淺論基坑突涌及其防治

淺論基坑突涌及其防治摘要：基坑工程事故在深基坑開挖工程中并不鮮見，基坑工程事故給國家經濟和人民生命財產造成不同程度的損失。在基坑工程事故中，基坑底部的突涌是較為突出的一種。本文試就基坑突涌的成因以及防治措施結合實例進行淺論。關鍵詞：基坑突涌成因防治方法近些年來，我國許多城市或地區(qū)，相繼發(fā)生了多起基坑工程事故。小到一場驚嚇，大到造成直接經濟損失，延誤工期、甚至人員傷亡，同時也給周圍的居民生活、城市建設和企業(yè)形象造成了不良影響。高層建筑物和大型地下工程的建設，使得基坑開挖的深度在逐漸增加，一般都超過6m，有的深達20m。在軟土地區(qū)，深基坑開挖過程中可能出現的工程地質問題除了基坑邊坡滑移、基坑底部隆起、基坑涌水流砂外，基坑底部的突涌也是較為突出的。南寧某基坑位于老城區(qū)，地下水豐富，周邊現有建筑物密集，且為淺基礎，對沉降敏感。當基坑開挖至69m標高時，基底僅有少量地下水滲出，但可抽十，未現不穩(wěn)定現象。電梯井部位基坑需開挖至67m標高，當局部繼續(xù)下挖時，發(fā)生基坑突涌，涌水量約30噸/小時，水質混濁（涌水帶砂、泥）。在涌水部位周邊布5個抽水孔，用5臺水泵同時抽水，抽水量每臺泵按20噸/小時抽，共100噸/小時，抽了2小時后，水位下降只有0.2m，此時發(fā)現基坑支護樁有加速水平位移跡象，為確保安全，立即停止抽水。后改用袖伐管灌漿法，在突涌部位灌水泥水玻璃漿（灌漿范圍比電梯井基坑擴大1.5m，深達64m標高），將水止住，7天后順利開挖至67m標高，完成電梯井局部加深施工任務?；影l(fā)生突涌主要原因是地下水承受壓力較大，而阻止其產生的基坑不足引起的。在基坑開挖過程中，當基坑下部有承壓水存在，開挖減小了含水層上覆不透水層的厚度，隨著深度越來越大，基底下部不透水層厚度越來越薄，當厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能沖透不透水層，甚至頂裂或沖毀基坑底板，而發(fā)生突涌、隆起，造成基坑圍護結構失穩(wěn)?；油挥渴且环N非常有害的地下水不良作用。當基坑發(fā)生突涌時基坑底部會出現網狀或樹枝狀裂縫，地下水就會從裂縫中涌出并帶出下部土顆粒發(fā)生流砂、噴水及冒砂現象，從而造成基坑積水，軟化地基，降低地基強度，嚴重時還會造成邊坡失穩(wěn)和整個地基懸浮流動，給施工帶來很大的困難。如某開發(fā)公司所開發(fā)的一棟綜合樓，六層，集地下室、商服門市、住宅于一體。樓房采用磚混結構，建筑物長55m，二層和底層寬16m。整個基坑長58m，寬18m，呈長方形布置。采用大開挖，基坑深度為32m。該工程場地位于河流右岸，地貌單元為河漫灘，屬于沖積地貌。其地層結構自上而下共分三層：（一）雜填土。黑色，主要由粘性土、腐殖土、碎磚石塊等組成，松散，厚度1.10?1.80m。（二）粉質粘土。黃色，黃褐色，可塑，十強度和韌性中等，切面有光澤，含氧化鐵，局部含砂，厚度3.30?4.20m。（三）圓礫。黃褐色，中密，飽和，其母巖成分為花崗巖、安山巖、閃長巖等，磨圓度呈渾圓狀，級配良好，含砂量占20%?35%左右，鉆探厚度5.80m。該場地所在縣城地勢相對比較低洼，是一個地下水集中地帶。該建筑場地內的地下水為孔隙潛水，具有承壓性。含水層為三層圓礫層，水量豐富。初見水位就在含水層頂板處，穩(wěn)定水位在含水層頂板處以上2.60m。