某深大基坑透水事故分析及处理陈国庆，潘仪凯，肖 亮 （镇江市建设工程质量监督站，江苏镇江212000） 摘 要：某软土地区深大基坑，地质特点是流砂+岩溶，即奥陶纪灰岩溶蚀面上直接覆盖饱水粉细砂的隐伏岩溶区，基坑采用多种墙体形式（排桩、地连墙）+内支撑结合坑外三轴搅拌桩止水帷幕的支护形式。开挖施工过程中，出现了基坑坑底涌砂、坑外路面坍塌的事故。根据场地地质情况、周边环境、基坑支护及开挖施工的情况，结合基坑监测数据和地质雷达扫描探测结果，对事故的原因进行了分析，并通过坑内反压虑砂、坑外压密注浆的方法成功进行了抢险处理。最后给出了同类工程在勘察、施工方面的建议。 关键词：深大基坑；渗漏；坍塌；反压堵漏；基坑监测；地质雷达 随着城市地下空间不断得到开发和利用，基坑深度越来越大，基坑与周边建筑物的距离不断缩减，由此引发的环境效应问题也日益增多：如基坑开挖引起的基坑周边地表沉降，对邻近路面、建筑物及地下设施带来的不利影响，造成邻近建筑物、周边道路和地下管线的沉降、开裂等［1-4］。许多基坑工程事故就是由于基坑支护设计或施工措施不当造成的，如边坡失稳、支护结构破坏、渗流破坏、基底回弹变形、基底突涌和周边地面沉降等［5-8］。因此，基坑开挖过程中不仅要保证基坑自身的安全，还要保证相邻建筑物、城市地下管网及附近道路的安全［9-10］。本文所探讨的深基坑工程处于华东地区具有典型代表的隐伏岩溶区，是具有代表性特殊复合型的灾害地质［11］。本文对其坑底流砂、坑外路面坍塌事故进行了原因分析与处理。相关分析及处理方法对类似深大基坑工程的设计、施工及抢险具有一定的指导意义。 1 工程概况及水文地质情况1.1 工程概况 该工程［12］位于华东地区某市市中心，用地面积约4.4万m2，单体建筑面积达50万m2，建筑高度为266 m。东侧与周边超高层写字楼最近距离仅14 m。基坑西侧、南侧、北侧均濒临城市主干道，其中北侧道路有多幢20世纪70年代建造的浅基础房屋。工程周边场地狭小，人流、交通密集，地下管线错综复杂（图1）。  图1 基坑平面图 本工程基坑开挖平均深度约15.5 m，主塔楼电梯井部位开挖深度超过21 m（见图2）。总体土方量超过60万m3，属于大型一级深基坑工程。 整个基坑采用φ1100@1600钻孔灌注桩加三层钢筋混凝土支撑，三道支撑中心标高分别为：-2.90 m；-8.70 m；-12.20 m（见图2）。  图2 基坑支护及开挖信息图 支护桩外侧设置φ850三轴深层搅拌桩作为止水帷幕，基坑内设置106口减压降水井；根据地勘报告，基坑东北角（见图3）地质条件比较复杂且临近区域浅基础建筑物较多，故在止水帷幕取芯不合格的情况下，先后对该地区进行了高压旋喷注浆、化学注浆补强处理，但经过取芯验证效果均不够理想，最后经过专家论证对该地区采用了素混凝土地下连续墙防水补强。  图3 监测点布置图 1.2 水文地质情况［12］ 按揭露的先后顺序将各分层地基土特性特征及分布规律自上而下参数见表1。 根据工程地质资料反映，本工程地下水属淮河水系，基坑向北200 m为黄河故道，场地①层填土层主要受古黄河沉积影响。 场地地下水类型上部为潜水，主要分布于①层填土层及②层粉土、粉砂层中，补给来源主要为大气降水和地表径流，排泄方式主要为自然蒸发。潜水层含水量丰富，透水性较好，埋深约为地下4 m，其水位呈季节性周期变化，变幅在2m左右；③层粉质黏土层渗透系数较低，为相对隔水层；④层基岩层存有大量裂隙，且赋含承压水，水量丰富。含水类型为岩溶裂隙承压水（灰岩地层）和裂隙承压水（灰岩、砂岩、泥岩互层类地层），主要接受侧向补给。