某深大基坑透水事故分析及處理

陳國慶，潘儀凱，肖 亮

（鎮(zhèn)江市建設工程質量監(jiān)督站，江蘇鎮(zhèn)江212000）

某深大基坑透水事故分析及處理

陳國慶，潘儀凱，肖 亮

（鎮(zhèn)江市建設工程質量監(jiān)督站，江蘇鎮(zhèn)江212000）

某軟土地區(qū)深大基坑，地質特點是流砂+巖溶，即奧陶紀灰?guī)r溶蝕面上直接覆蓋飽水粉細砂的隱伏巖溶區(qū)，基坑采用多種墻體形式（排樁、地連墻）+內(nèi)支撐結合坑外三軸攪拌樁止水帷幕的支護形式。開挖施工過程中，出現(xiàn)了基坑坑底涌砂、坑外路面坍塌的事故。根據(jù)場地地質情況、周邊環(huán)境、基坑支護及開挖施工的情況，結合基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)和地質雷達掃描探測結果，對事故的原因進行了分析，并通過坑內(nèi)反壓慮砂、坑外壓密注漿的方法成功進行了搶險處理。最后給出了同類工程在勘察、施工方面的建議。

深大基坑；滲漏；坍塌；反壓堵漏；基坑監(jiān)測；地質雷達

隨著城市地下空間不斷得到開發(fā)和利用，基坑深度越來越大，基坑與周邊建筑物的距離不斷縮減，由此引發(fā)的環(huán)境效應問題也日益增多：如基坑開挖引起的基坑周邊地表沉降，對鄰近路面、建筑物及地下設施帶來的不利影響，造成鄰近建筑物、周邊道路和地下管線的沉降、開裂等［1-4］。許多基坑工程事故就是由于基坑支護設計或施工措施不當造成的，如邊坡失穩(wěn)、支護結構破壞、滲流破壞、基底回彈變形、基底突涌和周邊地面沉降等［5-8］。因此，基坑開挖過程中不僅要保證基坑自身的安全，還要保證相鄰建筑物、城市地下管網(wǎng)及附近道路的安全［9-10］。本文所探討的深基坑工程處于華東地區(qū)具有典型代表的隱伏巖溶區(qū)，是具有代表性特殊復合型的災害地質［11］。本文對其坑底流砂、坑外路面坍塌事故進行了原因分析與處理。相關分析及處理方法對類似深大基坑工程的設計、施工及搶險具有一定的指導意義。

1 工程概況及水文地質情況

1.1 工程概況

該工程［12］位于華東地區(qū)某市市中心，用地面積約4.4萬m2，單體建筑面積達50萬m2，建筑高度為266 m。東側與周邊超高層寫字樓最近距離僅14 m?；游鱾?、南側、北側均瀕臨城市主干道，其中北側道路有多幢20世紀70年代建造的淺基礎房屋。工程周邊場地狹小，人流、交通密集，地下管線錯綜復雜（圖1）。

圖1 基坑平面圖

本工程基坑開挖平均深度約15.5 m，主塔樓電梯井部位開挖深度超過21 m（見圖2）?？傮w土方量超過60萬m3，屬于大型一級深基坑工程。

整個基坑采用φ1100@1600鉆孔灌注樁加三層鋼筋混凝土支撐，三道支撐中心標高分別為：-2.90 m；-8.70 m；-12.20 m（見圖2）。

圖2 基坑支護及開挖信息圖

支護樁外側設置φ850三軸深層攪拌樁作為止水帷幕，基坑內(nèi)設置106口減壓降水井；根據(jù)地勘報告，基坑東北角（見圖3）地質條件比較復雜且臨近區(qū)域淺基礎建筑物較多，故在止水帷幕取芯不合格的情況下，先后對該地區(qū)進行了高壓旋噴注漿、化學注漿補強處理，但經(jīng)過取芯驗證效果均不夠理想，最后經(jīng)過專家論證對該地區(qū)采用了素混凝土地下連續(xù)墻防水補強。

