砂質地層深基坑止水帷幕失效后應急處理措施

萬玉亮

摘要：近年來，我國城市立體交通不斷發展，深基坑工程作為超過一定規模的危險性較大的分部分項工程在每個項目中都得到了非常的重視。本文以新沂市環城南路隧道雨水泵房基坑開挖為案例，探討砂質地層地質條件下對深基坑開挖過程中止水帷幕失效時可能產生的工程風險，針對其工程風險可以采取不同的處理措施進行探討。

關鍵詞：砂質地層;深基坑;止水帷幕;風險;處理措施

引言

城市交通工程的載體是各種地質層，在我國各類交通工程建設中發生的各類工程風險事件大部分都與地質有關，常見工程風險的土層有各類軟弱土質和流砂地層。根據基坑時空效應理論，土體的內力是隨時間和空間而變化的，雨水泵房相較于隧道整體而言，深度更深，開挖難度更大，采用先撐后挖的工藝對土體變形的控制效果較好。隨著開挖施工的進展，結合對支護結構和地層位移進行監測，及時改進施工。

一、概況

環城南路隧道隧道采用明挖順作法施工，雨水泵房位于隧道的最低點，也是深基坑開挖中的最低點，基坑深度9.85米，基坑寬度39米，長度35米，基坑底進入中粗砂層中1.5米深。原設計圍護結構采用用φ850@600mm SMW工法樁（H型鋼隔一插一）作為擋土兼止水結構，支撐結構采用壁厚16mm的609鋼管支撐，設置格構柱。施工時采用三軸攪拌樁機就地鉆進切削土體再將水泥漿注入土體，充分拌和后，將H型鋼插入攪拌樁內，形成地下連續墻。但施工現場有高壓線位于泵房的正上方無法改移，三軸攪拌樁機不能保證施工時垂直安全距離，因此改為φ1000鉆孔灌注樁代替SMW工法樁作為擋土結構，用高壓旋噴樁（二重管）作為止水結構的組合。

開挖時為雨季，降水較多。開挖至基坑底標高時開始出現滲流并夾帶泥砂，止水帷幕失效，根據監測數據現場圍護結構無變形，但隨著土體被水流沖刷，如不采取措施勢必會造成周邊土體沉降進而影響結構安全。

二、風險分析及對策

（一）、土體坍塌風險：

1、基坑底進入砂層，砂層的特性是沒有黏聚力，缺乏自穩能力，易坍塌，由于砂顆粒不能互相連接，沒有可塑性，因此如果圍護結構和支撐結構不能保維持土體應力平衡，就會導致土體失穩，向內坍塌。

2、砂土中孔隙通常較大，在地下水發生流動時，先帶走細顆粒，導致土層孔隙不斷擴大，土顆粒流失越來越快，造成坍塌。

3、圍護樁間垂直的側壁，如果開挖后不及時進行噴護，或鋼筋網片與圍護樁沒有很好的連接等施工原因會造成樁間土脫落。

4、基坑外側地下水的水位控制失效，若水泥攪拌樁等止水帷幕有缺陷，向坑內滲水，造成樁間土涌土流砂，甚至產生管涌導致土體滲透變形。

對策：

1、保證鉆孔灌注樁和冠梁施工質量，待混凝土強度達到設計強度后再進行支護及開挖，確保圍護結構能夠承受土體的側壓力。必要時增加支撐數量，確保灌注樁整體受力。

2、合理配置降水井數量，選用功率合適的抽水泵，指派專人巡查，水泵如有損壞應及時進行更換，采用管井井點降水時應使管井深入基坑開挖面以下6米，控制降水水位達到基坑底以下1米，并應保持水位穩定。

由于開挖深度較深，深井井點降水的效果優于輕型井點和噴射井點，且工程成本較低，易于維護，尤其適用于砂質地層等滲透性好且透水層較厚的場合。

降水可使土層固結，但應注意的是，降水過多，會對周邊地表或建筑造成沉降，施工時應加強對周圍建筑物位移和沉降觀測。

3、嚴格按照設計的分段分層開挖，并保持斷面的縱坡，均衡、有序、快速組織開挖，要做到隨挖、隨撐，土體無支撐暴露時間應控制在24小時以內，在動態平衡中盡快按設計建立起永久性平衡，保護施工安全和環境安全。

4、施工時嚴格按照設計方案執行，減少開挖暴露時間，及時有效地進行樁間土噴護。時空效應理論認為：在深基坑開挖及支撐過程中，每個分步開挖的空間幾何尺寸、支護墻體開挖部分的無支撐暴露時間、周圍墻體和土體位移有一定的相關性。為此深基坑開挖時“先撐后挖”的方案有助于保持土層應力平衡。