地下水、土对混凝土具微腐蚀性，对钢筋具有弱腐蚀性。 表1 土层分布及物理力学参数  土层编号土层名称土层深度/m含水率w /%①-1杂填土1.2～5.018.3219.012.90.8331.6①-2素填土1.8～8.017.5158.014.21.2239.6①-3淤泥填土4.6～11.718.72112.712.40.7229.8②-1粉土10.0～14.819.41621.59.20.7423.4②-2粉砂9.7～14.719.3632.021.3③粉质黏土10.0～21.019.56415.115.90.1824.7④基岩6.0～13.627.0（200） （33.0）重度γ /（kN?m-3）黏聚力c /kPa内摩擦角φ /（°）塑性指数IP液性指数IL 1.3 基坑监测情况 深基坑开挖是一个动态过程，与之有关的支护系统的稳定性和对周围环境造成的影响也是一个动态的过程［13-16］。因此，在基坑施工过程中，为保证开挖安全的可控性，该项目采用了信息化施工，按照设计要求及基坑规范主要通过以下监测项目对基坑施工进行全过程监测：（1）支撑轴力监测，共分三层；（2）坑周边路面沉降监测；（3）支护结构冠梁水平位移监测；（4）坑外地下水位监测等。基坑东北角监测点布置图如图4所示。监测频率为每天1次，在基坑发生险情时，监测频率根据需要进行调整。  图4 基坑东北角监测点布置图 2 基坑开挖及渗漏情况2.1 基坑开挖情况 根据结构设计要求，本工程基坑内共设有三道支撑，其中第一道和第二道支撑设有栈桥板面用于地下施工的材料运输通道，所有支撑均为临时支撑结构，当结构施工到相关某一部位后需进行拆除。在基坑深度范围内，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的基本原则，对该基坑土方分四大步开挖（见图2）。 2.2 基坑险情介绍 基坑在东北角第四层土方开挖过程中，东北角止水帷幕一直伴随有轻微渗漏现象，虽经挂板封堵处理，但仍不能完全杜绝该部位止水帷幕渗漏。事发当日傍晚突降大雨，该部位出现大量渗漏点。次日早晨7点左右出现坑内基底涌砂，坑外路面坍塌的情况，基坑险情实景见图5。随即施工单位采取堵漏措施：对坍塌部位进行浇筑混凝土、注浆。虽经过紧急处理，部分漏点被有效控制，但是最大的流砂部位非但未能封堵，同时涌水涌砂量有逐渐增大的趋势。傍晚17时左右，该部位基坑外道路出现道路坍塌，管线断裂的险情，现场情况见图6。  图5 坑内突水  图6 坑外沉降开裂 3 事故原因分析3.1 监测数据分析 由于基本东北角地质条件复杂，且该处出现了基坑流砂的险情，需对该部位的监测点进行重点监测。现对该侧的监测点进行重点分析： 基坑漏水侧设有水位监测点SW4、SW5、SW6。其水位变化如图7（a）所示。从图7（a）中可以看出8月10日开始，三个观测井的水位均有较大的降幅，且累计值均超过了-1 500 mm的警戒线，水位最低值达到了-2 000 mm。于是立即对比当日其它监测数据，发现支撑轴力，道路沉降及冠梁位移都未有明显变化。于是认为单纯的水位降低并不会引起基坑的不安全，遂仅仅要求施工单位加强数据监测和现场巡视，并未采取任何有效措施。大约数天之后，坑外发生道路坍塌，但是由于道路监测点离基坑边缘有一段距离，道路沉降监测点在此期间仅是加速沉降，未能在数据上显示道路下方因流沙引起的空洞，见图7（b）。 降水井水位急剧下降的同时，支撑轴力随水位的下降亦发生下降（见图7（d）），当时认为轴力下降不会对支撑结构产生影响，因此当时并未引起重视。事后分析，正是由于基坑漏水将围护结构外围的泥沙裹挟至基坑内，客观上降低了土体对围护结构的侧压力，进而表现为轴力下降。