某臨河基坑止水帷幕失效案例分析

浦春林，李蘇春，劉 暉

(1.江蘇省紡織工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇蘇州215128;2.中鐵建工集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州215009)

蘇州是個(gè)水網(wǎng)密集的城市，多數(shù)商業(yè)建筑選址于河邊。蘇州地區(qū)微承壓含水層(粉土、粉砂層)的頂板埋深大多為6 m～8 m左右，河底與微承壓含水層頂板的距離較近(約1 m～2 m)，對(duì)臨河地下2層的基坑，需考慮微承壓水及河水對(duì)基坑開(kāi)挖的雙重不利影響[1]。河道駁岸前期施工時(shí)?；靥畈痪鶆虻奶钔?，且不密實(shí)，對(duì)后期止水帷幕的施工會(huì)造成不利影響。臨河基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)緊鄰河道，對(duì)采用內(nèi)支撐體系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，有限土體主動(dòng)區(qū)土壓力的減少[2－3]使整個(gè)體系受力不平衡對(duì)止水帷幕的不利影響不可輕視。文獻(xiàn)[4－8]指出常規(guī)止水帷幕失效主要原因大多為水泥土攪拌樁施工冷縫未補(bǔ)強(qiáng)或補(bǔ)強(qiáng)不連續(xù)，未待攪拌樁達(dá)到初期強(qiáng)度即進(jìn)行基坑大面積降水使攪拌樁水泥漿被稀釋而影響樁體質(zhì)量，因攪拌樁施工時(shí)未進(jìn)行“兩次提升、兩次下沉”的施工工藝而影響成樁質(zhì)量，樁體入土深度過(guò)小等。對(duì)臨河基坑，因其所處的特殊周邊環(huán)境及地質(zhì)條件，止水帷幕的失效有其特殊原因，如何做好臨河基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是止水體系的設(shè)計(jì)，尤為重要。

本文將以蘇州市某基坑的止水帷幕失效事故并結(jié)合監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行原因分析，從中得到一些啟示，供類(lèi)似基坑在設(shè)計(jì)、施工時(shí)參考。

1 工程、地質(zhì)、水文概況

1.1 工程概況

蘇州市某基坑為地下2層，基坑呈正方形，東西最長(zhǎng)處約54 m，南北最寬處約50 m，基坑周長(zhǎng)約210 m，基坑總面積約2 700 m2，挖深為11 m?；颖眰?cè)距離用地紅線約5.1 m，紅線外為市政道路，路下埋設(shè)多種管線;東側(cè)距離用地紅線為2.7 m，紅線外為區(qū)內(nèi)道路，紅線外13.5 m為已建大樓(10－11層、下設(shè)1層地下室，基底埋深約4 m);西側(cè)距離用地紅線為2.4 m，紅線外為區(qū)內(nèi)道路，紅線外6.0 m為已建大樓(2－11層、下設(shè)1層地下室，基底埋深約4.5 m);南側(cè)為河道，圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離河道駁岸約3 m。河道駁岸為漿砌片石結(jié)構(gòu)，駁岸深約5 m，河道水位標(biāo)高約為+0.00 m，河水深約2 m。基坑周邊環(huán)境詳見(jiàn)圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

1.2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)對(duì)本基坑開(kāi)挖及變形產(chǎn)生影響的典型土層物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 典型土層物理力學(xué)性質(zhì)表

本基坑底標(biāo)高位于(4－2)粉土夾粉砂層中，場(chǎng)地典型工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。

圖2 場(chǎng)地典型工程地質(zhì)剖面圖

1.3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)勘探揭露的地層結(jié)構(gòu)，基坑影響范圍內(nèi)場(chǎng)地地下水主要為潛水、微承壓水。

擬建場(chǎng)地淺層孔隙潛水賦存于表層填土層中，勘察期間測(cè)得穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.51 m～1.75 m。下伏②粘土、③粉質(zhì)粘土層透水性差，是潛水含水層與微承壓含水層之間的相對(duì)較好的隔水層。

場(chǎng)地內(nèi)較淺的微承壓水主要貯存于④－1粉土及④－2粉土夾粉砂層中，測(cè)得水頭標(biāo)高0.50 m～0.70 m。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)概況

