5#排水泵站基坑突涌問題分析與處理

劉 碩

（營口市城市規(guī)劃設(shè)計院，遼寧 營口 115004）

0 前言

隨著遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地一期建設(shè)的快速發(fā)展，根據(jù)整體一期規(guī)劃要求需建雨水提升泵站及排水泵站。這些工程的開挖深度大約9米左右，有的個別項目均離相應(yīng)排水出口河道很近，在地下承壓水位較高的地區(qū)進行基坑開挖,滲流問題總是最為突出,而突涌和管涌是基坑工程滲流破壞的一種主要的表現(xiàn)形式.根據(jù)工程項目基坑在實際的開挖過程中，5#排水泵站基坑在進行井點降水的同時，基坑局部產(chǎn)生了突涌管涌現(xiàn)象?；庸苡渴侵冈跐B透水流作用下，土中細粒所形成的孔隙通道中被移動，流失，土的孔隙不斷擴大，滲流量也隨之加大，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流通道，土體發(fā)生破壞的現(xiàn)象?；油挥渴侵府?dāng)基坑下伏有承壓含水層時,如果開挖后基坑底 所留隔水層支持不住承壓水壓力的作用,隔水層將被頂裂,發(fā)生冒水冒砂、淹水甚至毀坑事故，基坑深度已遠不能滿足基坑突涌安全的要求，需采取抗突涌處理，確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全。由于承壓水的水頭高，水量大，處理不當(dāng)極易引起事故，且抗突涌措施造價昂貴，基坑突涌在本項目中已成為基坑施工能否成功的關(guān)鍵問題。

1 咸水河兩岸工程地質(zhì)條件及承壓水性狀分析

（1）地形、地貌

勘察區(qū)位于遼寧營口沿海產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)，新民大街與安定南路的交匯處，地勢較平坦。場地所處地貌類型為下遼河沖積海積平原地貌。

（2）巖土體工程地質(zhì)特征

依據(jù)勘察結(jié)果，擬建場地在勘探深度內(nèi)，地基土層依據(jù)其成因類型，沉積關(guān)系以及力學(xué)性質(zhì)的差異進行分層，場區(qū)內(nèi)土層自上而下可分為4層，各土層的工程地質(zhì)特征分述如下：

第①層：素填土 黑灰色，以鹽灘沖積淤泥質(zhì)粘性土、塊石等組成，松散，潮濕。層底埋深為0.60～0.70米，層厚0.60～0.70米。

第②層：粉質(zhì)粘土 灰黃色，軟塑狀態(tài)，中等干強度，中等壓縮性，中等韌性，稍有光澤，含有少量鐵質(zhì)結(jié)核。層底埋深為3.00～3.10米，層厚2.4米。

第③層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉砂灰～灰黑色，飽和，軟塑～流塑狀態(tài)，高壓縮性，稍有光澤，干強度中等，含有腐殖質(zhì)，含有大量貝殼碎片，有腥臭味。夾多層薄層粉砂，粉砂后5～20cm。層底埋深為13.80～14.00米，層厚10.80～10.90米。

第④層 粉細砂 灰色，飽和，中密狀態(tài)，主要礦物成分為長石、石英等，顆粒分選、磨圓較好。夾多層粉質(zhì)粘土薄層。層底埋深大于20米，本次勘察未能穿透此層。

（3）水文地質(zhì)特征

勘察場地范圍內(nèi)見有地下水，勘探器件穩(wěn)定水位埋深為0.85米，地下水類型為第四系孔隙潛水，補給來源主要為大氣降水，水位具有季節(jié)性變化，其變幅為0.5～1.0米左右。根據(jù)該場地地下水水質(zhì)分析結(jié)果，按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）第12章有關(guān)條款，進行地下水對混凝土、鋼筋混凝土中的鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價。

①地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

地下水中，SO42-含量=1847.00mg/L，Mg2+含量=2460.30mg/L，NH4+含量=0.70mg/L，總礦化度=27538.60mg/L；PH值=6.8；侵蝕性CO2含量=0.00mg/L；HCO3-含量=165.50mg/L。結(jié)論：地下水對混凝土結(jié)構(gòu)為弱腐蝕。