同时发现，冠梁位移在基坑发生渗漏期间的位移变化量减小（见图7（c）），像D5等测点甚至有向坑外偏移的情况。经过合理分析，出现这种情况的原因依然是由于坑外土体流失引起侧压力减小的原因导致的。  图7 基坑信息化监测图 3.2 事故原因分析 3.2.1 勘察设计本身不完善 根据后期基坑开挖揭露的土层来看，该部位存在地下暗流，同时基坑外有年久失修的砖砌下水道，给该部位截水帷幕的施工带来了一定困难。后期随着坑内土层逐步揭露，在基坑内发现了大量水泥土和化学注浆残留物，地下暗流导致前期三轴深搅桩及化学注浆补强等措施失效，未能有效成桩，砖砌下水道的污水也加剧了该处泥沙的流失。因此，此种地质情况根本不适合采用三轴深搅桩及高压旋喷等截水帷幕施工方法。 3.2.2 降水井破坏严重 因该地区地下水丰富，且经验算存在突涌的风险，因此根据现场条件，全场共布设106口降水井，后因开挖人工挖孔桩又在主塔区域增设19口深层降水井，并经过抽水试验能够满足本工程的降水要求。但是由于现场施工条件复杂，降水井布置密度较大，挖土过程中由于挖机造作的原因以及降水井淤堵，导致67口降水井失效。虽经后期洗井等措施，仍有近50口降水井完全失效。降水井的失效引起了该基坑地下水降水不利，成为基坑透水的间接原因。 3.2.3 前期抢险工作不力 基坑刚刚发生险情时，业主和总包单位并未意识到事态的严重性。经过粗略的分析，认为单纯从基坑外进行双液注浆即可封堵漏点。经过近2个小时的努力，漏点非但没有变小，反而随着双液注浆的压力增大，流砂量越来越大。最终，这个错误的应急响应使得坑外水土流失加剧，出现了较多地下空洞，给周边建筑物和道路的安全带来了隐患。 4 事故处理措施及效果4.1 坑外回填 针对现场险情，业主单位召集施工、设计、勘察、监测、监理等单位召开紧急会议，相关单位立即安排人员撤离，设置警示隔离带。同时为防止流砂带来的基坑周边路面进一步坍塌，立即对该处坑外塌陷区浇筑速凝混凝土，累计浇筑混凝土45 m3，同时为防止周边建筑物不均匀沉降，对该部位周边进行双液注浆。但是由于水流较大，混凝土中水泥浆均被冲入坑内。并未起到明显的堵漏效果。 4.2 坑内反压虑砂抽水 在基坑外回填的同时，在险情位置临近支护桩周边坑内设置沙包反压（见图8），同时快速支设模板浇筑反压虑砂装置（见图9），在虑砂装置内设置排水井。坑外流砂经过该装置过滤，在排水井内抽出不含砂的清水。该装置既起到了泄压的作用，同时也阻止了坑外砂土的进一步流失。  图8 反压滤砂装置施工图  图9 反压滤砂装置完成图 4.3 调整底板浇筑方案 在险情得到初步的控制后，立刻将该部位基槽进行清理，抢基坑底板。待其余部位底板浇筑完成形成一定强度后，通过虑水装置的排水口进行反压注浆，彻底将该部位漏点封堵。漏点封堵完成后，在基坑外进行注浆，封堵渗漏通道。随即对基坑内的反压虑砂装置进行破除浇筑该部位底板。 4.4 坑外物探加密注浆 考虑到本工程的重要性及基坑渗漏后可能会对周边的道路、建筑物和地下管线造成一定影响。为此，在基坑周边开展不良地质体的检测工作［17］。本次外业数据采集系统采用美国GSSI探地雷达以及与其配套的低频组合天线和100 Mhz天线。具体检测方案为：在基坑周边外侧2 m处布置测线。检测深度范围为基坑全深15.3 m以浅，测点间距取为0.1 m，检测精度约为0.5 m。检测采用100 MHz和250 MHz屏蔽天线进行多频覆盖检测。 通过第一次物探检测发现数处地下空洞（见图10），并明确标识出空洞的位置和大小。施工单位立即对该部位进行了注浆填补，以防止空洞部位后期发生沉降对道路和管线产生影响。