根據(jù)基坑挖深、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等特點(diǎn)，確定本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)[9]，采用Φ850 mm@1 050 mm的鉆孔灌注樁+兩道水平鋼筋混凝土內(nèi)支撐作為擋土結(jié)構(gòu)，采用臨時(shí)角鋼格構(gòu)柱及柱下鉆孔灌注樁作為水平支撐的豎向支承構(gòu)件。考慮到基坑面積較小，支撐以角撐為主，輔以邊桁架加強(qiáng)剛度。北側(cè)在桁架上設(shè)置了棧橋，供出土及料場(chǎng)之用?？觾?nèi)設(shè)置8口疏干管井，采用全封閉落底式Φ850@600三軸水泥土攪拌樁止水帷幕。支撐平面布置見(jiàn)圖1、基坑南側(cè)圍護(hù)剖面圖見(jiàn)圖3。

圖3 基坑南側(cè)圍護(hù)剖面圖(單位:m)

對(duì)一級(jí)基坑，須布設(shè)樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)孔[10－11]，現(xiàn)選取北側(cè)、南側(cè)邊跨中位置的監(jiān)測(cè)孔作后續(xù)分析之用，具體位置詳見(jiàn)圖1中的“樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)孔CE04、CE08”。

3 止水帷幕失效事故

土方開(kāi)挖至近坑底后，在側(cè)壁8 m～9 m的深度處(即第二道支撐下約2 m處)出現(xiàn)三處漏水點(diǎn)，并伴有少量的流砂，見(jiàn)圖2。因漏水點(diǎn)及流砂量并不大，加之駁岸側(cè)的坡頂位移、樁體深層水平位移、水位觀測(cè)孔的變化量均未達(dá)到報(bào)警值，施工方并未引起足夠的警覺(jué)，在對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的引流處理(引流管端部設(shè)置過(guò)濾層，阻止流砂、流土)后繼續(xù)施工。兩天后，先前的側(cè)壁滲漏點(diǎn)突然增大，河水大量涌入，坑外土體塌陷，當(dāng)天晚上滲漏點(diǎn)越來(lái)越大，駁岸坍塌，涌水量猛增，河水倒灌，直至灌滿基坑。

4 原因分析及處理措施

4.1 原因分析

(1)查閱施工日志，基坑南側(cè)駁岸區(qū)施工止水帷幕前未進(jìn)行清障處理。止水帷幕遇障礙時(shí)強(qiáng)行攪拌，樁身垂直度無(wú)法得到保證，致使相鄰攪拌樁的搭接寬度受影響，尤其是在砂層分布段，搭接處帷幕的止水性能被削弱。查閱三軸水泥土攪拌樁的取芯報(bào)告，臨河側(cè)的三軸水泥土攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度低于其它側(cè)邊的強(qiáng)度。基坑開(kāi)挖前的抽水試驗(yàn)時(shí)雖坑外水位孔的水位變化量未達(dá)到報(bào)警值(1 m)，但抽水時(shí)間過(guò)短(僅2 d)未能可靠地驗(yàn)證止水帷幕有效性。

(2)基坑南側(cè)主動(dòng)區(qū)有效土體寬度僅為3 m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)忽視了有效土體土壓力的減少使整個(gè)體系受力不平衡的不利影響。根據(jù)北側(cè)、南側(cè)邊跨中的樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)孔CE04、CE08資料分析，基坑開(kāi)挖至第二道支撐標(biāo)高時(shí)，南側(cè)、北側(cè)樁體深層水平位移最大值約6 mm，方向均指向坑內(nèi)，位于第二道支撐上方約1 m處?；娱_(kāi)挖至坑底標(biāo)高時(shí)，北側(cè)、南側(cè)樁體深層水平位移曲線截然不同，北側(cè)CE04樁體深層水平位移變化為常規(guī)曲線，而南側(cè)CE08樁體深層水平位移呈現(xiàn)“S”形，坑內(nèi)方向最大位移約9 mm，位于坑底下約2 m處，坑外方向最大位移約7 mm，位于第二道支撐標(biāo)高處，上述兩種開(kāi)挖工況下的樁體深層水平位移曲線見(jiàn)圖4。當(dāng)工況1發(fā)展為工況2時(shí)，圍護(hù)體系在不平衡土壓力的作用下，南側(cè)邊雖樁體深層水平位移的絕對(duì)值不大(均未超出監(jiān)測(cè)報(bào)警值)，但圍護(hù)樁在約深度8.5 m界限處上下呈現(xiàn)坑內(nèi)、坑外雙向剪切變形，此深度恰為發(fā)生漏水、流砂的深度。由此可見(jiàn)止水帷幕在原本較為薄弱的區(qū)域因圍護(hù)體的變形而發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)并開(kāi)裂，坑壁的灌注樁樁縫內(nèi)出現(xiàn)漏水、流流砂，此外，因河底距微承壓含水層較近，在流砂到一定程度后河底下陷決裂，河水與承壓水貫通，最終帷幕開(kāi)裂處在水壓力的作用下被沖出空洞，進(jìn)而河水灌入基坑。

