深基坑未探明水體噴涌施工處理技術研究

段 俊

(上海軌道交通十四號線發展有限公司 上海 200433)

0 引言

隨著城市發展，城市用地緊缺帶動了地下空間的開發，使得深基坑工程數量大幅增加。眾所周知，地下水對基坑開挖期間的安全性影響極大，地下水問題引起基坑工程安全問題的工程實例不在少數。雖然引發這些事故實例的原因都與地下水相關，但是其引發機理方式并不相同，其中包括的類型有：基坑隆起、潛蝕、管涌、流土(砂)、基坑突涌、圍護結構滲漏引起基坑外地面沉降等[1-3]。

針對這些深基坑常見工程問題，采取的常用手段包括：①在基坑內部降低承壓水、降低潛水等具有威脅性的水原體[4]；②加強圍護結構的止水能力，對圍護結構出現問題的部位進行注漿加固、止水堵漏等措施[5-6]。深基坑工程處于地表之下，地下情況極為復雜，前期的工程勘探不可能將地下地層的每一個部位探查得非常明確。地下工程水文地質情況的不確定性，可能會對某些深基坑工程引發工程事故。

針對基坑隆起、流土、管涌等所采取的措施，是在全面了解基坑地下水情況的前提下做出的決策，一般能做到有的放矢。然而，某些由地下水引起的工程事故，即使發生了也很難查出地下水是怎么引發工程事故的，甚至連水源都很難查清。針對這樣的情況就很難制定出卓越有效的處理措施。

上海某深基坑工程施工過程中，其深基坑底部一處同樣也存在未探明涌水問題，經過注漿加固封堵、承壓水降水手段無果后，采用池水孔處理基坑坑底涌水問題，處理效果良好?；诖耍疚囊陨虾Ｄ成罨庸こ虨閷嵗?，探索在不知水源的前提下論述深基坑涌水問題的施工處理方法。

1 工程概況

1.1 工程場地水文地質情況

上海某地鐵車站為地下兩層車站。車站基坑周邊環境復雜，對周邊環境保護要求較高。為了盡量減少對周邊環境的影響，開挖期間擬嚴格控制降水，制定的降水標準為：潛水隨開基坑挖深度隨挖隨降，降水深度處于開挖面以下1m；承壓水也隨基坑開挖隨挖隨降，降水水頭時刻處于水土平衡高度偏下位置。工程施工場地地層特征如表1和圖1所示。

表1 施工場地地層特性描述

圖1 基坑剖面及地層分布圖

工程場地內潛水層分布②3-2、②3-1等淺部土層，承壓水層主要分布在第⑦、⑧1j層粉性土、砂土層中，水位埋深一般在3～12m，低于潛水水位，并呈周期性變化。第⑦、⑧1j層中間存在⑧1灰色粉質粘土層將⑦、⑧1j層隔斷?；訃o結構采用地下連續墻，深度37.5m，地墻并未隔斷⑦、⑧承壓水層。

1.2 基坑滲漏水情況說明

基坑開挖深度18.3m，開挖面處于⑤1-1灰色粘土層，其下為⑤1-2灰色粉質粘土層，此兩層均為不透水層。在基坑開挖時期，嚴格按擬定的降水標準進行降水。當基坑開挖到地下16m時，發現基坑中一處部位持續單點涌水，涌水流量約為3m3/h，致使基坑坑底積水，不僅嚴重影響了正?；娱_挖施工，而且不明涌水問題對基坑安全性產生威脅，需要緊急處理此基坑涌水問題。涌水部位的主要情況和特點如下：

(1)開挖面為黏土，屬于隔水層。

(2)冒水地點距離西側地下連續墻9.8m，距離西側地下連續墻2.9m，距離東側地下連續墻17m，距離南側地下連續墻大于50m。

(3)涌水部位涌出的全部為清水，沒有摻雜絲毫泥沙。

(4)發生涌水情況后，周邊環境沒有異常，沉降、變形均正常，基坑坑底沒有觀察到明顯的沉降和隆起現象。

(5)涌水壓力較大，封堵不住。

1.3 施工方應對措施和效果

從上述情況可以得出兩條重要信息：

(1)涌出的水為清水，說明涌水位置土層穩定性良好，涌水通道暫時沒有擴大的風險。

(2)涌水部位的水源不能確定，水源有可能來源于深層承壓水或者更深層的承壓水，也有可能來源于地墻缺陷繞流，抑或來源于基坑內部某處富水區域。

出現此問題后，施工單位對涌水位置先后進行注漿加固、降低承壓水等措施來控制涌水，注漿加固后涌水點發生了短距離偏移，偏移量不足1m，部分水泥漿從西側地下連續墻墻趾而出。單點涌水量雖然略有緩減，但降低幅度很小。同時，為了排除水源從西側地墻可能存在的缺陷而來，施工方在西側地墻外圍注漿，但注漿后單點涌水流量沒有絲毫變化，說明水源并非穿越西側地墻而來。

經過諸多處理措施，均不能解決涌水問題，其后果直接阻礙了土方開挖施工，造成局部停工，而且此問題一日不解決一日就不能復工。如果讓這種情況繼續下去，還可能會使得涌水流量加大，最終威脅到基坑的安全性，因此必須尋找新的處理措施。

