趙 強(qiáng)，孫 鵬，楊學(xué)嘉，張雪峰

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124;2.中鐵十九局 第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下空間的利用得到極大重視，深基坑大量涌現(xiàn)?；訃o(hù)質(zhì)量的優(yōu)良與否直接關(guān)系到整個(gè)工程的成敗。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性及施工質(zhì)量的影響，使得選用的基坑支護(hù)及止水結(jié)構(gòu)在某些部位會(huì)產(chǎn)生缺陷，危及基坑安全。目前國內(nèi)常用地質(zhì)雷達(dá)檢測基坑圍護(hù)與止水帷幕之間的隱患或異常點(diǎn)，很少對其進(jìn)行評價(jià)。本文結(jié)合長春某輕軌車站基坑工程，利用地質(zhì)雷達(dá)查找圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隱患，然后對隱患作出風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，以便提前處理隱患，降低或杜絕開挖過程中或運(yùn)營過程中因地下水帶來的不利影響［1～4］。

1 工程概況

該基坑擬建場地地勢西高東低。場地地貌類型為松遼波狀平原東緣與吉東山地接址帶，地貌單元為長春波狀臺(tái)地，勘察高程測量采用長春市城市高程。沿線地面高程為208.114～204.50 m，最大高差3.614 m。勘察揭露最大深度40.0 m?？辈旖Y(jié)果表明，場地地層主要由三部分組成:地表一般分布有道路結(jié)構(gòu)層和人工堆積雜填土層、第四系沖積黏性土和沖洪積砂土，下伏白堊系泥巖。

實(shí)測地下水位埋深2.90～5.50 m。擬建場地地下水賦存于第四系黏性土和砂土層中，含水層的厚度在10.0～15.0 m。其下部的泥巖為不透水層。擬建場地地下水類型屬第四系孔隙潛水，由于含水巖組透水性及富水性的差異，在一定條件下砂土層中的孔隙水可表現(xiàn)出一定的微承壓性。由于基坑側(cè)壁附近分布有砂土層，出水量可能較大，在水壓力作用下，易形成泥砂突涌現(xiàn)象。各土層在地下水的作用下，坑壁容易坍塌，加劇坑壁的不穩(wěn)定性，直接影響地下工程的施工。施工及使用中，必須重視地下水的影響，采取必要的防治措施。地下水動(dòng)態(tài)及抗浮設(shè)計(jì)水位根據(jù)當(dāng)?shù)氐叵滤畡?dòng)態(tài)長期觀測資料，地下水隨季節(jié)性變化，年變化幅度1.5～2.0 m。

填土、黏土層較厚，黏土層與全風(fēng)化泥巖之間為砂層，基坑第一至第三道支撐范圍內(nèi)周圍地層為軟土，并且車站地下水位較高。車站主體及站臺(tái)區(qū)間結(jié)構(gòu)采用明挖順做法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁結(jié)合鋼支撐的形式，樁間土掛網(wǎng)噴混凝土保護(hù)。

2 檢測方法與結(jié)果分析

2.1 檢測方法及原理

當(dāng)基坑開挖至第三道圍檁處，出現(xiàn)滲水及圍護(hù)樁之間土體流失等異?，F(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場開挖情況發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象出現(xiàn)在砂土層內(nèi)，且地下水位較高，如圖1、圖2。同時(shí)，相應(yīng)部位的樁身水平變形較大，初步判定基坑圍護(hù)樁及止水帷幕存在安全隱患，利用瑞典MALA公司生產(chǎn)的RAMAC/GPR探地雷達(dá)對存在隱患的部位進(jìn)行無損檢測。

地質(zhì)雷達(dá)(簡稱 GPR)，是一種對地下的或物體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。其工作原理是:高頻電磁以寬帶脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入地下，經(jīng)存在電性差異的地下地層或目標(biāo)反射后返回地面，由接收天線接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。故通過對時(shí)域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。其工作原理如圖3。

圖1 樁間土體流失

圖2 基坑砂土層

圖3 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

利用一個(gè)天線(Tx)對地發(fā)射高頻寬帶電磁波，用另外一個(gè)天線(Rx)接收來自地下的反射，折射電磁波和地表的直達(dá)波以及干擾電磁波。由于地下介質(zhì)的導(dǎo)電性、介電性存在差異，根據(jù)電磁波在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生能量衰減、頻散、頻移等變化，接收天線接收到的電磁波信號包含了地下介質(zhì)信息，通過對接收信號的回放處理就可以反映地下介質(zhì)分布情況。

基坑圍護(hù)樁為鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm，間距1 200 mm，外有2排600 mm旋噴樁作為止水帷幕，如圖4。結(jié)合現(xiàn)場情況，選用500M屏蔽天線，對砂土層的基坑側(cè)壁進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測，探測深度2.8 m。

圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

2.2 結(jié)果分析

選取部分圖像進(jìn)行分析(圖5)。從探查圖像可明顯判別出圍護(hù)樁位置，圍護(hù)樁成規(guī)律性上凸圖像。分析后表明探測區(qū)域圍護(hù)樁與止水帷幕間局部存在疏松現(xiàn)象;個(gè)別圍護(hù)樁成樁質(zhì)量不良，樁身存在隱患。圖5所示疏松區(qū)域(7.5～9.0 m，9.5～10.5 m)緊鄰圍護(hù)樁，與周圍區(qū)域相比電磁波反射強(qiáng)烈，同相軸不平行、不穩(wěn)定，幅度橫向不均勻，波形不一致，明顯異于周圍介質(zhì)，但沒有明顯的多次反射，反射明顯，且快速衰減，厚度約0.5 m，判定有疏松現(xiàn)象，出現(xiàn)疏松的原因可能是該位置止水帷幕存在缺陷，止水效果較差，基坑圍護(hù)外側(cè)的地下水向基坑內(nèi)滲透，導(dǎo)致土體隨滲水流失。圍護(hù)樁缺陷(14～15 m)位置0.8 m深度處電磁波反射雜亂，圖像明顯異于正常樁身圖像，判定為圍護(hù)樁不密實(shí)，同時(shí)緊跟一長帶形雜亂反射波，也存在疏松現(xiàn)象［5～7］。圍護(hù)樁不密實(shí)可能是混凝土澆筑過程中砂層塌落造成的樁身缺陷。

