浅论基坑突涌及其防治.pdf

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1、浅论基坑突涌及其防治浅论基坑突涌及其防治摘要： 基坑工程事故在深基坑开挖工程中并不鲜见，基坑工程事故给国家经济和人民生命财产造成不同程度的损失。在基坑工程事故中，基坑底部的突涌是较为突出的一种。本文试就基坑突涌的成因以及防治措施结合实例进行浅论。关键词：基坑突涌成因防治方法近些年来，我国许多城市或地区，相继发生了多起基坑工程事故。小到一场惊吓，大到造成直接经济损失，延误工期、甚至人员伤亡，同时也给周围的居民生活、城市建设和企业形象造成了不良影响。高层建筑物和大型地下工程的建设， 使得基坑开挖的深度在逐渐增加，一般都超过 6m，有的深达 20m。在软土地区，深基坑开挖过程中可能出现的工程地质问题

2、除了基坑边坡滑移、基坑底部隆起、基坑涌水流砂外，基坑底部的突涌也是较为突出的。南宁某基坑位于老城区，地下水丰富，周边现有建筑物密集，且为浅基础，对沉降敏感。当基坑开挖至69m 标高时，基底仅有少量地下水渗出，但可抽干，未现不稳定现象。电梯井部位基坑需开挖至 67m 标高，当局部继续下挖时，发生基坑突涌，涌水量约 30 吨/小时，水质混浊（涌水带砂、泥） 。在涌水部位周边布 5 个抽水孔，用 5 台水泵同时抽水，抽水量每台泵按 20 吨/小时抽，共 100吨/小时，抽了2 小时后，水位下降只有0.2m,此时发现基坑支护桩有加速水平位移迹象，为确保安全，立即停止抽水。后改用袖伐管灌浆法，在突涌部位

3、灌水泥水玻璃浆（灌浆范围比电梯井基坑扩大 1.5m，深达 64 m 标高） ，将水止住，7天后顺利开挖至 67m 标高，完成电梯井局部加深施工任务。基坑发生突涌主要原因是地下水承受压力较大， 而阻止其产生的基坑不足引起的。在基坑开挖过程中， 当基坑下部有承压水存在，开挖减小了含水层上覆不透水层的厚度，随着深度越来越大，基底下部不透水层厚度越来越薄，当厚度减小到一定程度时，承压水的水头压力能冲透不透水层，甚至顶裂或冲毁基坑底板，而发生突涌、隆起，造成基坑围护结构失稳。基坑突涌是一种非常有害的地下水不良作用。 当基坑发生突涌时基坑底部会出现网状或树枝状裂缝，地下水就会从裂缝中涌出并带出下部土颗粒发

4、生流砂、喷水及冒砂现象，从而造成基坑积水，软化地基，降低地基强度，严重时还会造成边坡失稳和整个地基悬浮流动，给施工带来很大的困难。如某开发公司所开发的一栋综合楼，六层，集地下室、商服门市、住宅于一体。楼房采用砖混结构，建筑物长55m，二层和底层宽 16 m。整个基坑长58 m，宽 18 m，呈长方形布置。采用大开挖，基坑深度为 32 m。该工程场地位于河流右岸，地貌单元为河漫滩，属于冲积地貌。其地层结构自上而下共分三层：（一）杂填土。黑色，主要由粘性土、腐殖土、碎砖石块等组成，松散，厚度1 .10 1 .80 m。 （二）粉质粘土。黄色，黄褐色，可塑，干强度和韧性中等，切面有光泽，含氧化铁，局

5、部含砂，厚度3 .30 4 .20 m。 （三）圆砾。黄褐色，中密，饱和，其母岩成分为花岗岩、 安山岩、闪长岩等，磨圆度呈浑圆状，级配良好，含砂量占 20% 35%左右，钻探厚度 5 .80 m。该场地所在县城地势相对比较低洼， 是一个地下水集中地带。该建筑场地内的地下水为孔隙潜水，具有承压性。含水层为三层圆砾层，水量丰富。初见水位就在含水层顶板处，稳定水位在含水层顶板处以上 2 .60 m。施工时正赶上冰雪融化，县城南部的地下水向此汇集，使场地的地下水得以补充，加之向河里排泄不畅， 地下水承压性增大。施工单位采用挖掘机和人工找平的方法对基坑进行大开挖， 当整个基坑开挖已接近尾声时，建筑单位和

