臨江強(qiáng)滲透復(fù)雜深基坑滲漏險情分析與處理

羅曉偉,曹國強(qiáng),高 翔,楊學(xué)林

(1. 杭州金匯房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,浙江 杭州 310006；2.浙江省建筑設(shè)計研究院, 浙江 杭州 310006)

臨江強(qiáng)滲透復(fù)雜深基坑滲漏險情分析與處理

羅曉偉1,曹國強(qiáng)2,高 翔1,楊學(xué)林2

(1. 杭州金匯房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,浙江 杭州 310006；2.浙江省建筑設(shè)計研究院, 浙江 杭州 310006)

通過滲漏事故分析與處理,說明復(fù)雜地質(zhì)條件下施工勘察、止水帷幕的選型的重要性,同時分析了類似土質(zhì)常用止水帷幕的可靠度及可操作性,為類似基坑工程的支護(hù)設(shè)計施工以及事故預(yù)防提供了參考。

基坑；滲漏；搶險；強(qiáng)滲透性地基；止水帷幕；回填

1 工程概況

1.1 基坑工程概況

本項(xiàng)目位于杭州市上城區(qū)復(fù)興地區(qū),東至飛云江路,南至之江中路,北至已建項(xiàng)目。本項(xiàng)目用地面積約12 400 m2,總建筑面積約89 812 m2,由1幢17層辦公樓組成,設(shè)置3層地下室,工程樁采用鉆孔灌注樁?；悠矫嫘螤罱茷檎叫?最大尺寸約110 m×90 m,基坑設(shè)計開挖深度為13.85 m,電梯井開挖深度約15.65 m。

基坑?xùn)|側(cè)用地紅線外為飛云江路(圖1),布有電力、雨水、污水等市政管線；北側(cè)距離用地紅線約2.1 m,紅線外為已建項(xiàng)目,地下2層,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),原基坑圍護(hù)采用排樁結(jié)合放坡開挖。基坑西側(cè)為復(fù)廣直街(本項(xiàng)目范圍段未通車),本側(cè)擬用作土方出入口；基坑南側(cè)為之江路,布有較多市政管線,同時重型車輛行駛較多,之江路外側(cè)為錢塘江,距離基坑約60 m。

1.2 土質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)勘察報告[1],擬建場地上部主要為錢塘江沖積相沉積,分布有30 m左右的粉土層,滲透性高,局部為海相沉積的淤泥質(zhì)土層,下部南部為陸相沉積的碎石、黏性土、礫砂層,下伏基巖為白堊系鞍山玢巖。①1雜填土為灰黃色、灰褐色、稍密,松散,以粉土為主,含較多植物根莖,局部夾有較多水泥塊和塊石,層厚2.1～5.7 m；然后約30 m粉砂層以下為巖層,無連續(xù)隔水層(局部夾淤泥質(zhì)土)。各土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

注：表中括號內(nèi)數(shù)值為經(jīng)驗(yàn)值。

1.3 地下水情況

擬建場地有一層地下水,地下水為潛水類型。潛水埋藏較淺,主要賦存于填土、粉土中,其水位主要受大氣降水和南部錢塘江水位的影響,地下水位隨季節(jié)性有所變化?？辈炱陂g在鉆孔內(nèi)測得其埋深在地表下1.60～2.85 m,年變幅為1.0～2.0 m。

1.4 基坑圍護(hù)方案

基坑圍護(hù)采用1 000 mm直徑(之江路一側(cè))及900 mm直徑鉆孔灌注樁作為基坑擋土結(jié)構(gòu),沿豎向設(shè)置3道臨時鋼筋混凝土內(nèi)支撐。南側(cè)臨近錢塘江范圍設(shè)置兩排850 mm直徑三軸水泥攪拌樁進(jìn)行止水,其他范圍單排850 mm直徑三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕,止水帷幕底標(biāo)高-23.200 m,為懸掛式止水帷幕,滿足坑底抗突涌驗(yàn)算[2]?？油庠O(shè)置應(yīng)急深井,控制坑內(nèi)外水頭差?？觾?nèi)采用自流深井疏干。