②地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性評價

地下水中，CL-含量=CL-+SO42-*0.25=34765.45+1847.00*0.25=35227.20mg/L，結(jié)論：地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有強腐蝕。

③地下水對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

地下水中，pH=6.5，CL+SO42-含量=34765.45+1847.00=36612.45mg/L， 結(jié)論：地下水對鋼結(jié)構(gòu)有中等腐蝕。

表1：場地地層厚度埋深及層底標(biāo)高統(tǒng)計表

④根據(jù)了解情況咸水河南 安定南路路中設(shè)計海拔標(biāo)高為3米，咸水河最高水位3.2～3.5米，咸水河常水位2.5米。

（4）天然地基土的分析

第①層：素填土，不能作為天然地基持力層,應(yīng)挖除；第②層：粉質(zhì)粘土，在場地內(nèi)分布連續(xù)層位較穩(wěn)定,均勻性較好，可以作為建筑物基礎(chǔ)持力層，但應(yīng)考慮軟弱下臥層對基礎(chǔ)不均勻沉降的影響,綜合確定承載力特征值fak=115kpa；第③層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉砂，在場地內(nèi)連續(xù)分布且厚度較大，均勻性較差,為軟弱土層，是淺基礎(chǔ)地基的軟弱下臥層，也是地基產(chǎn)生沉降變形的主要土層,不宜直接作為該場地建筑物基礎(chǔ)持力層，綜合確定承載力特征值fak=69kpa；第④層：粉細砂，呈中密狀態(tài),均勻性較好，綜合確定承載力特征值fak=165kpa。

判定該場地土的類型為中軟土，場地類別為IV類。

（5）場地穩(wěn)定性評價

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該場地?zé)o不良地質(zhì)作用，無斷裂構(gòu)造通過，場地穩(wěn)定。地下水對基坑開挖影響較大，施工時，建議采用井點法或管井法先進行降水，使地下水位低于開挖深度以下1～2米.基坑施工時,應(yīng)按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》做好邊坡支護設(shè)計。

2 管涌、突涌發(fā)生原因及危害

壩身或壩基內(nèi)的土壤顆粒被滲流帶走的現(xiàn)象稱為管涌，管涌也叫翻沙鼓水。堤防、閘壩工程如地基為透水性強的沙土、沙卵石層，或表面為粘性土，其下有沙層，且控制滲流的工程設(shè)施效能低或損壞失效，臨河水位升高時，滲透坡降增大，滲透流速、壓力也隨之增加，當(dāng)滲透坡降大于堤壩地基土體允許的滲透坡降時，地基土體中土粒被滲透水流推動，連續(xù)帶走，發(fā)生滲透變形和破壞，即形成管涌。發(fā)生原因：(1)堤壩、水閘地基土壤級配缺少某些中間粒徑的非粘性土壤，在上游水位升高，出逸點滲透坡降大于土壤允許值時，地基土體中較細土粒被滲流推動帶走形成管涌；(2)基礎(chǔ)土層中含有強透水層，上面覆蓋的土層壓重不夠；(3)工程防滲或排水(滲)設(shè)施效能低或損壞失效。管涌很容易造成土體失穩(wěn)，破壞基坑，管涌發(fā)生時，水面出現(xiàn)翻花，隨著上游水位升高，持續(xù)時間延長，險情不斷惡化，大量涌水翻沙，使堤防、水閘地基土壤骨架破壞，孔道擴大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩、倒閘等事故。

當(dāng)基坑開挖后，基坑底面下不透水土層的自重壓力小于下部承壓水水頭壓力時，引起基坑底土體隆起破壞并同時發(fā)生噴水涌砂的現(xiàn)象。在上覆不透水層的厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成地基強度破壞，承壓含水層中的地下水和砂土大量涌入基坑，導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)嚴(yán)重下沉,坑外地面嚴(yán)重塌陷等，支撐體系嚴(yán)重破壞或相鄰建(構(gòu))筑物發(fā)生破壞等,并給施工帶來很大困難。矩形基坑，中心點撓度最大,最容易撓曲破壞產(chǎn)生突涌?；有螤顚油挥恳灿杏绊懀叫位幼畈焕?。矩形基坑的突涌不僅與壓力平衡有關(guān)，而且與基坑的平面尺寸、土體的抗剪強度有關(guān)。

