(shí)應(yīng)注意的是，當(dāng)滲透水壓力過大時(shí)，堵住滲漏點(diǎn)后，水從其他薄弱點(diǎn)滲漏出來。

3、當(dāng)采用以上方法后流砂現(xiàn)象已經(jīng)得到解決，但仍無法止住滲水現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在基坑內(nèi)設(shè)排水溝或盲溝和集水坑，及相應(yīng)的排水設(shè)施，將水排出基坑。排水溝或盲溝距坑壁不小于300mm，截面大小根據(jù)現(xiàn)場確定，溝內(nèi)填礫石防止水流沖走基坑底部土體顆粒。

三、總結(jié)

當(dāng)砂質(zhì)地層內(nèi)止水帷幕失效出現(xiàn)滲流時(shí)，逐漸向開挖范圍內(nèi)涌水，在動(dòng)力水的作用下，土層結(jié)構(gòu)被破壞，引發(fā)流土、流砂，向基坑內(nèi)坍塌，最終導(dǎo)致地表沉降、塌陷，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。在基坑開挖前首先應(yīng)通過觀察降水井的水位看降水效果，滿足開挖要求才能進(jìn)行基坑開挖。開挖時(shí)應(yīng)邊開挖邊監(jiān)控基坑圍護(hù)和止水結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場備有砂袋以及注漿設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)土層位移時(shí)，應(yīng)立即用砂袋回填穩(wěn)定基坑，并對(duì)土體進(jìn)行注漿處理。

當(dāng)險(xiǎn)情出現(xiàn)時(shí)應(yīng)立即采取措施進(jìn)行處理以消除安全隱患，可將以上兩種或兩種以上的方法結(jié)合使用，采用“先疏再堵”的方法，在保證工程安全的前提下保證經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合基坑監(jiān)控，根據(jù)現(xiàn)場情況增設(shè)坑外降水、坑內(nèi)排水設(shè)施，坑外旋噴樁加固土體并止水，坑內(nèi)人工封堵。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周圍地表沉降和位移觀測頻率，如發(fā)現(xiàn)超過允許值，應(yīng)立即停止施工，進(jìn)行專家會(huì)審擬定處理措施。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘智良.深基坑止水帷幕失效原因及處理措施探究[J].地球，2014，000 （011）：294-294，23.

[2]李林林，黨龍磊.深基坑止水帷幕失效原因分析及滲漏處理[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017，000（011）：2429-2429.

[3]《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）

[4]徐州市新沂市環(huán)城南路隧道施工圖設(shè)計(jì)

[5]《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2008）