粉砂場地某深基坑滲透破壞案例分析

徐芫蕾,左武展,樊有芳

(1. 浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310012；2. 浙江建科物業(yè)管理有限公司,浙江 杭州 310012；3. 浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

滲流引起的失穩(wěn)破壞,在水利工程中相關(guān)研究較多[1-3]。然而因基坑為臨時性結(jié)構(gòu),滲流引起的基坑破壞研究相對較少,相關(guān)規(guī)范條文已不能適應(yīng)目前復(fù)雜的地質(zhì)條件和基坑規(guī)模[4]。早些年,李廣信等[5-6]對滲流情況下土壓力的計算進行了較為系統(tǒng)的研究,對比了不同滲流情況下庫倫土壓力和朗肯土壓力計算值的區(qū)別。近年來,數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展迅速,部分學(xué)者通過建立數(shù)值模型,研究了滲流對基坑的影響。胡琦等[7]結(jié)合滲流對土體性質(zhì)影響的試驗成果,提出了考慮滲流、開挖卸荷以及圍護結(jié)構(gòu)變形共同作用的基坑工程滲透破壞分析方法,并對某實例采用有限元數(shù)值模型進行了分析比對；姜忻良等[8]采用三維有限元軟件建模,分析了基坑滲流場的分布特性,比較了不同土質(zhì)條件下滲流作用對基坑土體滲透穩(wěn)定性的影響。

本文以粉砂場地某深基坑為實例,詳細(xì)闡述了其滲透破壞過程,從地質(zhì)條件、坑邊雨水管網(wǎng)分布、止水帷幕施工質(zhì)量以及氣象條件四個方面進行原因分析,并結(jié)合當(dāng)下工程實踐提出了幾點建議,以期對相似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

工程場地地貌屬錢塘江第四紀(jì)河口相沖海積平原,場地上部為河口相地層,系錢塘江口近代沖海積沉積的粉砂性土層,中部為海相軟土層,下部為古錢塘江沖洪積沉積的砂礫石層,下伏基巖為安山巖。事故發(fā)生段對應(yīng)工程地質(zhì)剖面見圖1。

圖1 管涌處地質(zhì)剖面

基坑開挖影響深度范圍內(nèi)各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 相關(guān)地質(zhì)參數(shù)一覽表

場地內(nèi)無地表水系,距場地東側(cè)邊界約15 m有一城市內(nèi)河道,河寬約20 m,詳堪期間實測水面標(biāo)高為4.30 m,水深約3.4 m,流速緩慢。

場地勘探深度內(nèi)主要分布兩層地下水,上層地下水性質(zhì)屬松散孔隙型潛水,下層地下水性質(zhì)屬松散孔隙型承壓水。場地內(nèi)淺部潛水主要賦存在淺部①填土層、②粉土與粉砂層中,詳堪期間在勘察孔內(nèi)測得穩(wěn)定水位埋深為0.90～5.90 m,高程為2.07～4.81 m,主要受大氣降水和地下同層側(cè)向徑流補給,并與東側(cè)河道水力聯(lián)系強,以豎向蒸發(fā)及地下同層側(cè)向徑流排泄,并隨季節(jié)性變化,年水位變幅約2 m。場地內(nèi)承壓含水層主要賦存于下部古錢塘江堆積的砂礫層中。

1.2 圍護設(shè)計概況

基坑北、西、南三側(cè)環(huán)路,東側(cè)為一條河道。基坑挖深10.1～11.1 m(兩層地下室),坑底在河道底以下約6 m。基坑開挖面積約26 126 m2,采用φ800@1100鉆孔灌注樁加一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐,樁頂下降3 m,外設(shè)φ650@450三軸攪拌樁止水帷幕。管涌發(fā)生位置的設(shè)計開挖深度10.1 m。圍護結(jié)構(gòu)平面剖面見圖2、圖3。

圖2 圍護平面布置圖

1.3 事故概況

事故發(fā)生前,基坑已全部開挖完成,處于基礎(chǔ)全面施工階段,部分地下室一層頂板混凝土澆筑完成。

事發(fā)日早上4:20左右,工地人員發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|南角漏水且附近路面有局部塌陷現(xiàn)象,并立即采取搶險堵漏措施。上午6:00左右基坑圍護外側(cè)土坡塌陷,大量河水通過斷裂的排水管道涌進塌陷處并灌入基坑,因河床水位高水流湍急,拋填建筑材料等搶險措施無效。隨著湍急水流不斷沖刷,排水管附近的河堤出現(xiàn)潰堤。隨后通過在潰堤口上下游填筑臨時圍堰截流和潰堤口灌注混凝土,下午16:00左右截流成功,河水倒灌事故得以控制。本次事故,基坑連續(xù)灌水約10 h,基坑積水深度約2.0 m,總積水量約 50 000 m3。事故現(xiàn)場情況見圖4～6。