6、施工单位突然接到工地负责人报告说基坑冒水，而且越来越严重。当人们到达现场时水头约有1.4 m 左右，工人们正在封堵，但根本封不住，积水很快漫延开来，施工单位用挖掘机和工人在基坑中间迅速建起一条拦水坝，一边进行排水。当时一个水泵根本不管用，后来增加了水泵才达到了平衡，不至于淹没整个基坑。事后通过对本基坑突涌事故原因的分析， 发现基坑开挖后不透水层的实际厚度， 小于计算出的基坑不发生突涌所需不透水层最小厚度，所以导致基坑发生突涌。后经现象检查，此处的土层下部含砂量比别处的含砂量大，当时向下游排泄路径不畅，致使地下水的承压性增大，在各种不利因素综合作用下，在基坑最薄弱的地段就发生了突涌。经过事故分析

7、，可得出结论：事先估计不足是造成突涌发生的根本原因。所以， 要防止突涌， 首先须做好岩土工程勘察， 了解地下水位及各岩土层分布情况。在具承压水地段进行岩土工程勘察时应结合拟采用的基础形式，基础埋深，承压水位，不透水层的最小厚度和其它不利因素对基坑是否存在突涌的可能作出评价。 勘察时一定要准确地测量承压水位，还应提供水位变幅，作出水位变幅对基坑影响的预测。发现软弱位置后，可以采用井点降水（根据不同的地下水位深度选定不同降水形式） ；采用各种维护形式，如打钢板桩整体维护、地下连续墙整体维护、搅拌桩维护等形式，在对可能发生突涌的基坑应提出预防措施，引起设计和施工人员的高度重视，提前做好相应的应急方案

8、，避免基坑突涌给施工带来损失。提出方案时还要根据地质条件做到防止突涌方式的经济性。在施工前结合岩土参数对基坑突涌进行精确计算是一种可行的预防基坑突涌发生的方法。 传统计算方法一般根据隔水土层的自重压力等于承压水的顶托力来确定基坑突涌的临界厚度，其没有考虑隔水层土体的抗剪强度，分析结果往往偏于保守。 一种考虑土体抗剪强度影响的基坑突涌安全系数与隔水层临界厚度计算公式， 经过应用于相关实例计算，所得的计算结论与现场实际取得了很好的一致，这种算法就是基于土体剪切破坏理论。除此之外，目前已有的基坑突涌计算理论还有压力平衡理论、土体挠曲破坏理论、综合考虑土体强度和刚度理论和统计预测法等， 这些方法从不同

9、角度推测基坑突涌破坏机理，对基坑突涌的防止做出了科学的预测，提供了精确的数据， 便于采取不同的措施去应对可能发生的基坑突涌。如果基坑已经发生突涌，也须冷静下来，采取措施去应对解决。造成各种基坑事故的根本原因就是基坑内外水土压力失衡， 因此尽快恢复水土压力平衡是处理事故的首要工作。为防基坑的突涌失稳，工程施工中采取一定的措施，如降低承压水位法、隔离地下水法和坑底地基加固法等。只要我们运用合理的方法，正确预防和及时处理好突涌出来的水，基坑突涌事故就能得到有效的解决。在基坑突涌中常用的治水的方法有明排水法、注浆法、井点降水法、冻结法以及地下连续墙法。明排水法适用于面积较小、降水深度不大的基坑开挖工程

10、，在基坑中，常在其开挖过程中， 沿坑底周围或者中间挖一定坡度的排水沟，并隔一定的距离设置一个集水坑，地下水通过沟流入坑中，然后用水泵抽走。作为一种对所有地下工程有效的施工技术， 注浆技术既可应用于减少井筒涌水，加快凿井速度，并对井筒全深范围内所有含水层（除表土层外）进行预注浆施工，也可以对裂隙含水岩层、松散沙土层进行堵水、加固。注浆法是将胶结材料配制成浆液并注入松散含砂或含水地层、含裂隙的岩层、溶洞、破碎带使其固化。在巨大基坑开挖之前， 在基坑周围埋设一定数量的滤水井。利用抽水设备抽水，使地下水降至基坑底以下，并在基坑开挖过程中不断抽水，使要开挖的土保持干燥，这就是井点降水法。近 20 年来，

