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        某深大基坑透水事故分析及處理

        2016-11-19 01:58:40陳國(guó)慶潘儀凱
        關(guān)鍵詞:險(xiǎn)情監(jiān)測(cè)點(diǎn)深基坑

        陳國(guó)慶,潘儀凱,肖 亮

        (鎮(zhèn)江市建設(shè)工程質(zhì)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(guó)慶,潘儀凱,肖 亮

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

        某軟土地區(qū)深大基坑,地質(zhì)特點(diǎn)是流砂+巖溶,即奧陶紀(jì)灰?guī)r溶蝕面上直接覆蓋飽水粉細(xì)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(jié)合坑外三軸攪拌樁止水帷幕的支護(hù)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(chǎng)地地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、基坑支護(hù)及開挖施工的情況,結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地質(zhì)雷達(dá)掃描探測(cè)結(jié)果,對(duì)事故的原因進(jìn)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(jìn)行了搶險(xiǎn)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(cè);地質(zhì)雷達(dá)

        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(yīng)問題也日益增多:如基坑開挖引起的基坑周邊地表沉降,對(duì)鄰近路面、建筑物及地下設(shè)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(hù)設(shè)計(jì)或施工措施不當(dāng)造成的,如邊坡失穩(wěn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)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(fù)合型的災(zāi)害地質(zhì)[11]。本文對(duì)其坑底流砂、坑外路面坍塌事故進(jìn)行了原因分析與處理。相關(guān)分析及處理方法對(duì)類似深大基坑工程的設(shè)計(jì)、施工及搶險(xiǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

        1 工程概況及水文地質(zhì)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(dá)50萬m2,建筑高度為266 m。東側(cè)與周邊超高層寫字樓最近距離僅14 m?;游鱾?cè)、南側(cè)、北側(cè)均瀕臨城市主干道,其中北側(cè)道路有多幢20世紀(jì)70年代建造的淺基礎(chǔ)房屋。工程周邊場(chǎng)地狹小,人流、交通密集,地下管線錯(cuò)綜復(fù)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(jí)深基坑工程。

        整個(gè)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(biāo)高分別為:-2.90 m;-8.70 m;-12.20 m(見圖2)。

        圖2 基坑支護(hù)及開挖信息圖

        支護(hù)樁外側(cè)設(shè)置φ850三軸深層攪拌樁作為止水帷幕,基坑內(nèi)設(shè)置106口減壓降水井;根據(jù)地勘報(bào)告,基坑?xùn)|北角(見圖3)地質(zhì)條件比較復(fù)雜且臨近區(qū)域淺基礎(chǔ)建筑物較多,故在止水帷幕取芯不合格的情況下,先后對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了高壓旋噴注漿、化學(xué)注漿補(bǔ)強(qiáng)處理,但經(jīng)過取芯驗(yàn)證效果均不夠理想,最后經(jīng)過專家論證對(duì)該地區(qū)采用了素混凝土地下連續(xù)墻防水補(bǔ)強(qiáng)。

        圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

        1.2 水文地質(zhì)情況[12]

        按揭露的先后順序?qū)⒏鞣謱拥鼗撂匦蕴卣骷胺植家?guī)律自上而下參數(shù)見表1。

        根據(jù)工程地質(zhì)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(chǎng)地①層填土層主要受古黃河沉積影響。

        場(chǎng)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(bǔ)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(zhì)黏土層滲透系數(shù)較低,為相對(duì)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(cè)向補(bǔ)給。地下水、土對(duì)混凝土具微腐蝕性,對(duì)鋼筋具有弱腐蝕性。

        表1 土層分布及物理力學(xué)參數(shù)

        1.3 基坑監(jiān)測(cè)情況

        深基坑開挖是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,與之有關(guān)的支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)周圍環(huán)境造成的影響也是一個(gè)動(dòng)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(xiàng)目采用了信息化施工,按照設(shè)計(jì)要求及基坑規(guī)范主要通過以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目對(duì)基坑施工進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè):(1)支撐軸力監(jiān)測(cè),共分三層;(2)坑周邊路面沉降監(jiān)測(cè);(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁水平位移監(jiān)測(cè);(4)坑外地下水位監(jiān)測(cè)等?;?xùn)|北角監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖如圖4所示。監(jiān)測(cè)頻率為每天1次,在基坑發(fā)生險(xiǎn)情時(shí),監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