圖3 監(jiān)測點布置圖

1.2 水文地質情況［12］

按揭露的先后順序將各分層地基土特性特征及分布規(guī)律自上而下參數(shù)見表1。

根據(jù)工程地質資料反映，本工程地下水屬淮河水系，基坑向北200 m為黃河故道，場地①層填土層主要受古黃河沉積影響。

場地地下水類型上部為潛水，主要分布于①層填土層及②層粉土、粉砂層中，補給來源主要為大氣降水和地表徑流，排泄方式主要為自然蒸發(fā)。潛水層含水量豐富，透水性較好，埋深約為地下4 m，其水位呈季節(jié)性周期變化，變幅在2m左右；③層粉質黏土層滲透系數(shù)較低，為相對隔水層；④層基巖層存有大量裂隙，且賦含承壓水，水量豐富。含水類型為巖溶裂隙承壓水（灰?guī)r地層）和裂隙承壓水（灰?guī)r、砂巖、泥巖互層類地層），主要接受側向補給。地下水、土對混凝土具微腐蝕性，對鋼筋具有弱腐蝕性。

表1 土層分布及物理力學參數(shù)

1.3 基坑監(jiān)測情況

深基坑開挖是一個動態(tài)過程，與之有關的支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對周圍環(huán)境造成的影響也是一個動態(tài)的過程［13-16］。因此，在基坑施工過程中，為保證開挖安全的可控性，該項目采用了信息化施工，按照設計要求及基坑規(guī)范主要通過以下監(jiān)測項目對基坑施工進行全過程監(jiān)測：（1）支撐軸力監(jiān)測，共分三層；（2）坑周邊路面沉降監(jiān)測；（3）支護結構冠梁水平位移監(jiān)測；（4）坑外地下水位監(jiān)測等。基坑東北角監(jiān)測點布置圖如圖4所示。監(jiān)測頻率為每天1次，在基坑發(fā)生險情時，監(jiān)測頻率根據(jù)需要進行調整。

圖4 基坑東北角監(jiān)測點布置圖

2 基坑開挖及滲漏情況

2.1 基坑開挖情況

根據(jù)結構設計要求，本工程基坑內(nèi)共設有三道支撐，其中第一道和第二道支撐設有棧橋板面用于地下施工的材料運輸通道，所有支撐均為臨時支撐結構，當結構施工到相關某一部位后需進行拆除。在基坑深度范圍內(nèi)，遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的基本原則，對該基坑土方分四大步開挖（見圖2）。

2.2 基坑險情介紹

基坑在東北角第四層土方開挖過程中，東北角止水帷幕一直伴隨有輕微滲漏現(xiàn)象，雖經(jīng)掛板封堵處理，但仍不能完全杜絕該部位止水帷幕滲漏。事發(fā)當日傍晚突降大雨，該部位出現(xiàn)大量滲漏點。次日早晨7點左右出現(xiàn)坑內(nèi)基底涌砂，坑外路面坍塌的情況，基坑險情實景見圖5。隨即施工單位采取堵漏措施：對坍塌部位進行澆筑混凝土、注漿。雖經(jīng)過緊急處理，部分漏點被有效控制，但是最大的流砂部位非但未能封堵，同時涌水涌砂量有逐漸增大的趨勢。傍晚17時左右，該部位基坑外道路出現(xiàn)道路坍塌，管線斷裂的險情，現(xiàn)場情況見圖6。

圖5 坑內(nèi)突水

圖6 坑外沉降開裂

3 事故原因分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

由于基本東北角地質條件復雜，且該處出現(xiàn)了基坑流砂的險情，需對該部位的監(jiān)測點進行重點監(jiān)測?，F(xiàn)對該側的監(jiān)測點進行重點分析：

基坑漏水側設有水位監(jiān)測點SW4、SW5、SW6。其水位變化如圖7（a）所示。從圖7（a）中可以看出8月10日開始，三個觀測井的水位均有較大的降幅，且累計值均超過了-1 500 mm的警戒線，水位最低值達到了-2 000 mm。于是立即對比當日其它監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)支撐軸力，道路沉降及冠梁位移都未有明顯變化。于是認為單純的水位降低并不會引起基坑的不安全，遂僅僅要求施工單位加強數(shù)據(jù)監(jiān)測和現(xiàn)場巡視，并未采取任何有效措施。大約數(shù)天之后，坑外發(fā)生道路坍塌，但是由于道路監(jiān)測點離基坑邊緣有一段距離，道路沉降監(jiān)測點在此期間僅是加速沉降，未能在數(shù)據(jù)上顯示道路下方因流沙引起的空洞，見圖7（b）。

