簡析深基坑管涌原因及處理措施建議

周進

摘要：隨著工程規模擴大、深基坑工程數量的增多，基坑工程安全問題也顯得日益重要。本文以新建連云港至徐州鐵路跨京杭運河連續梁拱基坑為例闡述了在鐵路橋梁工程深基坑工程中比較容易出現的管涌災害，簡單分析其產生的原因，并依據管涌嚴重程度及工程實際提出了擋水鋼板樁、旋噴止水、降水減壓及泌水壓重四種簡單治理方法，僅供參考。

關鍵詞：深基坑；管涌；原因分析；措施

1、工程簡介

新建連云港至徐州鐵路跨京杭大運河連續梁拱主跨位于邳州市京杭運河河道上，距上游隴海鐵路京杭運河特大橋約50m，新建高速電氣化鐵路，設計時速350km/h。跨水面寬度175米，采用（84+168+84）m系桿拱梁跨越，京杭運河目前水位22.9m。159#主墩承臺平面尺寸為14.6×19.9×5m，承臺底標高為10.712 m，圍堰頂標高24.0m，基坑開挖深度13.788m。159#主墩地質：粉質黏土7m、粉質黏土4.66m、粉細砂10m。

充分考慮地質及涌水影響，深基坑采用以下方式防護：159#主墩采用外圍防水9m拉森鋼板樁鋼圍堰+18m拉森鋼板樁支護+四道內支撐的方式施工，159#墩基坑底部采用高壓旋噴樁注漿，注漿4.41m上面施作0.5mC30封底混凝土。

2、簡析管涌產生的原因

鐵路橋梁基坑工程是一個整體的系統的工程，基坑出現的問題一般是由多方面的原因所造成的，其中管涌是比較常見的。當基坑開挖以后，在一定水力梯度滲流作用下，下層的相對不透水層將會承受較大的水壓力，在沒有反濾層保護的情況下，當這股水壓力沖破了不透水層，或者圍護結構本身存在著某個薄弱部位，反壓土體的厚度的損失，粉土、粉砂、細砂等就會隨水而流出，即發生了“管涌”。

本橋159#主墩在開挖至距離承臺設計底標高位置1.3m-1.8m處，有4處出現不同程度的涌水、涌沙現象（一個大的管涌口30cm+三個小的管涌口5-8cm），其他位置亦有征兆，持續有氣泡冒出基底出現。具體分布如下圖。

159#主墩管涌情況示意圖（藍色為管涌口，其余為氣泡）

原因分析：（1）首先，管涌發生的根本原因是地質。本基坑地質較差，上層是含水量豐富、相對比較透水的粉質黏土，下層是粉細砂，底部不采取措施必然會出現涌水。雖然我們對工程范圍的地質有比較清楚的了解、認真及時地研究地質的條件、并根據地質確定了有針對性的圍護施工方案，但是基坑較深、底面較大、高壓旋噴樁封底后的密封面仍然抵消不了管涌在某個薄弱點發生。

（2）其次，主要是施工自身的原因：①拉森鋼板樁圍護鎖扣不嚴密，有兩處未扣緊、采用棉絮堵塞后仍有少量漏水；②止水帷幕封閉不了、質量達不到標準要求，高壓旋噴樁咬合不到位、與粉細砂混合聯結不密實；③排水應急措施不全，起初僅準備三臺小功率泵、未準備大功率泵；④工藝方案的選擇不當，兩臺小挖機在基坑內進行第四道圍檁下土方開挖未按分段開挖實施。

3、判別管涌危險程度

當159#主墩發生管涌現象以后，參考相關資料，我們依據管涌的具體情況進行觀察、判斷，分析管涌的嚴重程度，最終總結可從如下的幾個方面判別管涌危險程度，分別是：①管涌口直徑（最大30cm），②涌水的渾濁程度和帶砂的情況（渾濁夾砂），③洞口擴展的情況（擴展較快），④涌水量（較大），⑤涌水的水頭（較深）。本基坑北側50m為既有運營電氣化鐵路-隴海線，安全要求較大，基坑內不能任意抽水以免造成既有鐵路路基下沉。故提高管涌的嚴重程度判別等級，認定本基坑管涌為重大程度。危險程度分級建議分為以下四級。

3.1輕微程度：當基底地面有水滲出、出現隆起、細流流出等現象，可能就是管涌出現前的預兆。此時需要適當暫停開挖，觀察發展情況。

3.2一般程度：若管涌口所涌出來的水量小，水流的流速小，攜泥攜砂量也較少，那么這種情況則屬于較輕的管涌，可不對管涌口進行處理。此時可在管涌口附近挖集水坑設水泵等進行集中的抽排，同時需要根據實際情況采取止水或者降水措施。