        圖4 基坑?xùn)|北角監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,本工程基坑內(nèi)共設(shè)有三道支撐,其中第一道和第二道支撐設(shè)有棧橋板面用于地下施工的材料運(yùn)輸通道,所有支撐均為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu),當(dāng)結(jié)構(gòu)施工到相關(guān)某一部位后需進(jìn)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(yán)禁超挖”的基本原則,對(duì)該基坑土方分四大步開挖(見圖2)。

        2.2 基坑險(xiǎn)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(dāng)日傍晚突降大雨,該部位出現(xiàn)大量滲漏點(diǎn)。次日早晨7點(diǎn)左右出現(xiàn)坑內(nèi)基底涌砂,坑外路面坍塌的情況,基坑險(xiǎn)情實(shí)景見圖5。隨即施工單位采取堵漏措施:對(duì)坍塌部位進(jìn)行澆筑混凝土、注漿。雖經(jīng)過緊急處理,部分漏點(diǎn)被有效控制,但是最大的流砂部位非但未能封堵,同時(shí)涌水涌砂量有逐漸增大的趨勢(shì)。傍晚17時(shí)左右,該部位基坑外道路出現(xiàn)道路坍塌,管線斷裂的險(xiǎn)情,現(xiàn)場(chǎng)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(cè)數(shù)據(jù)分析

        由于基本東北角地質(zhì)條件復(fù)雜,且該處出現(xiàn)了基坑流砂的險(xiǎn)情,需對(duì)該部位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)?,F(xiàn)對(duì)該側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析:

        基坑漏水側(cè)設(shè)有水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(gè)觀測(cè)井的水位均有較大的降幅,且累計(jì)值均超過了-1 500 mm的警戒線,水位最低值達(dá)到了-2 000 mm。于是立即對(duì)比當(dāng)日其它監(jiān)測(cè)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(rèn)為單純的水位降低并不會(huì)引起基坑的不安全,遂僅僅要求施工單位加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)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(cè)點(diǎn)離基坑邊緣有一段距離,道路沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(shí),支撐軸力隨水位的下降亦發(fā)生下降(見圖7(d)),當(dāng)時(shí)認(rèn)為軸力下降不會(huì)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,因此當(dāng)時(shí)并未引起重視。事后分析,正是由于基坑漏水將圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍的泥沙裹挾至基坑內(nèi),客觀上降低了土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力,進(jìn)而表現(xiàn)為軸力下降。同時(shí)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?。ㄒ妶D7(c)),像D5等測(cè)點(diǎn)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(cè)壓力減小的原因?qū)е碌摹?/p>

        圖7 基坑信息化監(jiān)測(cè)圖

        3.2 事故原因分析

        3.2.1 勘察設(shè)計(jì)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(shí)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(xué)注漿殘留物,地下暗流導(dǎo)致前期三軸深攪樁及化學(xué)注漿補(bǔ)強(qiáng)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(zhì)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(yán)重

        因該地區(qū)地下水豐富,且經(jīng)驗(yàn)算存在突涌的風(fēng)險(xiǎn),因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件,全場(chǎng)共布設(shè)106口降水井,后因開挖人工挖孔樁又在主塔區(qū)域增設(shè)19口深層降水井,并經(jīng)過抽水試驗(yàn)?zāi)軌驖M足本工程的降水要求。但是由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜,降水井布置密度較大,挖土過程中由于挖機(jī)造作的原因以及降水井淤堵,導(dǎo)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(xiǎn)工作不力