在砂、粉砂、或砂質(zhì)粉土等土層開挖基坑,如不采取井點降水措施或井點降水未達到預(yù)定效果，在坑內(nèi)外的水頭差作用下，基坑底部可能產(chǎn)生冒水翻砂現(xiàn)象(及產(chǎn)生管涌)，嚴(yán)重時可導(dǎo)致基坑失穩(wěn)或影響施工進程，降水工程結(jié)束后，地下結(jié)構(gòu)的重量以及基礎(chǔ)底面至承壓含水層頂板之間的殘留土層的重量土層的重量不足以抵抗承壓水頭的頂托力或潛水含水層的浮力時，地下結(jié)構(gòu)將會發(fā)生上浮。一旦發(fā)生了上浮現(xiàn)象,地下結(jié)構(gòu)的復(fù)位將十分艱難。

3 5#排水泵站工程實例分析

本工程進行輕型井點降水方法，井點降水法就是在巨大基坑開挖之前，在基坑周圍埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管，利用抽水設(shè)備抽水，使地下水降落至基坑以下，并在基坑開挖過程中不斷抽水,使要開挖的土保持干燥。由于第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉砂，在基坑開挖井點降水過程中的濾水管逐步被淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土所堵塞，基坑地下水水位也逐漸提高，5#排水泵站池底頂海拔標(biāo)高為-5.500米（-3.400），池底厚0.6米，加上0.2米厚素混凝土墊層，基坑的底標(biāo)高是-6.300米（-4.200），池頂標(biāo)高3.500米，根據(jù)了解情況咸水河南 安定南路路中設(shè)計海拔標(biāo)高為3.13米，咸水河最高水位3.2～3.5米,咸水河常水位2.5米，咸水河北側(cè)壩上海拔標(biāo)高為3.86米，壩下海拔標(biāo)高2.3米，5#排水泵站當(dāng)時場地標(biāo)高2.3米。所以5#排水泵站池底基坑與咸水河常水位水頭差為8.8米，與咸水河最好水位最大水頭差為9.8米。輕型井點降水當(dāng)時是到5#排水泵站進行驗槽，基坑在驗槽的過程中發(fā)現(xiàn)了在最低矩形基坑的中心部位，出現(xiàn)一點管涌現(xiàn)象，首先是冒水后來發(fā)展趨勢很快，隨著冒水翻砂現(xiàn)象逐步出現(xiàn)并逐步加大加強，由一點變?yōu)閹c管涌，井點濾水管阻滯，現(xiàn)場勘察處理另加井點濾水管盡快重新建立一套輕型井點降水系統(tǒng)彌補降水阻滯造成的地下水位升高，準(zhǔn)備進行降壓處理，以避免更大危及基坑的安全，造成巨大損失，因為是新區(qū)建設(shè)周圍還沒有巨大建筑物，只有剛剛建成的新民大街危機面小。5#排水泵站距離南側(cè)咸水河很近，正值夏秋潮位偏高防汛時期，因水頭大，布置的濾水管直接形成了突涌現(xiàn)象，無法設(shè)置另一套輕型井點降水系統(tǒng)，直接從濾水管冒出水夾雜著粉質(zhì)粘土泥漿及細粉砂，隨著咸水河潮水位升高及時間推移，明顯粉質(zhì)粘土基坑有上浮趨勢，并且基坑內(nèi)已經(jīng)盛了至少0.3米厚粉質(zhì)粘土泥漿及細粉砂，同時在基坑的圍護結(jié)構(gòu)分別又打了若干根木樁，本工程基坑采取1：2的自然坡度放兩步大臺階，輔以打木樁來作為圍護，還要保證距離5#排水泵站的咸水河北側(cè)大壩安全，在汛期內(nèi)要防止基坑產(chǎn)生塌陷突涌產(chǎn)生更大管涌，經(jīng)過研究決定立即采取在基坑內(nèi)灌注商品混凝土，“先堵漏，后注漿”的施工，同時直接連接多個大功率水泵對連接粗口水帶對基坑進行直接抽水、泥漿及細粉砂，隨時觀察基坑內(nèi)泥漿及砂漿涌入量來控制合適抽泥漿及細粉砂的速度，先拔出產(chǎn)生突涌濾水管的同時，用足夠的量高壓高強度防水商品混凝土先堵住各個濾水管處的突涌及最先產(chǎn)生管涌的地方，還要保證基坑內(nèi)的標(biāo)高，因為排水工藝上5#排水泵站是有海拔標(biāo)高控制的要與整體產(chǎn)業(yè)基地一期排水管網(wǎng)系統(tǒng)的連接，如果產(chǎn)生基坑上浮池底標(biāo)高保證不了排水工藝要求，可能迫使調(diào)整5#排水泵站的位置，即使調(diào)整位置也是采取臨近處理，基本情況也會很近似，因道路管道均提前預(yù)留，也會增加更大附加費用，控制好度是很關(guān)鍵，不能讓抽的比冒出的量多而產(chǎn)生直接引起更大管涌突涌趨勢，也就是隨時關(guān)注基坑的穩(wěn)定性，迅速進行堵住各個突涌管涌出水、粉質(zhì)粘土泥漿及細粉砂位置，及時進行灌注高標(biāo)號商品混凝土滿堂加固，保證基坑圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時，在管涌突涌控制住后，待把高標(biāo)號商品混凝土擠出上面的夾雜著水、粉質(zhì)粘土泥漿、細粉砂及部分被混的商品混凝土用粗口水帶逐步抽出，基坑突涌管涌逐漸得到了有效控制，基坑基本不再漏水，由于處理及時、措施到位，周邊變形區(qū)域也趨于穩(wěn)定。灌注的高標(biāo)號商品混凝土，立即作為泵站混凝土墊層，及時進行5#排水泵站的底板施工，在對基坑圍護結(jié)構(gòu)加固的同時已經(jīng)把側(cè)板的鋼模板也作為加固整體，而后迅速對泵站側(cè)板進行施工，增加整體性對基坑的整體上浮有很大的抑制作用，圍護-降水一體化，也是綜合考慮一種最好最有效的施工方法，有利的一點是新區(qū)建設(shè)，只有已建道路，周圍沒有已建及在建建筑物，沉降影響危害小，在對此項目的通力合作下，施工進程步入正軌。

