羅曉偉,曹國強,高 翔,楊學林

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

臨江強滲透復雜深基坑滲漏險情分析與處理

羅曉偉1,曹國強2,高 翔1,楊學林2

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

通過滲漏事故分析與處理,說明復雜地質條件下施工勘察、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設計施工以及事故預防提供了參考。

基坑；滲漏；搶險；強滲透性地基；止水帷幕；回填

1 工程概況

1.1 基坑工程概況

本項目位于杭州市上城區(qū)復興地區(qū),東至飛云江路,南至之江中路,北至已建項目。本項目用地面積約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,基坑設計開挖深度為13.85 m,電梯井開挖深度約15.65 m。

基坑東側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；北側距離用地紅線約2.1 m,紅線外為已建項目,地下2層,鉆孔灌注樁基礎,原基坑圍護采用排樁結合放坡開挖?；游鱾葹閺蛷V直街(本項目范圍段未通車),本側擬用作土方出入口；基坑南側為之江路,布有較多市政管線,同時重型車輛行駛較多,之江路外側為錢塘江,距離基坑約60 m。

1.2 土質條件

根據區(qū)域地質資料及地質勘察報告[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(局部夾淤泥質土)。各土層物理力學指標見表1。

表1 各土層物理力學指標

注：表中括號內數值為經驗值。

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。勘察期間在鉆孔內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 基坑圍護方案

基坑圍護采用1 000 mm直徑(之江路一側)及900 mm直徑鉆孔灌注樁作為基坑擋土結構,沿豎向設置3道臨時鋼筋混凝土內支撐。南側臨近錢塘江范圍設置兩排850 mm直徑三軸水泥攪拌樁進行止水,其他范圍單排850 mm直徑三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕,止水帷幕底標高-23.200 m,為懸掛式止水帷幕,滿足坑底抗突涌驗算[2]?？油庠O置應急深井,控制坑內外水頭差?？觾炔捎米粤魃罹韪?。

2 圍護樁和深井施工

2.1 圍護樁施工

根據地質勘查報告,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。三軸攪拌樁從基坑東南角開始施工,局部攪拌成樁困難,成樁深度5～17 m不等,遠小于設計底標高,現(xiàn)場發(fā)生三軸機械抱箍扭斷、進尺非常緩慢等故障,鉆頭磨損嚴重,翻出物見大直徑塊石等。各方協(xié)商后進行施工勘察調查障礙物分布,同時現(xiàn)場三軸水泥攪拌樁保持施工。根據施工勘察及三軸水泥攪拌樁施工情況,本項目障礙物分布較多,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(結合已施工圍護樁,主要是基坑南側及東側范圍),其他范圍采用鉆孔樁設備清障,引孔樁直徑800 mm、間距1000 mm、孔深25 m,三軸攪拌樁初凝后進行復攪(基坑西側及北側使用)。 圖2為西南角原圍護圖(后期1#滲漏點區(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直徑高壓旋噴樁進行補強,前后排鉆孔樁通過壓頂板連接。

圖2 西南角原圍護圖

圖3 西南角最終實施圖

圖4 東北角原圍護圖

圖5 東北角最終實施圖

圖4為東北角原圍護圖(后期2#滲漏點區(qū)域),因施工勘察障礙物較多,深度較大,故統(tǒng)一調整為全套管咬合樁(圖5)。該范圍咬合樁施工過程中,出現(xiàn)導墻下沉1 m多現(xiàn)象,坑外土體沉降較大,造成人行道側出現(xiàn)裂縫。分析該范圍回填土厚(北側深基坑放坡以及道路雨水管施工回填),成分復雜,而咬合樁導管內外水頭差高,導管內取土后導致導管外側水土流失較多,新近填土范圍尤其嚴重。針對該情況,為保護道路,咬合樁外側進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)。

基坑北側局部范圍鉆孔樁施工過程中偏斜嚴重(部分原因是由于采用鉆孔樁取土擠壓清障導致障礙物擠入相鄰鉆孔樁內),無法施工,后沖擊樁機成孔,經反復掃孔、片石回填復打、混凝土回填復打等多種方案處理后仍因為障礙物原因無法糾偏,向外側偏斜后的圍護樁可能破壞了相應的三軸水泥攪拌樁,局部位置水泥土止水帷幕較薄,三軸攪拌樁外側采用高壓旋噴樁加固補強(圖6)。

圖6 局部鉆孔樁侵入攪拌樁處理示意圖

基坑東側全套管咬合樁與常規(guī)鉆孔樁(三軸水泥攪拌樁)接頭較多,相應位置內外側采用高壓旋噴樁加強,在第三道圍檁梁上預留套管(圖7),第三道圍檁混凝土澆筑完成后施工高壓旋噴樁(圖8),對緊貼圍護樁的被動區(qū)進行加固。

圖7 圍檁梁上預留套管

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,尤其坑外應急控制深井,按設計圖,深井孔徑800 mm,現(xiàn)場地質鉆機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,鉆孔樁表觀質量方面充盈系數較大,填土中擴孔現(xiàn)象嚴重,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。

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)?？觾冉抵?10.000 m標高后水位難以下降,坑內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坑內水位均會上升約300 mm,和錢塘江潮水變化有一定關系。

3.2 1#滲漏點

隨著基坑東南角的成功開挖,西南角也進入最后一層土方(第三道支撐底至基礎底)的開挖。1月31日下午2點試挖時水涌出,水量非常大,滲漏點(1#滲漏點)在第三道圍檁下,不易直接封堵,2 h后坑邊臨時倉庫下陷?？觾壤^續(xù)回填封堵,采用了多種材料及方式進行,多臺挖機駁運土方,受支撐梁及土質影響,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； 坑外注漿設備就位引孔,晚8點左右開始注漿；總包單位組織工人,外圍堆沙包,沙包邊灌注混凝土；下午6點混凝土泵車進場,但因運輸管堵塞,3 h后修好,坑內開始灌混凝土；晚上1點左右,成功堵住滲漏點,由于該滲漏點距離用地紅線較遠,坑邊下沉范圍基本位于紅線內,未造成大的社會影響。