2 深基坑涌水處理施工技術

深基坑中涌水問題分類兩類，一類是帶有泥沙的濁水噴涌，另一類便是不含泥沙的清水噴涌。在基坑安全性上，濁水噴涌是一個危險信號，水流攜帶的大量泥沙，地層中土體流失使得水力通道越來越大，最終威脅到基坑安全。清水噴涌不含泥沙，地層不發生損失，水力通道并不發生改變，中短期基坑局部少量涌水對基坑安全并沒有太大威脅。基于此，在基坑涌水難以封堵的情況下，可不必將基坑涌水完全封堵住，只需采取措施使得涌水點只涌水而不夾帶泥沙，保持地層土骨架完整?；谶@樣的原理，對于該工程實例處理涌水問題，設置泄水便可[7]。

2.1 泄水施工技術

深基坑底部施工泄水孔較為簡單，這里不做詳細介紹。深基坑底部泄水孔結構形式如圖2所示。

圖2 泄水孔結構示意圖

泄水孔具體施工流程為：準備材料，包括基坑應急回填材料→將基坑明水抽干，并在涌水位置處快速挖到地下結構底標高→以涌水位置為中心開挖3.5m×3m矩形槽，槽深度0.5m→尋找涌水點，以涌水點為中心人工挖直徑約0.8m的圓坑，深度0.5m→在直徑0.8m圓形坑中放入長度1m的封底井管，并在坑中回填粗砂(濾料)做濾層→在3.5m×3m矩形槽中回填粒徑小于5mm的碎石，同時在井管周圍回填粗砂，將3.5m×3m矩形槽填平→在井管中下泵抽水，碎石回填區域鋪設鋼筋網片并施工混凝土墊層→將井管接高，并施工地下工程底板結構。

2.2 泄水孔施工工藝控制要點

(1)雖然涌水點涌出的是清水，初步判定風險性并不大，但是為了安全仍按照最壞打算準備基坑回填材料和措施。

(2)土方開挖挖到底板結構標高底部，如果3.5m×3m矩形槽區域存在下翻梁等下翻結構，開挖深度增加，至少開挖到下翻結構底部標高位置。

(3)濾料(粗砂、5mm碎石)回填區域開挖完成后，在冒水處放置Φ273井管做為泄水孔，井管底部鋼板封底，井管放置完成后，采用粗砂回填，回填粗砂需將整個濾頭全部包住。粗砂層全部回填完成后，再回填5mm碎石將整個濾層回填區域填滿。濾層回填完成后，立即下泵抽水，并觀察濾層的冒水情況。

(4)泄水孔抽水啟動后，5mm碎石濾層無冒水情況時，表明泄水孔施工成功，施工方立刻在濾層區域施工雙層鋼筋網片，完成后立即澆筑混凝土墊層。

(5)墊層施工完成達到強度后，將泄水孔井管接長，施工結構底板，結構底板施工和混凝土養護期間泄水孔適當保持抽水狀態；當混凝土強度達到設計值的70%后，停止抽水，但不封堵泄水孔。封堵泄水需要經過專門調查研究后才可。

(6)第一節井管設置濾孔。第二節井管最終處于底板混凝土中，全長不設置濾孔，并且在井管中部設置兩道止水鋼板。

3 結論

涌水是深基坑工程最為敏感的問題，這是因為已經發生的深基坑工程安全事故實例中，地下水問題是最主要的幾個原因之一。

地下水引發的工程問題通常有潛蝕、管涌、流土，坑底隆起等，而這些常見的地下水引發的工程事故都能找到地下水源頭，如此可以做到有的放矢，容易對工程事故做出針對性質措施。

但是，如本文述及的工程實例卻難以找到地下水源頭，這就導致應對措施無的放矢，大大增加了應對措施的盲目性。此外，基坑開挖即將見底，此時對基坑開挖面以下進行水泥漿(或者其它固化劑)固化封堵加固存在重大風險，處理不當可能導致深層承壓水與基坑底部聯通、不得不將基坑回填的風險。這是因為上海地區地下水較高，承壓水頭通常在地下5m左右，此時基坑開挖已經達到16m，地基加固設備在加固時先引孔，直接聯通了承壓水層與基坑坑底的聯系，如果處理不當承壓水直接順著設備引孔部位冒出，導致基坑坑底被淹沒，同時注入地下的漿液也會隨著地下水流動而流失。面對較大壓差的承壓水，除了長時間抽取地下水之外，工程上幾乎沒有其它較好封堵手段。在地面進行加固時，由于承壓水頭低于地面標高，無論引孔設備如何引孔，地下承壓水都不可能涌出地面，注漿加固時就不存在水力壓差問題，注入的漿液也不會流失。

在注漿加固等措施無效的前提下，本文研究了泄水孔處理深基坑坑底涌水難題。該方法可操作性強，容易實施，處理效果良好，可為同類工程積累工程經驗，但該方法可用于處理基坑清水噴涌問題，對于基坑濁水噴涌問題需慎重采用。