圖4 樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)圖

(3)當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)少量滲流點(diǎn)時(shí)，施工單位并未引起足夠的重視，未及時(shí)采取坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)回土、注漿加固等應(yīng)急措施，這也是導(dǎo)致河水倒灌的一個(gè)重要因素。

4.2 處理措施

駁岸坍塌區(qū)立即回填素土至地面，并進(jìn)行雙液注漿加固[12]，沿河道測(cè)設(shè)置三排雙液注漿孔，間距為1 m，梅花形布設(shè)，注漿深度為6 m～8 m，注漿時(shí)先注內(nèi)、外兩排孔，后注中間排孔，使?jié){液充分填充空洞。待注漿體達(dá)到一定強(qiáng)度后對(duì)先前塌方區(qū)的鉆孔灌注樁后側(cè)進(jìn)行雙重管高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)止水帷幕[13－14]。高壓旋噴樁設(shè)置2 排，樁間距控制在 0.5 m左右，深度為15 m，進(jìn)入粉質(zhì)粘土層約2 m，注漿時(shí)適當(dāng)下調(diào)壓力，以防損壞先前止水帷幕。

待旋噴樁達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行坑內(nèi)長(zhǎng)達(dá)2周的抽水試驗(yàn)，期間坑外水位觀測(cè)孔的水位變化較小，驗(yàn)證了坑內(nèi)外基本無(wú)水力聯(lián)系[15]，及時(shí)澆筑基礎(chǔ)底板，進(jìn)行后續(xù)施工。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某臨河基坑止水帷幕失效的案例分析，得到以下幾點(diǎn)啟示:

(1)施工前應(yīng)詳細(xì)查明河道駁岸區(qū)的地層情況，特別是對(duì)先前駁岸開(kāi)挖回填后填土的成分、密實(shí)度等性質(zhì)的判斷。如遇雜填土等障礙，三軸攪拌樁止水帷幕施工前務(wù)必進(jìn)行清障處理，確保攪拌樁的垂直度及搭接寬度。施工前需進(jìn)行科學(xué)的抽水試驗(yàn)，待驗(yàn)證止水帷幕有效后方可進(jìn)行土方開(kāi)挖。

(2)對(duì)基坑主動(dòng)區(qū)是有限土體特別是臨近河道的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需考慮有限土體土壓力的減少而產(chǎn)生圍護(hù)體系不平衡受力的不利影響，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的雙重變形進(jìn)而剪碎止水帷幕，此時(shí)需對(duì)有限土體側(cè)采取加大圍護(hù)樁樁徑、支撐圍檁(尤其是第二道支撐的圍檁)截面尺寸等措施以增強(qiáng)該側(cè)的抗變形剛度。此外，可在有限土體側(cè)坡頂增設(shè)一定荷重的堆載(在設(shè)計(jì)允許荷載范圍內(nèi))，以彌補(bǔ)土壓力的不足。

(3)基坑的空間效應(yīng)不能忽視，本基坑臨河道側(cè)變形最大處發(fā)生在圍護(hù)側(cè)邊的中間區(qū)域，故在跨中位置建議設(shè)置一定的加固墩以較少基坑側(cè)邊的長(zhǎng)邊效應(yīng)。

(4)臨河側(cè)的填土段用壓密注漿加固，作為止水帷幕破壞時(shí)的第二道止水防線。臨河側(cè)建議增設(shè)坑外降水管井作為備用應(yīng)急措施，當(dāng)發(fā)生漏水時(shí)可及時(shí)啟用，盡可能地減少大規(guī)模漏水事故發(fā)生的概率。

(5)雙液注漿+高壓旋噴樁加固可作為三軸水泥土攪拌樁止水帷幕失效的有效補(bǔ)救處理措施。

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