注浆完成后对原空洞部位进行了二次物探核查注浆效果（见图11）。通过地质雷达数据及后期沉降观测分析，注浆效果良好。  图10 “点状异常”的双曲线反射弧特征 图11 注浆后土层的雷达剖面特征图 4.5 效果验证 随着基坑渗漏险情排除，采取了对地下空洞的注浆、原下水道的重新砌筑、路面的硬化恢复等一系列措施后。项目部加强了对该部位的观察，支撑轴力和地下水位逐渐恢复正常值，周边建筑物和道路沉降也趋于平缓。目前该工程塔楼已经封顶，地下工程也已经完成约2年时间，目前周边道路及管线未发现异常情况。证明本工程采用的坑内反压虑砂、坑外压密注浆的处理方法是合理有效的。 5 结 语（1）深大基坑是一项非常复杂的岩土工程，从勘察、设计到施工都能影响到其质量，严重的甚至会引起安全事故，造成重大损失。从本工程事故可以看出，工程地质勘察是基坑工程设计的基础，勘察不详细会导致设计偏差，施工方法选择不当会造成质量事故。因此，在地质勘察阶段需要尽可能详细的了解勘察区域的地质情况及周边管线的情况，遇到特殊区域应做更为详细勘测，为设计和施工提供可靠依据。 （2）深基坑工程在施工时应高度重视基坑监测的重要性。建立合理的监测系统和严密的巡视机制，确保数据的及时性和真实性。同时，还需要关联分析监测数据，结合现场情况，出现数据异常应立刻通知相关单位查找分析原因，迅速做出相关响应。 （3）地质雷达检测具有高效、无损、精度高等优点，在布设足够探测点数的情况下，能够对一定深度范围内陆下空洞的大小、位置的实际情况进行探测。 参考文献： ［1］ 汪志强，艾亿谋，卢红标.某深基坑开挖对周边环境的影响［J］.河海大学学报，2011，39（2）：161－164. ［2］ 顾辰欢，陈汉彬.深基坑边坡坍塌事故分析及处理实例［J］.建筑施工，2011，33（12）：1074－1076. ［3］ 何 斌.软土地区深基坑施工引起地表变形的原因及处置措施［J］.现代交通技术，2009，6（3）：68－72. ［4］ 董月英.深基坑开挖对周边环境影响的有限元分析［J］.西部探矿工程，2008（3）：1－3. ［5］ 薛丽影，苏 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Analysis and Dispose of Water Inrush Accident of a Deep Foundation Pit CHEN Guoqing，PAN Yikai，XIAO Liang Abstract：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. Keywords：deep foundation pit；leaks；collapse；leaking stoppage under pressure；deep pit monitoring；GPR 中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1672—1144（2016）05—0229—06 DOI：10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.044 收稿日期：2016－05－07 修稿日期：2016－06－15 作者简介：陈国庆（1986—），男，江苏仪征人，硕士，工程师，主要从事建设工程质量管理工作。E－mail：564958650@qq.com |
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