3.3較大程度：隨著管涌的進行，管涌的嚴重程度不斷發展，管涌的口徑不斷擴大，導致管涌流量不斷增大，隨之帶出的砂、泥也越來越多，逐步發展成較大險情。

3.4重大程度：如果管涌的開口較大，水流速快、短時間內管涌攜帶出大量的泥砂，這就屬于嚴重的管涌，必須在發現情況時，立刻采取相應的應急措施進行處理，如濾水壓重等。

4、管涌處理措施建議

管涌程度受地質的影響，對管涌采取的處理方案也各有差異，應因地制宜確定最佳處理方案。首先是工程前期的預判、根據風險識別確定預防措施并落實到位，其次是后續發生危險時應以疏為主，以疏、排、堵、截、壓綜合治理。

4.1前期預判

深基坑施工前需要根據現場進行風險研判并制定預防措施：本橋基坑開挖深度較大（13.788m），地質較差（下臥層為10m粉細砂層）。考慮安全采用軟件理論計算需要18m鋼板樁+4道內支撐可滿足相關圍護要求；考慮管涌影響采用高壓旋噴樁封底處理使基坑底部形成密封環境。

（1）應急備品（出現管涌時適用）

本橋對高壓旋噴樁封底進行改進，①在基坑底部采用φ60cm高壓旋噴樁注漿，將底部固結成一個整體，抵抗底部的承壓水，漿液與鋼板樁之間產生咬合，樁與樁之間咬合間距設置20cm；②在外圍擋水鋼圍堰與內層支護鋼圍堰之間60cm寬度采用φ60cm高壓旋噴樁注漿封閉。孔位布置方案：梅花型布置間加固區域21.6×16.8m，如下圖所示，159#承臺注漿深入砂層4.41m。用全液壓多功能工程鉆機配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔，單管法自下而上旋噴成墻。總體施工質量可控。

（2）增設鋼板樁

為應對汛期京杭運河水位升高，在鋼板樁圍堰臨河道一側插打外圍鋼圍堰，內外兩層圍堰間距為60cm。159#主墩外圍鋼圍堰采用9m拉森鋼板樁，打入土層4m，入土部分內外兩層圍堰間施打高壓旋噴樁，其中159#墩旋噴樁頂面高出水面20cm，鋼板樁頂部采用HW400*400型鋼做圍檁，形成整體。

4.2險情處理

（1）降水減壓

在管涌發生部位對應的基坑外側設置井點降水，經過抽排該段地下水位將會降低，切斷管涌水力的供應，管涌將逐漸減弱。降水井根據基坑深度、地質情況選擇管井降水，本橋采取管井降水+基坑內大功率泵抽水形式進行處理。因為需要一定時間進行井點降水，故在降水產生效果前，采取反壓措施來避免管涌情況的惡化（將挖機吊出，讓水滲透滿基坑、暫不抽水）。

（2）濾水壓重

當管涌涌水涌砂量大，情況嚴重，其他措施都來不及采取時，可直接將濾水性材料+棉被分層壓在管涌口范圍以內，通常情況下由下層到上層，壓重的顆粒由小到大，根據管涌程度確定具體的厚度，一般情況下分層厚度不宜小于30cm。

本橋分段開挖分段封底，在中間段出現一處大管涌，口徑30cm，涌水涌砂量大，情況嚴重，緊急采用棉被+砂夾碎石+棉被+碎石壓重，處理后僅有清水泌出，順溝集中排出。

（3）加強觀測

根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009）要求，基坑工程監測頻率的確定滿足能系統反映監測對象所測項目的重要變化過程而又不遺漏其變化時刻的要求。基坑工程監測工作應貫穿于基坑工程施工全過程。監測期應從基坑工程施工前開始，直至地下工程完成為止。管涌發生后，應加強基坑圍護觀測、管理點及流量測量、周邊結構物變形觀測等，為處理決策提供依據。

5、結語

管涌的初始的階段通常情況下的征兆并不是很明顯，比較不容易被預防，如果發作或發展起來又是非常的迅急，此時需要對管涌產生的原因進行正確的分析，及時地對癥下藥制定出應對的處理方案，并且要做到堅決果斷的實施，盡可能的把管涌的危害降低到最小。

當管涌得到有效抑制后，應根據現場具體情況確定下一步施工方案，原則上應快速開挖、及時封底，管涌點泌出清水、流量不大時可在封底混凝土下預埋管道引入集水坑，不影響后續施工。

參考文獻

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[2]朱萬連，對深基坑施工中出現流沙和管涌現象的防治，《山西建筑》，2015

[3]陳福正，多項技術在深基坑管涌處理中的綜合應用，《建筑施工》，2017 [4] 劉建航，侯學淵，《基坑工程手冊[M]》（中國建筑工業出版），1997

（作者單位：中鐵二十四局集團安徽工程有限公司）