3 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及處理措施

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

基坑開挖過程中，圍護(hù)樁及止水帷幕的效果直接影響到基坑工程的安全。進(jìn)入雨季后，基坑止水帷幕的好壞直接關(guān)系到基坑的安全。特別是該基坑圍護(hù)缺陷出現(xiàn)在砂層內(nèi)，極易產(chǎn)生涌沙事故，危害基坑安全。而目前國內(nèi)無明確的基坑圍護(hù)質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)后，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，提出針對該工程的基坑圍護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表 1［8］。

圖5 雷達(dá)圖像分析

表1 基坑圍護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級

當(dāng)基坑圍護(hù)等級為很低時(shí)，基坑側(cè)壁存在極少量滲水現(xiàn)象，基坑可正常開挖，不需要采取特殊的處理措施;當(dāng)基坑圍護(hù)等級為低時(shí)，基坑側(cè)壁存在少量滲水現(xiàn)象，基坑可正常開挖，但應(yīng)對基坑圍護(hù)樁缺陷處進(jìn)行處理，增強(qiáng)圍護(hù)支撐能力;當(dāng)基坑圍護(hù)等級為一般時(shí)，基坑側(cè)壁局部存在滲水現(xiàn)象，基坑可正常開挖，在對基坑圍護(hù)缺陷處進(jìn)行處理的同時(shí)，應(yīng)對止水帷幕的缺陷進(jìn)行處理;當(dāng)基坑圍護(hù)等級為較高時(shí)，基坑側(cè)壁存在大量滲水現(xiàn)象，必須采取處理措施，及時(shí)加固圍護(hù)樁，合理安排開挖工序工法，才可開工;當(dāng)基坑圍護(hù)等級為很高時(shí)，基坑側(cè)壁滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)涌水、涌沙，圍護(hù)樁支護(hù)能力嚴(yán)重?fù)p失，應(yīng)禁止施工，同時(shí)制訂專項(xiàng)處理方案，并會(huì)同設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理各方意見，商討解決方法。

本次共探測測線長度160 m(兩側(cè))，存在3處圍護(hù)樁缺陷，存在14處疏松區(qū)域，共計(jì)25 m。經(jīng)分析可以對基坑圍護(hù)質(zhì)量做出如下評價(jià):車站圍護(hù)的整體質(zhì)量為一般等級，施工過程中需重點(diǎn)關(guān)注，應(yīng)注意防水作業(yè)，避免出現(xiàn)涌沙。已進(jìn)入雨季，降雨導(dǎo)致基坑外水位上升，水壓力增大將會(huì)加劇滲水;同時(shí)車站距離鐵路鐵軌較近，局部區(qū)段不足5 m，一旦出現(xiàn)事故將影響鐵路正常運(yùn)營，后果嚴(yán)重，因此將該處的圍護(hù)樁及止水帷幕安全等級降低一級，降至較差等級，施工中應(yīng)著重關(guān)注。

3.2 處理措施

基坑?xùn)|側(cè)緊鄰鐵路，西側(cè)為一重要文物建筑，不適宜采用基坑外井點(diǎn)降水，故采取以下處理措施:

1)基坑周邊地面裂縫均需采用水泥砂漿或細(xì)石混凝土及時(shí)封堵;暴雨時(shí)，用防水材料覆蓋基坑?xùn)|側(cè)裸露地面，減少雨水滲入，進(jìn)一步做好基坑周邊地面的排水。

2)基坑支護(hù)內(nèi)側(cè)壁滲漏水根據(jù)不同情況采用防水材料或壓密注漿等方法堵漏，一般不宜采用引流的方法。

3)挖土完成后，基坑暴露時(shí)間越短越好，在基坑土方開挖的同時(shí)，聯(lián)系好有關(guān)單位，待挖土完成后盡快進(jìn)行基礎(chǔ)底板施工，減少雨水浸泡基巖，降低基巖強(qiáng)度，弱化圍護(hù)樁的支護(hù)能力。

4)加強(qiáng)基坑位移監(jiān)測，關(guān)注位移變化。

4 結(jié)論

本文通過利用地質(zhì)雷達(dá)對某深基坑圍護(hù)工程進(jìn)行無損檢測，探明該基坑圍護(hù)存在的缺陷，并提出了針對該基坑圍護(hù)質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為基坑的安全開挖提供了指導(dǎo)。基坑開挖暴露的圍護(hù)面積很大，對整個(gè)圍護(hù)工程進(jìn)行完全、詳實(shí)的檢測并不現(xiàn)實(shí)，往往會(huì)影響施工進(jìn)度。只能是伴隨著基坑的開挖，結(jié)合現(xiàn)場情況，對潛在的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行檢測和評價(jià)。因此，應(yīng)同目前常用的基坑安全監(jiān)測項(xiàng)目(位移和應(yīng)力)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，綜合判斷基坑工程的安全性，這樣才能取得良好工程效益。

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