（二）、地表沉降風險：

由于土體流變性，基坑內土體坍塌后會對周邊地表產生影響，導致地表位移和沉降。

對策：

1、基坑監控：為了及時掌握圍護結構、鄰近建筑物及地下管線的位移、沉降以及其他異常情況，并正確指導施工，在施工過程中應根據施工情況建立監測量測網絡。

2、由于本基坑工程的重要性，基坑監控應包含：定時觀察坑外管井中水位情況和地表裂縫情況;圍護結構的水平位移和垂直位移;周邊建筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移、傾斜率;基坑地表沉降，水平位移;鋼支撐的軸力和撓度、立柱的沉降。

3、基坑影響范圍內嚴禁堆放大于設計允許的荷載。

4、基坑外圍應設截水溝，防止雨水或施工用水流入基坑。

（三）、止水帷幕滲漏風險：

高壓旋噴樁成墻后個別質量薄弱點不易被發現，隨著基坑開挖深度增加，作為圍護結構的鉆孔灌注樁和止水結構的高壓旋噴樁所受到的土和水的壓力也發生一定變化，隱患逐漸體現出來，如相鄰組高壓旋噴樁樁體互相咬合量比較小甚至沒有咬合，可能是注漿時操作不當導致攪拌不均勻或土層中雜物過多形成夾層或夾塊;水泥噴射壓力不足導致相鄰樁結合不緊密、夾泥。

由于距離河道較近，加上降雨過多，造成止水帷幕受動水壓力增大，結構變形過大造成止水帷幕斷裂。

這種原因形成的滲流流量一開始較小，但夾帶泥沙，若不及時處理會形成較大空洞，危及基坑及周圍地下管線和建筑物的安全。

對策：

1、坑外增設高壓旋噴樁，固結土體并起止水作用，旋噴樁應采用二重管或三重管，深度應至少控制在基坑底下3m。此時應安排專人旁站觀察設備，如出現阻力忽然增大、電流異常時，應及時采取提鉆、復攪的方法，防止悶鉆，保證加固效果。

2、坑內人工封堵工藝：清理混凝土表面-安裝鋼筋網片-立模板-澆筑封堵混凝土。將圍護樁的樁間土和雜物清理干凈，露出樁體混凝土表面，將混凝土表面鑿毛處理，在相鄰圍護樁間設一層Φ12鋼筋網，將灌注樁鋼筋鑿出后與鋼筋網的鋼筋焊接錨固，立好模板后用速凝混凝土澆筑，形成一道完整的地下連續墻。封堵混凝土高度應高于地下水位1m以上。高水頭施工時，可根據需要埋設導流管，導流管采用直徑20-50mm塑料管做成花管并纏繞透水土工布，排水保土。待混凝土養護至一定強度后，可嘗試封堵導流管。處理時應備有砂袋，防止忽然發生管涌時立即回填返壓。

封堵導流管時應注意的是，當滲透水壓力過大時，堵住滲漏點后，水從其他薄弱點滲漏出來。

3、當采用以上方法后流砂現象已經得到解決，但仍無法止住滲水現象時，應在基坑內設排水溝或盲溝和集水坑，及相應的排水設施，將水排出基坑。排水溝或盲溝距坑壁不小于300mm，截面大小根據現場確定，溝內填礫石防止水流沖走基坑底部土體顆粒。

三、總結

當砂質地層內止水帷幕失效出現滲流時，逐漸向開挖范圍內涌水，在動力水的作用下，土層結構被破壞，引發流土、流砂，向基坑內坍塌，最終導致地表沉降、塌陷，會導致嚴重的工程事故。在基坑開挖前首先應通過觀察降水井的水位看降水效果，滿足開挖要求才能進行基坑開挖。開挖時應邊開挖邊監控基坑圍護和止水結構，現場備有砂袋以及注漿設備，當出現土層位移時，應立即用砂袋回填穩定基坑，并對土體進行注漿處理。

當險情出現時應立即采取措施進行處理以消除安全隱患，可將以上兩種或兩種以上的方法結合使用，采用“先疏再堵”的方法，在保證工程安全的前提下保證經濟效益。結合基坑監控，根據現場情況增設坑外降水、坑內排水設施，坑外旋噴樁加固土體并止水，坑內人工封堵。施工時應加強對周圍地表沉降和位移觀測頻率，如發現超過允許值，應立即停止施工，進行專家會審擬定處理措施。

參考文獻

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