2 圍護(hù)樁和深井施工

2.1 圍護(hù)樁施工

根據(jù)地質(zhì)勘查報告,地表下2～5.7 m存在水泥塊或塊石等障礙物,施工單位沿圍護(hù)樁位置淺層開挖清障,由于未降水同時受場地限制,開挖清障深度有限。三軸攪拌樁從基坑?xùn)|南角開始施工,局部攪拌成樁困難,成樁深度5～17 m不等,遠(yuǎn)小于設(shè)計底標(biāo)高,現(xiàn)場發(fā)生三軸機(jī)械抱箍扭斷、進(jìn)尺非常緩慢等故障,鉆頭磨損嚴(yán)重,翻出物見大直徑塊石等。各方協(xié)商后進(jìn)行施工勘察調(diào)查障礙物分布,同時現(xiàn)場三軸水泥攪拌樁保持施工。根據(jù)施工勘察及三軸水泥攪拌樁施工情況,本項(xiàng)目障礙物分布較多,尤其8～12.7 m深層土體里仍含有100～200 mm塊石,可能為錢塘江古河塘或早期拋填形成。針對此種情況,最終形成兩種處理方式,塊石密集且分布較深處采用全套管咬合樁處理(結(jié)合已施工圍護(hù)樁,主要是基坑南側(cè)及東側(cè)范圍),其他范圍采用鉆孔樁設(shè)備清障,引孔樁直徑800 mm、間距1000 mm、孔深25 m,三軸攪拌樁初凝后進(jìn)行復(fù)攪(基坑西側(cè)及北側(cè)使用)。 圖2為西南角原圍護(hù)圖(后期1#滲漏點(diǎn)區(qū)域),填充處為攪拌樁未到位范圍(4～10 m深),圖3為該范圍最終實(shí)施圖,采用全套管咬合樁處理未到位攪拌樁,接頭處采用600 mm直徑高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),前后排鉆孔樁通過壓頂板連接。

圖2 西南角原圍護(hù)圖

圖3 西南角最終實(shí)施圖

圖4 東北角原圍護(hù)圖

圖5 東北角最終實(shí)施圖

圖4為東北角原圍護(hù)圖(后期2#滲漏點(diǎn)區(qū)域),因施工勘察障礙物較多,深度較大,故統(tǒng)一調(diào)整為全套管咬合樁(圖5)。該范圍咬合樁施工過程中,出現(xiàn)導(dǎo)墻下沉1 m多現(xiàn)象,坑外土體沉降較大,造成人行道側(cè)出現(xiàn)裂縫。分析該范圍回填土厚(北側(cè)深基坑放坡以及道路雨水管施工回填),成分復(fù)雜,而咬合樁導(dǎo)管內(nèi)外水頭差高,導(dǎo)管內(nèi)取土后導(dǎo)致導(dǎo)管外側(cè)水土流失較多,新近填土范圍尤其嚴(yán)重。針對該情況,為保護(hù)道路,咬合樁外側(cè)進(jìn)一步采用高壓旋噴樁連續(xù)加固,同時采用注漿充填道路下土體(圖5)。

基坑北側(cè)局部范圍鉆孔樁施工過程中偏斜嚴(yán)重(部分原因是由于采用鉆孔樁取土擠壓清障導(dǎo)致障礙物擠入相鄰鉆孔樁內(nèi)),無法施工,后沖擊樁機(jī)成孔,經(jīng)反復(fù)掃孔、片石回填復(fù)打、混凝土回填復(fù)打等多種方案處理后仍因?yàn)檎系K物原因無法糾偏,向外側(cè)偏斜后的圍護(hù)樁可能破壞了相應(yīng)的三軸水泥攪拌樁,局部位置水泥土止水帷幕較薄,三軸攪拌樁外側(cè)采用高壓旋噴樁加固補(bǔ)強(qiáng)(圖6)。

圖6 局部鉆孔樁侵入攪拌樁處理示意圖

基坑?xùn)|側(cè)全套管咬合樁與常規(guī)鉆孔樁(三軸水泥攪拌樁)接頭較多,相應(yīng)位置內(nèi)外側(cè)采用高壓旋噴樁加強(qiáng),在第三道圍檁梁上預(yù)留套管(圖7),第三道圍檁混凝土澆筑完成后施工高壓旋噴樁(圖8),對緊貼圍護(hù)樁的被動區(qū)進(jìn)行加固。

圖7 圍檁梁上預(yù)留套管

圖8 支撐梁上施工高壓旋噴樁

2.2 深井施工

深井施工也碰到較大的困難,尤其坑外應(yīng)急控制深井,按設(shè)計圖,深井孔徑800 mm,現(xiàn)場地質(zhì)鉆機(jī)基本上無法順利成孔,深井最終成孔孔徑除東南角外基本上是200～300 mm孔徑(PVC管徑110 mm),水量較小,連續(xù)性降水能力差。

