皖北地區因基坑降水引發地基破壞的機理與應對措施探析

程軍

宿州市建筑勘察設計院 安徽 宿州 234000

皖北地區處于黃淮沖積平原，所沉積地層主要為黏土、粉質黏土、粉土、粉砂等，一般建設地塊之內，地層分布穩定、均勻，場地類別多為II類或III類，屬中軟或中硬土，具有相對良好的工程地質特性，適宜各類工程項目建設。

隨著城市建設技術水平和經濟社會發展水平的不斷提升，為了提升國土空間綜合利用效率和水平，推動地上地下空間復合利用，各地出現了越來越多的地下工程建設項目，大量深基坑支護工程隨之出現。

深基坑支護工程的成敗，相當程度取決于對地下水的控制。地下水控制應根據工程地質和水文地質條件、基坑周邊環境要求及支護結構形式選用截水、降水、集水明排方法或其他組合。在皖北地區，目前普遍采用的降水方式為管井和輕型井點。建設場地所分布的粉土、粉砂層含水量豐富，埋藏深度多處于5～10m之間，是施工降水需要控制的主要含水層，同時也是建筑物基礎的主要持力層。

管井降水由濾水井管、吸水管和抽水機械等組成。管井井點設備較簡單，排水量大，降水較深，較輕型井點具有更大的降水效果，可代替多組輕型井點作用。管井埋設的深度和距離根據需降水面積、深度及滲透系數確定，一般間距15～40m，管井深度一般在15～25m，外徑一般為600～800mm。適用于滲透系數較大，地下水豐富的粉土層、粉細砂層。管井降水在皖北地區的深基坑工程中應用十分廣泛。

管井降水有著嚴格的工藝流程，如果控制不好，則可能會帶來較為嚴重的地基破壞事故[1]。主要工藝流程如下：

（1）測量定位。根據井位平面布置圖測放井位，當布設的井點受地面障礙物或施工條件影響時，現場可作適當調整。

（2）鉆孔。埋設護口管：護口管底口應插入原狀土層中，管外應用黏性土填實封嚴，防止施工時管外返漿，護口管高出地面10cm～30cm。

垂直度應控制在1%內，孔身應圓正，鉆進過程中對水位、涌砂、氣體逸出等情況進行觀察，記錄，發現問題及時處理。

（3）清孔換漿。鉆孔鉆進至設計標高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.5m，進行沖孔清除孔內雜物孔底沉渣小于20cm。

（4）下井管。下井管：井管進場后，應檢查過濾水管是否符合規范要求。濾水管應設置在滲透系數較大的土層中和井底部位，以保證降水效果。下井管過程中應注意，井管頂部應高出地面30～50cm。

（5）濾料回填。填料前采用適當的材料封閉井管上部管口，井管居中，采用循環水法填料。濾料采用5～15mm粒徑砂石、中粗砂，級配須符合要求，雜質含量不大于3%。用鐵鍬均勻地拋撒在井管四周，礫料填至地面4m深的位置，以上部分用優質黏土回填密實。

（6）井口封閉。在濾料上面采用優質黏土回填至地表?；靥顣r沿井管進行圍填，注意少放慢下，在井管口處封閉嚴密。

（7）洗井。洗井洗至井水基本不含泥沙為止，泥漿比重小于1.05。

（8）降水運行。洗井結束后，在降水井內放入潛水泵，降水運行過程中，電纜與管道系統在布置時應注意在抽水過程中避免被挖機等碰壞，降水運行時將水排至場地四周的排水溝內，通過排水溝將水排入指定地點。

（9）維護及拆井。降水運行期間，設專人對降水情況進行觀察，并詳細記錄出水量、水位、水泵運行狀況，發現異常情況，及時處理。降水井抽出的水就近排入施工場地排水系統。主體結構完成后，將深井作為泄水孔封堵。

1 在工程實踐中，由于管井降水不當引發的地基土松散、沉陷屢見不鮮。主要原因分析如下

圖1 采用管井抽水帶出的大量粉土、粉砂顆粒

圖2 降水井周邊發生嚴重沉陷，持力層被破壞

（1）降水井的濾料級配不合理，顆粒不均勻，濾料顆粒之間間隙偏大，導致降水過程中，地層中的粉土、粉砂顆粒伴隨地下水滲流而被抽出。

（2）進水管的濾網不規范，目數不夠，難以有效過濾也是導致土層細小顆粒流失，地層結構破壞的原因。

（3）降水設計計算及管井深度、間距布置不合理，井水位降深過大，導致井內外水頭梯度過陡，土顆粒被水帶出，形成滲流破壞。

如圖所示，某工地采用坑內管井降水，抽出大量粉土粉砂顆粒，導致降水井周邊沉陷明顯，地基持力層遭到嚴重破壞[2]。

2 預防措施

（1）嚴格按相關操作規程做好管井的成孔、安裝、洗井，管井的濾管宜采用無砂混凝土濾管、鋼管或鑄鐵管，濾管外徑不宜小于200mm，管井成孔直徑應滿足充填濾料的要求。

（2）井管與孔壁之間充填的濾料宜選用磨圓度好的硬質巖石成分的圓礫，不宜采用棱角形石渣料、風化料或其他黏質巖石成分的礫石。且濾料規格宜滿足下列要求：

D50=6 d50∽d50式中 ：D50------小于該粒徑的填料質量占總填料質量50%所對應的填料粒徑（mm）

d50-----含水層中小于該粒徑的土顆粒質量占總土顆粒質量50%所對應的土顆粒粒徑（mm）

濾料的不均勻系數應小于2。

（3）充填濾料后應及時洗井，洗井應直至過濾器及濾料濾水暢通，并應抽水檢驗井的濾水效果。

（4）在抽降水過程中，由專人負責觀測井水位變化及基坑地下水位變化，并且密切觀察水質情況，若發現水體渾濁，則說明發生了土體顆粒流失，應立即廢止該井，采取其他補救措施[3]。

3 發生沉陷破壞后的應對處理

（1）由原勘察部門查明地基破壞的范圍和深度，宜采用鉆探與觸探相結合的方式進行，與原勘察原始數據進行比對分析。

（2）采用注漿加密方式對破壞地層進行修復補強，對降水井采用砂石充填，井中及井外圍一定范圍內設置注漿管，注漿孔間距、注漿壓力、水灰比、添加劑等遵循相關規范規程的規定，注漿施工單位應編制專項方案報監理單位審核審批后，嚴格按注漿工藝要求實施。

（3）注漿處理完成，過了漿液凝固期后，再由原勘察部門對注漿效果進行檢驗、檢測，對注漿處理后地層的均勻性和承載力進行分析評價。

（4）根據本區段注漿補強的檢驗、檢測結果，原結構設計人員分析確定是否需要采取必要的建筑措施或結構措施，以減少加固地基和原天然地基可能發生的沉降差異對建筑物的不利影響。

通過對幾個類似事故的處理，按以上方式應對，效果顯著，地基整體沉降均勻穩定，所涉及工程項目均順利竣工。