4 結(jié)語

通過本工程的工程實例，對遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地一期其他泵站項目的施工有很好的指導(dǎo)作用，積累了寶貴的經(jīng)驗，更加豐富了知識結(jié)合點，提高了處理實際工程項目的能力。

（1）在泵站項目距離河道很近進行施工的情況，深基坑開挖時候要綜合考慮河道升降潮位對施工的影響，應(yīng)抓住低潮位時候承壓水及與基坑水頭差小的有利時機進行施工避免出現(xiàn)管涌突涌現(xiàn)象，當(dāng)然也要根據(jù)具體的地質(zhì)勘查情況，根據(jù)相關(guān)資料地質(zhì)報告，更好地組織施工。

（2）基坑挖土?xí)r，對基坑的輕型井點降水，應(yīng)根據(jù)實際工程實際水位變化進行減壓降水，并應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)勘查報告，各個土層變化及土層性質(zhì)，來進行輕型井點濾水管的插入，控制好深度，避免阻滯，起到好的井點降水的作用。

（3）要根據(jù)工程實際情況，選擇對工程有利的圍護結(jié)構(gòu)形式，對圍護結(jié)構(gòu)做合理布置，對基坑進行更有利的保護。

［1］069941-KY 營口沿海產(chǎn)業(yè)基地五號排水泵站巖土工程勘察報告書［R］.營口：遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局勘察設(shè)計院，2007.

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