3 基坑施工

3.1 施工概況

2012年8—9月陸續(xù)開始挖土,鉆孔樁表觀質(zhì)量方面充盈系數(shù)較大,填土中擴(kuò)孔現(xiàn)象嚴(yán)重,局部有漏筋及樁位偏位情況,第三道支撐以上基本無較大滲漏,個別滲漏采取常規(guī)堵漏及時封堵,未造成較大影響。2012年12月底東南角開挖到底,情況相對較好,開始施工墊層及基礎(chǔ)。

坑外深井除東南角外基本為小孔徑深井,出水量小,坑外水位4～6 m(東南角-9.000 m以下)。坑內(nèi)降至-10.000 m標(biāo)高后水位難以下降,坑內(nèi)增加大量深井后降至墊層底,同時現(xiàn)場觀察到每天一段時間內(nèi)坑內(nèi)水位均會上升約300 mm,和錢塘江潮水變化有一定關(guān)系。

3.2 1#滲漏點(diǎn)

隨著基坑?xùn)|南角的成功開挖,西南角也進(jìn)入最后一層土方(第三道支撐底至基礎(chǔ)底)的開挖。1月31日下午2點(diǎn)試挖時水涌出,水量非常大,滲漏點(diǎn)(1#滲漏點(diǎn))在第三道圍檁下,不易直接封堵,2 h后坑邊臨時倉庫下陷?？觾?nèi)繼續(xù)回填封堵,采用了多種材料及方式進(jìn)行,多臺挖機(jī)駁運(yùn)土方,受支撐梁及土質(zhì)影響,邊填邊沖,無法有效封堵；同時直接倒入散裝水泥及桶裝水玻璃,但效果不佳,管涌流速大,無法保證凝固時間； 坑外注漿設(shè)備就位引孔,晚8點(diǎn)左右開始注漿；總包單位組織工人,外圍堆沙包,沙包邊灌注混凝土；下午6點(diǎn)混凝土泵車進(jìn)場,但因運(yùn)輸管堵塞,3 h后修好,坑內(nèi)開始灌混凝土；晚上1點(diǎn)左右,成功堵住滲漏點(diǎn),由于該滲漏點(diǎn)距離用地紅線較遠(yuǎn),坑邊下沉范圍基本位于紅線內(nèi),未造成大的社會影響。

1#滲漏點(diǎn)主要發(fā)生在不同樁型搭接等帷幕缺陷處,針對1#滲漏點(diǎn)的處理方案,考慮該范圍止水帷幕的可靠性不足以及實(shí)際障礙物等情況,采用坑外降水為主的處理措施(圖9)。1)拆除塌陷的工具房、廣告牌等；2)坑外回填；3)坑外注漿加固；4)坑外補(bǔ)打深井,坑外水位10 m以下方可施工,建議采用咬合樁或沖錘樁設(shè)備進(jìn)行成孔,確保孔徑及深井降水質(zhì)量；5)對基坑西側(cè)及西北側(cè)其他范圍坑外預(yù)加固,采用雙高壓旋噴設(shè)備(RJP雙高壓旋噴樁)進(jìn)行加固,重構(gòu)止水帷幕；6)坑邊土方采用試挖,開挖到底后圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)立即施工混凝土墻同基礎(chǔ)墊層形成整體(圖10)。同時對本次堵漏工作暴露出的問題也進(jìn)行了總結(jié)：現(xiàn)場搶險過程中指揮較混亂；同時因圍護(hù)樁為樁基單位施工,本次搶險開始以樁基單位為主,相對應(yīng)的設(shè)備、人員材料等方面遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需要,后期總包單位大量投入人員堆砌沙包后形勢方逆轉(zhuǎn)；混凝土泵車的故障未及時應(yīng)對,也耽誤了寶貴的搶險時間；聚氨酯等新型堵漏材料準(zhǔn)備不足等。

圖9 1#滲漏點(diǎn)坑外注漿及深井布置圖

圖10 開挖到位后圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)封閉節(jié)點(diǎn)圖

現(xiàn)場注漿以及雙高壓旋噴樁完成后,相應(yīng)范圍采用大型鉆孔設(shè)備進(jìn)行了坑外深井的補(bǔ)打,3月底坑內(nèi)土方開挖時,坑邊水位能控制在-9.5 m以下,基坑西側(cè)、西南角及西北角等范圍后續(xù)施工順利。

3.3 2#滲漏點(diǎn)