施工時正趕上冰雪融化，縣城南部的地下水向此匯集，使場地的地下水得以補充，加之向河里排泄不暢，地下水承壓性增大。施工單位采用挖掘機和人工找平的方法對基坑進行大開挖，當整個基坑開挖已接近尾聲時，建筑單位和施工單位突然接到工地負責人報告說基坑冒水，而且越來越嚴重。當人們到達現場時水頭約有1.4m左右，工人們正在封堵，但根本封不住，積水很快漫延開來，施工單位用挖掘機和工人在基坑中間迅速建起一條攔水壩，一邊進行排水。當時一個水泵根本不管用，后來增加了水泵才達到了平衡，不至于淹沒整個基坑。事后通過對本基坑突涌事故原因的分析，發(fā)現基坑開挖后不透水層的實際厚度，小于計算出的基坑不發(fā)生突涌所需不透水層最小厚度，所以導致基坑發(fā)生突涌。后經現象檢查，此處的土層下部含砂量比別處的含砂量大，當時向下游排泄路徑不暢，致使地下水的承壓性增大，在各種不利因素綜合作用下，在基坑最薄弱的地段就發(fā)生了突涌。經過事故分析，可得出結論：事先估計不足是造成突涌發(fā)生的根本原因。所以，要防止突涌，首先須做好巖土工程勘察，了解地下水位及各巖土層分布情況。在具承壓水地段進行巖土工程勘察時應結合擬采用的基礎形式，基礎埋深，承壓水位，不透水層的最小厚度和其它不利因素對基坑是否存在突涌的可能作出評價?？辈鞎r一定要準確地測量承壓水位，還應提供水位變幅，作出水位變幅對基坑影響的預測。發(fā)現軟弱位置后，可以采用井點降水（根據不同的地下水位深度選定不同降水形式）；采用各種維護形式，如打鋼板樁整體維護、地下連續(xù)墻整體維護、攪拌樁維護等形式，在對可能發(fā)生突涌的基坑應提出預防措施，引起設計和施工人員的高度重視，提前做好相應的應急方案，避免基坑突涌給施工帶來損失。提出方案時還要根據地質條件做到防止突涌方式的經濟性。在施工前結合巖土參數對基坑突涌進行精確計算是一種可行的預防基坑突涌發(fā)生的方法。傳統(tǒng)計算方法一般根據隔水土層的自重壓力等于承壓水的頂托力來確定基坑突涌的臨界厚度，其沒有考慮隔水層土體的抗剪強度，分析結果往往偏于保守。一種考慮土體抗剪強度影響的基坑突涌安全系數與隔水層臨界厚度計算公式，經過應用于相關實例計算，所得的計算結論與現場實際取得了很好的一致，這種算法就是基于土體剪切破壞理論。除此之外，目前已有的基坑突涌計算理論還有壓力平衡理論、土體撓曲破壞理論、綜合考慮土體強度和剛度理論和統(tǒng)計預測法等，這些方法從不同角度推測基坑突涌破壞機理，對基坑突涌的防止做出了科學的預測，提供了精確的數據，便于采取不同的措施去應對可能發(fā)生的基坑突涌。如果基坑已經發(fā)生突涌，也須冷靜下來，采取措施去應對解決。造成各種基坑事故的根本原因就是基坑內外水土壓力失衡，因此盡快恢復水土壓力平衡是處理事故的首要工作。為防基坑的突涌失穩(wěn)，工程施工中采取一定的措施，如降低承壓水位法、隔離地下水法和坑底地基加固法等。只要我們運用合理的方法，正確預防和及時處理好突涌出來的水，基坑突涌事故就能得到有效的解決。在基坑突涌中常用的治水的方法有明排水法、注漿法、井點降水法、凍結法以及地下連續(xù)墻法。明排水法適用于面積較小、降水深度不大的基坑開挖工程，在基坑中，常在其開挖過程中，沿坑底周圍或者中間挖一定坡度的排水溝，并隔一定的距離設置一個集水坑，地下水通過溝流入坑中，然后用水泵抽走。作為一種對所有地下工程有效的施工技術，注漿技術既可應用于減少井筒涌水，加快鑿井速度，并對井筒全深范圍內所有含水層（除表土層外）進行預注漿施工，也可以對裂隙含水巖層、松散沙土層進行堵水、加固。