11、井点降水无论在技术和设备上都有较大的发展与改进，如轻型井点从单一的真空泵式抽水发展到射流泵式抽水，应用喷射技术发展起来的喷射并点，成功的应用于渗透性强弱相间土层的降水工程。目前，我国井点降水深度最大已达148，成功解决了竖井工程中的严重流沙问题。冻结法是在岩土工程开挖之前， 用人工制冷的方法将开挖工程周围的岩土层冻结成封闭的冻结圈壁，以临时加固地层，抵抗地压，隔绝地下水与地下工程的联系， 然后在冻结壁的保护下进行正常施工的一种特殊施工法。它能够有效的阻隔土体中的水向开挖土体中迁移，从而保证施工的安全。地下连续墙对地下工程的防渗以及水利水电等具有重要的作用。 地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或

12、地下构筑周边， 采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽。在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段。 依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙， 以便基坑开挖时防渗、挡土作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。当然， 这些方法的选用必须与实际的地质条件和场地条件相结合，还要能够做到根据工程的实施做到动态调整。使降水设计方案与现场实际情况相吻合，提高了设计方案的准确性和可操作性。 但另一方面受地质条件的复杂性和地质勘察报告的精度的影响， 计算参数如果完全按地勘报告计算结果将难运用到施工实践中去， 在具体施工时往往需要验

13、对地勘报告提供的参数，进行修正且工程实施时再根据试验结果进行动态调整。如宁波市鄞州区银行保险办公大楼工程采用桩筏基础，桩基：采用 700、800、900 三种钻孔灌注桩，桩身砼强度等级为 C30，桩端持力层为 8c 砾砂层，进入持力层深度不小于 2 倍桩身直径，有效桩长为 55m，单桩承载力特征值分别为：2700KN、3300KN、4400KN。在基槽开挖过程中， 施工人员从观测井发现水位忽上忽下，从井点抽出的水量虽然比较大，但开挖的土方较湿，许多成淤泥状，8#设备基坑局部地区可见明水。局部基底地面隆起、有水渗出或细流流出。为了保证施工安全和质量，施工人员在 6#设备基坑附近做一勘测孔，出现了

14、大面积流砂突涌问题，细砂不断喷冒，集水井被泥砂填满，且涌水涌砂的情况不断加剧，为了减少人员伤亡及工程施工安全，工程部决定启用应急预案。通过对现场情况的了解， 工程部研究确定采取如下方案：采取防排结合的方法，在出现涌砂渗水的区域设置反滤层，用于控制形成涌水流砂渠道，防止出现抽取地下水是带出细砂出现塌方事故，同时加快垫层施工，补设二三级井点辅助降水。通过 24 小时不断绝的持续降水，终于彻底止住流砂及涌水，使工程具备高分子防水施工的条件。综上分析本工程基坑突涌事故的主要原因是桩基在汛期施工， 遇上罕见的大暴雨，承压含水层达到很高的压力而致。所以，对基坑突涌要加强重视，提前防治，更要多准备几套方案，一旦发生事故能做到动态处理。参考文献：1孙向明胡艳荣赵小文.基坑突涌事故的分析与处理.水利科技与经济.2006.07 期2 武继虎.基坑突涌机理研究.天津大学.2010 年3 刘金龙王吉利袁凡凡.考虑土体抗剪强度的基坑突涌分析.第 2 届全国工程安全与防护学术会议论文集（上册）.2010 年4 丁春林朱恺叶丹.承压水引发基坑突涌塑性破坏抑制因素分析 .地下空间与工程学报.2009.S2 期5 白若虚.基于地下水劈裂的基坑突涌破坏机理研究与颗粒流数值模拟 .天津大学.2012 年