在其他范圍進(jìn)行加固施工的過程中,土方開挖的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至東北角,該范圍全部采用全套管咬合樁施工,且該范圍坑邊外側(cè)采取過高壓旋噴樁及注漿加固(圖5,因咬合樁施工地面下陷采取的措施),對該處的防滲止水信心較足, 2013年2月24日上午9∶00,由土方單位對東北角部位第三道支撐梁下做土方試挖工作,發(fā)現(xiàn)圍護(hù)樁間有股不明清水流出(2#滲漏點(diǎn)),隨后在東北角部位(涉及面為飛云江路人行道和一個非機(jī)動車道)地面出現(xiàn)大量的明水涌出并伴隨地面塌陷(圖11)。塌陷水平面積約為70 m2,塌陷深度為2.5 m。塌陷部位DN300自來水管發(fā)生斷裂。

圖11 基坑?xùn)|北角滲漏后坑外下陷情況

各參建單位按應(yīng)急預(yù)案組織搶修避險施工；通知自來水公司對已斷裂自來水管實(shí)行斷水措施；通知電力局對設(shè)置在東北角部位的2臺施工及1臺路燈變壓器實(shí)行斷電移位措施,現(xiàn)場已準(zhǔn)備的柴油發(fā)電機(jī)開始使用,為搶修避險提供臨時供電；飛云江路涉及塌陷部位實(shí)行臨時護(hù)欄封道。中午11點(diǎn),斷裂的DN300自來水管完成水源切斷,有效地防止進(jìn)一步塌陷。電力公司完成了3臺變壓器的斷電工作,杜絕塌陷土層造成電線桿傾斜帶來的危險。事故發(fā)生次日,電力局完成了所有電力搶修工作(包括原址上變壓器的拆除和電線桿的拔除、新移位電線桿施工及變壓器的安裝、測試)。當(dāng)天對滲漏點(diǎn)基坑外側(cè)雙液注漿。組織30多名工人及3臺挖機(jī)對坑內(nèi)實(shí)行土方反壓封堵,該滲漏點(diǎn)于當(dāng)夜11點(diǎn)左右完成坑外水封堵止水工作,未造成大的社會影響及危害。

該滲漏點(diǎn)經(jīng)復(fù)核位于2臺咬合樁樁機(jī)施工交界面附近,存在類似冷縫的局部缺陷,同時該范圍為北側(cè)項(xiàng)目2層地下室施工時大放坡回填土范圍,土質(zhì)疏松,成分復(fù)雜,障礙物多,咬合樁施工時已存在下陷現(xiàn)象,自來水管為承插式接頭,其斷裂與該水管下方土層不密實(shí)以及水土流失造成的不均勻沉降也有直接關(guān)系。

結(jié)合其他范圍處理經(jīng)驗(yàn),采取以下措施：

1)暫停東北角的第三道支撐梁下土方開挖,待該部位加固工作全部完成后實(shí)行試挖,再行施工。

2)對該事故部位實(shí)行土層加固。對塌陷部位實(shí)行換土施工,對松散的土層進(jìn)行清除施工,并分層回填壓實(shí),實(shí)行注漿加固。完成后預(yù)留注漿孔,作為應(yīng)急措施。

3)加強(qiáng)基坑變形觀測。

4)坑外增加深井(2排梅花狀布置),根據(jù)項(xiàng)目施工需要,開挖最后一層土方時,坑內(nèi)外水頭差控制在4 m以內(nèi)。采取上述處理措施后，3月6日順利試挖至坑底。

4 基坑監(jiān)測

按照規(guī)范要求,本項(xiàng)目在基坑開挖過程中進(jìn)行了全過程的監(jiān)測[3]。深層水平位移除基坑南側(cè)的測斜孔CX9、CX1、CX2、CX3外最大累計位移均在30 mm以內(nèi),基坑南側(cè)整體累計水平位移偏大,均超過60 mm。基坑南面測斜管CX1、CX3深層水平位移-時間曲線見圖12、圖13,距離1#滲漏點(diǎn)約16 m的西南角測斜管CX3累計水平位移最大超過120 mm。CX1時程曲線形狀更符合帶撐式支護(hù)的變形規(guī)律,坑底標(biāo)高處累計位移最大,而CX3受1#滲漏點(diǎn)長時間水土流失影響,一方面總累計位移較大,同時深度-9.000～20.000 m標(biāo)高范圍位移均較大,相對應(yīng)滲漏點(diǎn)-10.000 m的標(biāo)高,表明滲漏點(diǎn)附近一旦發(fā)生管涌,滲流在空間上向滲漏點(diǎn)集中,局部水力梯度大,大量土顆粒隨著管涌帶出,影響范圍遠(yuǎn),導(dǎo)致位移異常,不穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)時間長?；幽蟼?cè)水平位移整體偏大,一方面受1#滲漏點(diǎn)的影響,水土流失,同時大量人力物力投入搶險,已開挖到位的東南角暴露時間相對較長,另一方面基坑南側(cè)即為錢塘江,雙方水力聯(lián)系密切,考慮基坑采用懸掛式止水帷幕,坑內(nèi)外水頭差大,長時間的滲流也影響位移重分布,導(dǎo)致南側(cè)位移偏大。