1#滲漏點主要發(fā)生在不同樁型搭接等帷幕缺陷處,針對1#滲漏點的處理方案,考慮該范圍止水帷幕的可靠性不足以及實際障礙物等情況,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備進行成孔,確?？讖郊吧罹邓|量；5)對基坑西側及西北側其他范圍坑外預加固,采用雙高壓旋噴設備(RJP雙高壓旋噴樁)進行加固,重構止水帷幕；6)坑邊土方采用試挖,開挖到底后圍護樁內側立即施工混凝土墻同基礎墊層形成整體(圖10)。同時對本次堵漏工作暴露出的問題也進行了總結：現(xiàn)場搶險過程中指揮較混亂；同時因圍護樁為樁基單位施工,本次搶險開始以樁基單位為主,相對應的設備、人員材料等方面遠不能滿足現(xiàn)場實際需要,后期總包單位大量投入人員堆砌沙包后形勢方逆轉；混凝土泵車的故障未及時應對,也耽誤了寶貴的搶險時間；聚氨酯等新型堵漏材料準備不足等。

圖9 1#滲漏點坑外注漿及深井布置圖

圖10 開挖到位后圍護樁內側封閉節(jié)點圖

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

3.3 2#滲漏點

在其他范圍進行加固施工的過程中,土方開挖的重點轉移至東北角,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)圍護樁間有股不明清水流出(2#滲漏點),隨后在東北角部位(涉及面為飛云江路人行道和一個非機動車道)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 基坑東北角滲漏后坑外下陷情況

各參建單位按應急預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行斷水措施；通知電力局對設置在東北角部位的2臺施工及1臺路燈變壓器實行斷電移位措施,現(xiàn)場已準備的柴油發(fā)電機開始使用,為搶修避險提供臨時供電；飛云江路涉及塌陷部位實行臨時護欄封道。中午11點,斷裂的DN300自來水管完成水源切斷,有效地防止進一步塌陷。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)。當天對滲漏點基坑外側雙液注漿。組織30多名工人及3臺挖機對坑內實行土方反壓封堵,該滲漏點于當夜11點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。

該滲漏點經復核位于2臺咬合樁樁機施工交界面附近,存在類似冷縫的局部缺陷,同時該范圍為北側項目2層地下室施工時大放坡回填土范圍,土質疏松,成分復雜,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以及水土流失造成的不均勻沉降也有直接關系。

結合其他范圍處理經驗,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行試挖,再行施工。

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

3)加強基坑變形觀測。

4)坑外增加深井(2排梅花狀布置),根據項目施工需要,開挖最后一層土方時,坑內外水頭差控制在4 m以內。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,本項目在基坑開挖過程中進行了全過程的監(jiān)測[3]。深層水平位移除基坑南側的測斜孔CX9、CX1、CX2、CX3外最大累計位移均在30 mm以內,基坑南側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的變形規(guī)律,坑底標高處累計位移最大,而CX3受1#滲漏點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標高范圍位移均較大,相對應滲漏點-10.000 m的標高,表明滲漏點附近一旦發(fā)生管涌,滲流在空間上向滲漏點集中,局部水力梯度大,大量土顆粒隨著管涌帶出,影響范圍遠,導致位移異常,不穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)時間長?；幽蟼人轿灰普w偏大,一方面受1#滲漏點的影響,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,坑內外水頭差大,長時間的滲流也影響位移重分布,導致南側位移偏大。

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)正在施工基礎底板,西南角(CX3)準備開挖第三道支撐下土方,同一工況包括其他基坑南側下CX3變形速率較CX1(包括其他南側測點)大,也表明CX3附近的1#滲漏點作為帷幕本身缺陷, 隨著前期坑內土方卸載及降水的進行,前期已經發(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,壓頂梁沉降及水平位移均較小,表明圍護擋土樁可靠度高,也反映出粉砂地質基坑土質力學性質較好,關鍵為防滲止水的處理。

5 結 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,水土流失嚴重,引發(fā)周邊地面沉陷險情。部分深層土體水平位移監(jiān)測點超警戒值,支撐軸力個別點超警戒值,在重構及補強止水帷幕,加強坑外降水以及采取搶筑底板和加強監(jiān)測等有效措施后,監(jiān)測數據趨于穩(wěn)定,對周邊環(huán)境未產生破壞性影響,基坑開挖工程得以成功實施。這次的滲漏險情處理對類似基坑工程設計與施工具有較好的參考借鑒作用。

1)強滲透地區(qū)基坑圍護結構的止水帷幕對基坑安全和環(huán)境保護至關重要,故應重視止水帷幕的選型，施工質量的控制以及過程中止水帷幕缺陷的排查及加強工作,預先判斷后期可能出現(xiàn)的險情,并制定相應的應對措施,如坑邊預留注漿孔以及具有可短暫強排水能力的坑外應急深井等,厚填土中深井施工可采用大型鉆孔設備,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,詳細的施工勘察可為設計施工提供良好的基礎,避免邊施工邊設計邊調整,從而造成止水帷幕組成復雜,接頭多,可靠度降低。類似土質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環(huán)境,淺層有條件可適當加固。

3)重視懸掛式帷幕在強滲流條件下基坑位移的變化,加快支撐及基礎施工,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] 浙江省建筑設計研究院，浙江大學.DB 33/T1008—2014建筑基坑工程技術規(guī)程[S].杭州：浙江省標準設計站，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