降水井水位急劇下降的同時，支撐軸力隨水位的下降亦發(fā)生下降（見圖7（d）），當時認為軸力下降不會對支撐結構產(chǎn)生影響，因此當時并未引起重視。事后分析，正是由于基坑漏水將圍護結構外圍的泥沙裹挾至基坑內(nèi)，客觀上降低了土體對圍護結構的側壓力，進而表現(xiàn)為軸力下降。同時發(fā)現(xiàn)，冠梁位移在基坑發(fā)生滲漏期間的位移變化量減小（見圖7（c）），像D5等測點甚至有向坑外偏移的情況。經(jīng)過合理分析，出現(xiàn)這種情況的原因依然是由于坑外土體流失引起側壓力減小的原因導致的。

圖7 基坑信息化監(jiān)測圖

3.2 事故原因分析

3.2.1 勘察設計本身不完善

根據(jù)后期基坑開挖揭露的土層來看，該部位存在地下暗流，同時基坑外有年久失修的磚砌下水道，給該部位截水帷幕的施工帶來了一定困難。后期隨著坑內(nèi)土層逐步揭露，在基坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量水泥土和化學注漿殘留物，地下暗流導致前期三軸深攪樁及化學注漿補強等措施失效，未能有效成樁，磚砌下水道的污水也加劇了該處泥沙的流失。因此，此種地質情況根本不適合采用三軸深攪樁及高壓旋噴等截水帷幕施工方法。

3.2.2 降水井破壞嚴重

因該地區(qū)地下水豐富，且經(jīng)驗算存在突涌的風險，因此根據(jù)現(xiàn)場條件，全場共布設106口降水井，后因開挖人工挖孔樁又在主塔區(qū)域增設19口深層降水井，并經(jīng)過抽水試驗能夠滿足本工程的降水要求。但是由于現(xiàn)場施工條件復雜，降水井布置密度較大，挖土過程中由于挖機造作的原因以及降水井淤堵，導致67口降水井失效。雖經(jīng)后期洗井等措施，仍有近50口降水井完全失效。降水井的失效引起了該基坑地下水降水不利，成為基坑透水的間接原因。

3.2.3 前期搶險工作不力

基坑剛剛發(fā)生險情時，業(yè)主和總包單位并未意識到事態(tài)的嚴重性。經(jīng)過粗略的分析，認為單純從基坑外進行雙液注漿即可封堵漏點。經(jīng)過近2個小時的努力，漏點非但沒有變小，反而隨著雙液注漿的壓力增大，流砂量越來越大。最終，這個錯誤的應急響應使得坑外水土流失加劇，出現(xiàn)了較多地下空洞，給周邊建筑物和道路的安全帶來了隱患。

4 事故處理措施及效果

4.1 坑外回填

針對現(xiàn)場險情，業(yè)主單位召集施工、設計、勘察、監(jiān)測、監(jiān)理等單位召開緊急會議，相關單位立即安排人員撤離，設置警示隔離帶。同時為防止流砂帶來的基坑周邊路面進一步坍塌，立即對該處坑外塌陷區(qū)澆筑速凝混凝土，累計澆筑混凝土45 m3，同時為防止周邊建筑物不均勻沉降，對該部位周邊進行雙液注漿。但是由于水流較大，混凝土中水泥漿均被沖入坑內(nèi)。并未起到明顯的堵漏效果。

4.2 坑內(nèi)反壓慮砂抽水

在基坑外回填的同時，在險情位置臨近支護樁周邊坑內(nèi)設置沙包反壓（見圖8），同時快速支設模板澆筑反壓慮砂裝置（見圖9），在慮砂裝置內(nèi)設置排水井?？油饬魃敖?jīng)過該裝置過濾，在排水井內(nèi)抽出不含砂的清水。該裝置既起到了泄壓的作用，同時也阻止了坑外砂土的進一步流失。

圖8 反壓濾砂裝置施工圖

圖9 反壓濾砂裝置完成圖

4.3 調整底板澆筑方案

在險情得到初步的控制后，立刻將該部位基槽進行清理，搶基坑底板。待其余部位底板澆筑完成形成一定強度后，通過慮水裝置的排水口進行反壓注漿，徹底將該部位漏點封堵。漏點封堵完成后，在基坑外進行注漿，封堵滲漏通道。隨即對基坑內(nèi)的反壓慮砂裝置進行破除澆筑該部位底板。