圖14為-1.00 m深度測斜管CX1及CX3位移曲線圖,12月31日前東南角(CX1)正在施工基礎(chǔ)底板,西南角(CX3)準(zhǔn)備開挖第三道支撐下土方,同一工況包括其他基坑南側(cè)下CX3變形速率較CX1(包括其他南側(cè)測點(diǎn))大,也表明CX3附近的1#滲漏點(diǎn)作為帷幕本身缺陷, 隨著前期坑內(nèi)土方卸載及降水的進(jìn)行,前期已經(jīng)發(fā)生滲漏,造成局部滲透力較高,基坑位移變大,隨著卸載至第三道支撐底,產(chǎn)生滲透破壞,誘發(fā)管涌,也就是12月31日的1#滲透事故。CX1附近底板約在1月中旬澆注,CX3附近底板4月初完成,基礎(chǔ)澆注后水平位移變形速率平緩。

圖12 CX1位移-時間曲線 圖13 CX3位移-時間曲線

圖14 測斜管-1.0深度處位移-時間曲線

南側(cè)角撐部位第一道支撐軸力累計值超過警戒值10%,其他部位支撐軸力均在警戒值之內(nèi),壓頂梁沉降及水平位移均較小,表明圍護(hù)擋土樁可靠度高,也反映出粉砂地質(zhì)基坑土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)較好,關(guān)鍵為防滲止水的處理。

5 結(jié) 語

因基坑止水帷幕施工中遇錢塘江拋石,難以連續(xù)成形,可靠度低,多次、多處出現(xiàn)滲漏,甚至突發(fā)管涌,地下水涌入坑內(nèi),水土流失嚴(yán)重,引發(fā)周邊地面沉陷險情。部分深層土體水平位移監(jiān)測點(diǎn)超警戒值,支撐軸力個別點(diǎn)超警戒值,在重構(gòu)及補(bǔ)強(qiáng)止水帷幕,加強(qiáng)坑外降水以及采取搶筑底板和加強(qiáng)監(jiān)測等有效措施后,監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定,對周邊環(huán)境未產(chǎn)生破壞性影響,基坑開挖工程得以成功實(shí)施。這次的滲漏險情處理對類似基坑工程設(shè)計與施工具有較好的參考借鑒作用。

1)強(qiáng)滲透地區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水帷幕對基坑安全和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要,故應(yīng)重視止水帷幕的選型，施工質(zhì)量的控制以及過程中止水帷幕缺陷的排查及加強(qiáng)工作,預(yù)先判斷后期可能出現(xiàn)的險情,并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施,如坑邊預(yù)留注漿孔以及具有可短暫強(qiáng)排水能力的坑外應(yīng)急深井等,厚填土中深井施工可采用大型鉆孔設(shè)備,以保證降水能力。

2)對于類似錢塘江拋石的深層地下障礙物,詳細(xì)的施工勘察可為設(shè)計施工提供良好的基礎(chǔ),避免邊施工邊設(shè)計邊調(diào)整,從而造成止水帷幕組成復(fù)雜,接頭多,可靠度降低。類似土質(zhì)中三軸水泥攪拌樁及高壓旋噴樁施工困難,成型差,可選用全套管咬合樁工藝施工或清障,但新填土中咬合樁的施工注意保護(hù)環(huán)境,淺層有條件可適當(dāng)加固。

3)重視懸掛式帷幕在強(qiáng)滲流條件下基坑位移的變化,加快支撐及基礎(chǔ)施工,減少基坑暴露時間。

[1] 浙江城建勘察研究院有限公司.杭政儲出(2009)79號地塊巖土工程勘察報告[R].杭州：浙江城建勘察研究院有限公司,2011.

[2] 浙江省建筑設(shè)計研究院，浙江大學(xué).DB 33/T1008—2014建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].杭州：浙江省標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計站，2014.

[3] 浙江城建勘察研究院有限公司.杭政儲出(2009)79號地塊基坑施工監(jiān)測報告[R].杭州：浙江城建勘察研究院有限公司,2013.

Analysis and Treatment of the Leakage Danger of the Complicated Deep Foundation Pit with Strong Penetration nearby River

LUOXiaowei,CAOGuoqiang,GAOXiang,YANGXuelin

2016-09-14

羅曉偉(1971—),男，浙江金華人，工程師，從事建筑工程管理工作。

TU473.2

B

1008-3707(2017)01-0031-06