某立交泵站地面塌陷問題分析及處理

摘要：文章介紹某下穿通道雨水排水泵站發生地表坍塌、構筑物及管線破壞。經查地面坍塌起因于地表回填土土質疏松，地表水下滲、周邊基坑施工地下水位下降等綜合影響，土體固結及土顆粒下沉造成地面沉降、地表出現孔洞。改造加固設計對地表填土進行壓密注漿加固處理，提高其密實度、抗滲性和強度，同時對地表采取導堵結合的方式，通過防沖刷隔水地面和找坡加明溝有序排水，防止地表水沖蝕地面和下滲。項目加固工作已完工7年時間，泵站建構筑物運營良好，加固工作確的良好效果。

[作者簡介]洪健（1979—），男，碩士，高級工程師，主要從事建筑結構工程和巖土工程設計工作。

1 泵站地面塌陷概況

某泵站為某下穿通道雨水排水泵站，建于2009年。泵站場地約21 m×20 m，主要建構筑物有沉井泵房、閥門井、消能井、管理用房。自2012年起，泵站西北方裸露地面出現沖蝕和下沉。2013年8月，西側圍墻下地基土被掏空，圍墻開裂，西北側消能井沉降并側移，引起管道蝶閥拉裂，附近混凝土地面明顯開裂。2013年11月，在運營單位研究解決的過程中，坍塌面突然增大，圍墻、大門倒塌，最終形成約5 m見方的坑洞（圖1～圖6）。

由于泵站出水口（位于北側）破壞，運營方將水明排入南側鄰近的河道。此舉造成泵站進水越來越多，甚至下穿通道路面進水水外溢。之后運營部門采用臨時管道將水排至遠處市政管網，情況得到緩解。

2 地面塌陷問題分析

泵站建設在下穿通道U形槽施工完成之后，U形槽基坑回填采用基坑挖出的粉土和淤泥質土，總深度約7 m，回填土質較為疏松，滲透性較高。回填土下方為高滲透性粉土粉砂。泵站建設中，對建筑物、構筑物基礎下作了攪拌樁地基加固，對于室外場地并沒有處理。通過對坍塌坑洞的觀察，并未發現水泥土攪拌樁的痕跡，而相反，緊鄰坍塌坑洞的閥門井卻并未出現明顯的位移變形，（閥門井與泵房之間沒有管道開裂問題，閥門井內的蝶閥拉斷可解釋為外側即北側管道變形所致）。這足以證明上述工程地質現狀（圖7）。

前述進水井水位隨排水進程持續升高，問題出現之前并無明顯的降水。其原因應該是明排出水口距離過近，地表水經覆土下滲回流至通道進水井。持續的近距離排水將泵站附近的地下水集中在排水口周邊（也在雨水進水口周邊）。雨水進水口附近水位局部升高，內滲加劇，呈現惡性循環泵站排水功能失效。

場地西側和北側存在較多的裸露土，存在一些植被，裸露土標高低于水泥混凝土地面，土西側緊鄰下穿通道U形擋墻。這樣場地西北側就形成一個匯水溝，溝內地表水缺乏外流通道，而下滲渠道卻十分通暢，前述雨水進水口水位居高不下，也說明了地表土的滲透性較強。由此造成地表水下滲，并地表土固相形成沖蝕。在場地其他裸露土地段也存在一定的沖蝕現象。

泵站破壞之前，泵站東側有住宅小區施工地下車庫，基坑施工采取的降水措施。高滲透性的下臥層使場地地下水位下降明顯，填土有效應力增大，土體固結，在一定程度上造成地表下沉。

由上述分析可得出以下結論：地表水的下滲和沖蝕成為地表土體固相變形的主要原因。固相土顆粒的變形可能存在原因：①隨著地表水的下滲，細土顆粒匯入下臥透水層，造成土顆粒的流失;②地下水位的降低造成土體有效應力增大，土顆粒固結明顯，造成地表下沉。

3 處理方案

本工程處理加固思路為：加固表層回填土，增強土體的抗滲性、密實度和強度;設置地表防水層，并采用有序明溝排水，防止地表水對土體的沖刷。鑒于本場地狹小、構筑物距離較近等局限條件，本項目采用壓密注漿加固。在場地周邊形成閉合的止水屏障，在場地內部采用水泥漿格柵狀布孔，形成水泥加固體與土體共同受力的復合體（圖8）。

在場地周邊用水泥及水玻璃混合漿液，采用2排加密布孔，形成一道壓密注漿隔水屏障，截斷地下水外滲的通道。在場地內部，采用水泥土復合物矩陣，增強土體的密實度和強度。在地表形成7 m左右厚度的高強、密實、抗滲的硬殼層，基本可阻擋地下水的下滲以及由于下臥透水層地下水位下降造成的沉降。本工程建構筑物形成的基底壓力不大，對地基承載力要求并不高，在滿足地基變形的情況下即可保證正常使用。

場地表層有較大范圍的裸露土，有雜草植被，對土體抗滲不利，因此本工程將表層雜填土清除并換填灰土。同時，由于本工程有新建出水槽井，需要開挖3.5 m深基坑，為提高基坑土體強度和基坑穩定性、設計采用先注漿加固后開挖的順序。鑒于回填土密實度及抗滲性的不足，設計要求對基坑回填土作二次壓密注漿加固。地表采用并采用硬化地面和瀝青路面相結合，對場地按0.3 %坡度找坡，在最低點設置明溝排水，杜絕積水在場地中匯集及下滲。

項目于2014年5月完成施工，至今已超過7年。泵站內的建構筑物運行良好，室外地面未再發生開裂和大的變形。此加固工程取得了良好的效果。

4 結論和展望

地下水是一個復雜的系統，它的分布遠超過場地范圍。場地內外的地下水位、地表水下滲、施工前后降水措施、場地土滲透性能等都會對地下水位造成影響。地下水滲流反過來又會帶走土層的土顆粒，加大土的孔隙率，從而又加劇滲透程度。這種復雜的循環最終導致地面沉陷開裂，地表建構筑物損壞。

另外，地下水滲透問題的表現并不直接，肉眼可見的是地表裂縫和構筑物破壞，而問題的根源往往在地表深處甚至場地以外的地下滲流。因此，分析地下水問題，需要從宏觀入手，盡量擴大分析的范圍，同時還要分析項目相關歷程，并從多角度提出假設和并作論證。對地下水滲流的治理工作也應該多角度，多舉措，多方位，才能做到標本兼治。

參考文獻

[1] 建筑地基處理規范：JGJ79-2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 巖土工程勘察規范：GB50021-2001（2009年版）[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.