圖4 雨水管道向塌陷處涌水(事發(fā)日6:32)

圖5 坑內(nèi)涌水(事發(fā)日8:14)

圖6 河水倒灌事故全貌(事發(fā)日10:17)

2 事故原因分析

粉砂土易流失,檢查井有滲漏；雨水檢查井周邊土體被掏空,而后塌陷；檢查井破壞,河水通過排水管流入塌陷區(qū),大量河水補給塌陷區(qū),并通過帷幕間的滲流通道與坑內(nèi)形成直接水力聯(lián)系,河水倒灌。坑內(nèi)外水力聯(lián)系見圖7。

圖7 坑內(nèi)外水力聯(lián)系圖

2.1 土質(zhì)滲透系數(shù)較大

②-1黏質(zhì)粉土、②-2砂質(zhì)粉土和②-3砂質(zhì)粉土層與基坑?xùn)|側(cè)的河道水力聯(lián)系強；在基坑開挖影響深度內(nèi)以粉土、粉砂層為主,屬滲透性土層,在一定滲透力作用下易產(chǎn)生流土、管涌現(xiàn)象。勘察報告建議在基坑開挖時對東側(cè)河道進行截流(有條件情況下)或采用三軸水泥攪拌樁止水。

2.2 坑邊雨水管網(wǎng)分布不明確

根據(jù)事故發(fā)生后建設(shè)單位提供的基坑周邊道路管線圖,基坑?xùn)|南角存在市政雨水檢查井和東側(cè)河道相通的排水管,基坑南側(cè)道路局部路段雨水匯集于此后排入東側(cè)河道。但建設(shè)單位提供的早期基坑周邊道路管線圖中,未標(biāo)明此雨水檢查井和排水管,故圍護設(shè)計方案未考慮此不利因素。另外，磚砌檢查井承受變形能力較弱,易開裂,發(fā)生滲漏。

2.3 止水帷幕搭接不良

由相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)理日記、施工記錄和現(xiàn)場照片可知：

1)因監(jiān)測布點一般間隔20～50 m,本項目監(jiān)測數(shù)據(jù)(深層土體位移、坑邊沉降、地下水位等)未能提前預(yù)警事故的發(fā)生。四個月前,監(jiān)理巡查時發(fā)現(xiàn)(后來事故發(fā)生處)鉆孔灌注圍護樁間出現(xiàn)流土滲漏現(xiàn)象(圖8)。樁基施工單位對圍護樁間流土滲漏處采用磚砌封堵的方式進行處理,并用導(dǎo)管引流(圖9),但未及時采用坑后注漿的方式對止水帷幕進行有效止?jié)B措施。

2)基坑管涌破壞后暴露的三軸水泥攪拌樁止水帷幕發(fā)現(xiàn),三軸水泥攪拌樁成樁質(zhì)量較好,但局部位置存在攪拌樁間搭接不良現(xiàn)象,見圖10。

圖8 樁間流土滲漏現(xiàn)象 圖9 磚砌封堵導(dǎo)管引流

圖10 坑外塌陷處水泥攪拌樁現(xiàn)狀

2.4 氣象條件

事故發(fā)生前兩個月,正值當(dāng)?shù)孛酚昙竟?jié),降水強度大、持續(xù)時間長,地表水和地下水補給豐富,塌陷處的雨水檢查井運行壓力大。

3 結(jié) 語

綜上所述,本基坑滲透破壞、河水倒灌的主要原因如下：

1)不可避免因素：基坑開挖期間降水量大,增大滲透力,場地本身就是透水性較大粉砂層,易產(chǎn)生流土和管涌。

2)可避免因素：建設(shè)單位在施工前提供給各方的場地管線圖未包含后來發(fā)生滲漏的坑邊檢查井,施工時發(fā)現(xiàn)此井,各方單位未對其進行保護；止水帷幕施工質(zhì)量不良,未形成有效搭接；事故發(fā)生前四個月已發(fā)生小范圍滲漏,施工單位采用磚砌封堵而非坑后注漿,坑外管涌通道被保留, 留下隱患。 此外,

事故發(fā)生時,靠近事故段的地下室2層外墻已施工完畢,地下室外墻與圍護樁之間距離狹窄,形成視覺盲區(qū),小范圍滲漏現(xiàn)象不易被日常巡視發(fā)現(xiàn),直至基坑坡面坍塌、河水倒灌,為時晚矣。

通過這一起因滲透破壞導(dǎo)致的基坑坍塌,筆者認(rèn)為：任何工程事故的發(fā)生,都是各方因素綜合作用下的結(jié)果。對于不可避免的因素,應(yīng)予以重視,做好準(zhǔn)備；對可避免因素,應(yīng)不放過任何可挽救的環(huán)節(jié),規(guī)范、增強現(xiàn)場管理,決不可抱有僥幸心理。