4.4 坑外物探加密注漿

考慮到本工程的重要性及基坑滲漏后可能會對周邊的道路、建筑物和地下管線造成一定影響。為此，在基坑周邊開展不良地質體的檢測工作［17］。本次外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用美國GSSI探地雷達以及與其配套的低頻組合天線和100 Mhz天線。具體檢測方案為：在基坑周邊外側2 m處布置測線。檢測深度范圍為基坑全深15.3 m以淺，測點間距取為0.1 m，檢測精度約為0.5 m。檢測采用100 MHz和250 MHz屏蔽天線進行多頻覆蓋檢測。

通過第一次物探檢測發(fā)現(xiàn)數(shù)處地下空洞（見圖10），并明確標識出空洞的位置和大小。施工單位立即對該部位進行了注漿填補，以防止空洞部位后期發(fā)生沉降對道路和管線產(chǎn)生影響。注漿完成后對原空洞部位進行了二次物探核查注漿效果（見圖11）。通過地質雷達數(shù)據(jù)及后期沉降觀測分析，注漿效果良好。

圖10 “點狀異?！钡碾p曲線反射弧特征

圖11 注漿后土層的雷達剖面特征圖

4.5 效果驗證

隨著基坑滲漏險情排除，采取了對地下空洞的注漿、原下水道的重新砌筑、路面的硬化恢復等一系列措施后。項目部加強了對該部位的觀察，支撐軸力和地下水位逐漸恢復正常值，周邊建筑物和道路沉降也趨于平緩。目前該工程塔樓已經(jīng)封頂，地下工程也已經(jīng)完成約2年時間，目前周邊道路及管線未發(fā)現(xiàn)異常情況。證明本工程采用的坑內(nèi)反壓慮砂、坑外壓密注漿的處理方法是合理有效的。

5 結 語

（1）深大基坑是一項非常復雜的巖土工程，從勘察、設計到施工都能影響到其質量，嚴重的甚至會引起安全事故，造成重大損失。從本工程事故可以看出，工程地質勘察是基坑工程設計的基礎，勘察不詳細會導致設計偏差，施工方法選擇不當會造成質量事故。因此，在地質勘察階段需要盡可能詳細的了解勘察區(qū)域的地質情況及周邊管線的情況，遇到特殊區(qū)域應做更為詳細勘測，為設計和施工提供可靠依據(jù)。

（2）深基坑工程在施工時應高度重視基坑監(jiān)測的重要性。建立合理的監(jiān)測系統(tǒng)和嚴密的巡視機制，確保數(shù)據(jù)的及時性和真實性。同時，還需要關聯(lián)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)場情況，出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常應立刻通知相關單位查找分析原因，迅速做出相關響應。

（3）地質雷達檢測具有高效、無損、精度高等優(yōu)點，在布設足夠探測點數(shù)的情況下，能夠對一定深度范圍內(nèi)地下空洞的大小、位置的實際情況進行探測。

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Analysis and Dispose of Water Inrush Accident of a Deep Foundation Pit

CHEN Guoqing，PAN Yikai，XIAO Liang
（Zhenjiang Quality Supervision Station of Construction Engineering，Zhenjiang，Jiangsu 212000，China）

A deep foundation pit in a soft soil region was discussed in this article.Its geological features include the sand flow and karst，which is actually the hidden karst region formed by covering the Ordovician limestone erosion surface directly with the fine sand.This foundation pit has adopted a variety of pit wall for the supporting method，such as row of piles and diaphragm wall，as well as the inner support combined with the three-axis mixing pile anti－water curtain. During the excavation process，an accident happened in the form of sand boiling in the pit bottom and also the ground collapse outside.According to the site geological conditions，surrounding environment，supporting structure and construction situation，combined with the geological data of excavation monitoring and scan result from the detection radar，this paper first analyzed the reasons of the accident，then proposed a method to relieve the danger by the method of anti－pressure with filter sand in the pit and external pressure grouting outside.Finally，this paper provide some recommendations to similar projects about survey and construction.

deep foundation pit；leaks；collapse；leaking stoppage under pressure；deep pit monitoring；GPR

TD265

A

1672—1144（2016）05—0229—06

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.044

2016－05－07

2016－06－15

陳國慶（1986—），男，江蘇儀征人，碩士，工程師，主要從事建設工程質量管理工作。E－mail：564958650@qq.com