        基坑剛剛發(fā)生險(xiǎn)情時(shí),業(yè)主和總包單位并未意識(shí)到事態(tài)的嚴(yán)重性。經(jīng)過粗略的分析,認(rèn)為單純從基坑外進(jìn)行雙液注漿即可封堵漏點(diǎn)。經(jīng)過近2個(gè)小時(shí)的努力,漏點(diǎn)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(gè)錯(cuò)誤的應(yīng)急響應(yīng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)險(xiǎn)情,業(yè)主單位召集施工、設(shè)計(jì)、勘察、監(jiān)測(cè)、監(jiān)理等單位召開緊急會(huì)議,相關(guān)單位立即安排人員撤離,設(shè)置警示隔離帶。同時(shí)為防止流砂帶來的基坑周邊路面進(jìn)一步坍塌,立即對(duì)該處坑外塌陷區(qū)澆筑速凝混凝土,累計(jì)澆筑混凝土45 m3,同時(shí)為防止周邊建筑物不均勻沉降,對(duì)該部位周邊進(jìn)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(shí),在險(xiǎn)情位置臨近支護(hù)樁周邊坑內(nèi)設(shè)置沙包反壓(見圖8),同時(shí)快速支設(shè)模板澆筑反壓慮砂裝置(見圖9),在慮砂裝置內(nèi)設(shè)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(shí)也阻止了坑外砂土的進(jìn)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(diào)整底板澆筑方案

        在險(xiǎn)情得到初步的控制后,立刻將該部位基槽進(jìn)行清理,搶基坑底板。待其余部位底板澆筑完成形成一定強(qiáng)度后,通過慮水裝置的排水口進(jìn)行反壓注漿,徹底將該部位漏點(diǎn)封堵。漏點(diǎn)封堵完成后,在基坑外進(jìn)行注漿,封堵滲漏通道。隨即對(duì)基坑內(nèi)的反壓慮砂裝置進(jìn)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(huì)對(duì)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(zhì)體的檢測(cè)工作[17]。本次外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用美國(guó)GSSI探地雷達(dá)以及與其配套的低頻組合天線和100 Mhz天線。具體檢測(cè)方案為:在基坑周邊外側(cè)2 m處布置測(cè)線。檢測(cè)深度范圍為基坑全深15.3 m以淺,測(cè)點(diǎn)間距取為0.1 m,檢測(cè)精度約為0.5 m。檢測(cè)采用100 MHz和250 MHz屏蔽天線進(jìn)行多頻覆蓋檢測(cè)。

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

        圖10 “點(diǎn)狀異?!钡碾p曲線反射弧特征

        圖11 注漿后土層的雷達(dá)剖面特征圖

        4.5 效果驗(yàn)證

        隨著基坑滲漏險(xiǎn)情排除,采取了對(duì)地下空洞的注漿、原下水道的重新砌筑、路面的硬化恢復(fù)等一系列措施后。項(xiàng)目部加強(qiáng)了對(duì)該部位的觀察,支撐軸力和地下水位逐漸恢復(fù)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(shí)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(jié) 語

        (1)深大基坑是一項(xiàng)非常復(fù)雜的巖土工程,從勘察、設(shè)計(jì)到施工都能影響到其質(zhì)量,嚴(yán)重的甚至?xí)鸢踩鹿?,造成重大損失。從本工程事故可以看出,工程地質(zhì)勘察是基坑工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),勘察不詳細(xì)會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏差,施工方法選擇不當(dāng)會(huì)造成質(zhì)量事故。因此,在地質(zhì)勘察階段需要盡可能詳細(xì)的了解勘察區(qū)域的地質(zhì)情況及周邊管線的情況,遇到特殊區(qū)域應(yīng)做更為詳細(xì)勘測(cè),為設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。

        (2)深基坑工程在施工時(shí)應(yīng)高度重視基坑監(jiān)測(cè)的重要性。建立合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和嚴(yán)密的巡視機(jī)制,確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和真實(shí)性。同時(shí),還需要關(guān)聯(lián)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常應(yīng)立刻通知相關(guān)單位查找分析原因,迅速做出相關(guān)響應(yīng)。

        (3)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)具有高效、無損、精度高等優(yōu)點(diǎn),在布設(shè)足夠探測(cè)點(diǎn)數(shù)的情況下,能夠?qū)σ欢ㄉ疃确秶鷥?nèi)地下空洞的大小、位置的實(shí)際情況進(jìn)行探測(cè)。

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        [16] 劉 浩,楊 銳,張大軍.廣州某工程基坑變形監(jiān)測(cè)及分析研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015,13(1):167-170.

        [17] 李二兵,譚躍虎,段建立.地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程檢測(cè)中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2006,2(2):267-270.

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

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