注漿法是將膠結材料配制成漿液并注入松散含砂或含水地層、含裂隙的巖層、溶洞、破碎帶使其固化。在巨大基坑開挖之前，在基坑周圍埋設一定數量的濾水井。利用抽水設備抽水，使地下水降至基坑底以下，并在基坑開挖過程中不斷抽水，使要開挖的土保持干燥，這就是井點降水法。近20年來，井點降水無論在技術和設備上都有較大的發(fā)展與改進，如輕型井點從單一的真空泵式抽水發(fā)展到射流泵式抽水，應用噴射技術發(fā)展起來的噴射并點，成功的應用于滲透性強弱相間土層的降水工程。目前，我國井點降水深度最大已達148m，成功解決了豎井工程中的嚴重流沙問題。凍結法是在巖土工程開挖之前，用人工制冷的方法將開挖工程周圍的巖土層凍結成封閉的凍結圈壁，以臨時加固地層，抵抗地壓，隔絕地下水與地下工程的聯系，然后在凍結壁的保護下進行正常施工的一種特殊施工法。它能夠有效的阻隔土體中的水向開挖土體中遷移，從而保證施工的安全。地下連續(xù)墻對地下工程的防滲以及水利水電等具有重要的作用。地下連續(xù)墻就是用專用設備沿著深基礎或地下構筑周邊，采用泥漿護壁開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽。在槽內設置鋼筋籠，采用導管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段。依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻，以便基坑開挖時防滲、擋土作為鄰近建筑物基礎的支護以及直接成為承受直接荷載的基礎結構的一部分。當然，這些方法的選用必須與實際的地質條件和場地條件相結合，還要能夠做到根據工程的實施做到動態(tài)調整。使降水設計方案與現場實際情況相吻合，提高了設計方案的準確性和可操作性。但另一方面受地質條件的復雜性和地質勘察報告的精度的影響，計算參數如果完全按地勘報告計算結果將難運用到施工實踐中去，在具體施工時往往需要驗對地勘報告提供的參數，進行修正且工程實施時再根據試驗結果進行動態(tài)調整。如寧波市鄞州區(qū)銀行保險辦公大樓工程采用樁筏基礎，樁基：采用①700、①800、①900三種鉆孔灌注樁，樁身砼強度等級為C30，樁端持力層為8c礫砂層，進入持力層深度不小于2倍樁身直徑，有效樁長為55m，單樁承載力特征值分別為：2700KN、3300KN、4400KN。在基槽開挖過程中，施工人員從觀測井發(fā)現水位忽上忽下，從井點抽出的水量雖然比較大，但開挖的土方較濕，許多成淤泥狀，8#設備基坑局部地區(qū)可見明水。局部基底地面隆起、有水滲出或細流流出。為了保證施工安全和質量，施工人員在6#設備基坑附近做一勘測孔，出現了大面積流砂突涌問題，細砂不斷噴冒，集水井被泥砂填滿，且涌水涌砂的情況不斷加劇，為了減少人員傷亡及工程施工安全，工程部決定啟用應急預案。通過對現場情況的了解，工程部研究確定采取如下方案：采取防排結合的方法，在出現涌砂滲水的區(qū)域設置反濾層，用于控制形成涌水流砂渠道，防止出現抽取地下水是帶出細砂出現塌方事故，同時加快墊層施工，補設二三級井點輔助降水。通過24小時不斷絕的持續(xù)降水，終于徹底止住流砂及涌水，使工程具備高分子防水施工的條件。綜上分析本工程基坑突涌事故的主要原因是樁基在汛期施工，遇上罕見的大暴雨，承壓含水層達到很高的壓力而致。所以，對基坑突涌要加強重視，提前防治，更要多準備幾套方案，一旦發(fā)生事故