基坑地質論文：基坑涌水冒砂成因淺析
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本文作者：焦志亮符亞兵唐海明曹會作者單位：天津市勘察院
基坑支護及降水設計方案
1基坑特點
工程周邊環境比較復雜，基坑邊線東側距離最近的道路約12m，道路寬約40m，道路下有一條已經施工完成即將通車的地鐵線路穿過，地鐵埋深約15.00m;基坑開挖北側有一棟六層樓，采用樁基礎，距基坑邊約15m;南側有一正在建設的工程，周邊管線和建筑物較多。邊界工程以及周邊建筑均距離基坑較近，對基坑施工盡量減少不均勻沉降的要求較高。
2基坑支護方案
考慮到周圍環境復雜，該工程采用厚度為1000mm、埋深33.00m的地下連續墻作為支護及止水體系。開挖過程中共設3道水平支撐，水平支撐系統均為鋼筋混凝土結構，第一道支撐深度為4.20m，第二道支撐深度為8.90m，第三道支撐深度為14.30m。電梯井支護類型采用高壓旋噴樁，其底部和地下連續墻深度持平，均為33.00m。
3降水設計方案
(1)設計難點
1)本工程周邊環境比較復雜，管線和建筑物較多，基坑施工要盡量減少不均勻沉降，環境要求較高;2)基坑開挖較深，容易引起基坑突涌;3)由于地下連續墻沒有隔斷第⑨層承壓含水層，基坑下伏高水頭的承壓含水層，減壓降水易引起坑外承壓水水頭下降。
(2)應對措施
針對本工程特點，采用以下措施解決降水工程中的難點:1)降水運行必須符合“分層降水、按需降水、動態調整”的原則;2)堅持信息化施工管理，嚴格用觀測井水位及周邊環境監測數據，指導降水運行;3)減壓井施工結束后及時做群井抽水試驗，驗證降水效果和排水情況。根據上述分析，該工程疏干井一般設計深度為24.00m、26.00m。考慮到⑨層承壓水并未被隔斷，經式(1)計算，當基坑開挖到233m時，基坑可能會產生突涌，需對⑨層承壓水進行減壓處理(計算時⑨層承壓水頂板埋深按照最淺34.97m考慮)。F=γshs/rwhw≥1.1(1)式中:F為基坑底面突涌安全系數(按《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)規定取1.1);hs為基坑底板至承壓含水層頂板垂向距離(m)，計算時按承壓含水層頂板的最淺埋深;hw為承壓含水層頂板以上承壓水水頭高度(m);γs為基坑底板至承壓含水層頂板之間的土的平均重度(取20.0kN/m3);rw為地下水的重度(取10.0kN/m3)。為了防止電梯井開挖過程中出現涌水現象，在電梯井周圍分別布設了4口⑨層減壓井，并在電梯井內分別布設了2口疏干井，疏干井井深30.00m。成井后通過群井抽水試驗表明，在3口減壓井開啟后，電梯井附近水位能夠降到233m以下，符合抗突涌驗算要求。
4基坑運行狀況
基坑地下連續墻施工完畢并達到養護齡期后，隨即啟動降水井進行降水，土方開挖也有序進行。基坑開挖到18.80m后隨即澆筑墊層。但為了電梯井的開挖，在該作業面上進行了高壓旋噴樁施工。施工不僅造成作業面泥濘，而且對周圍30m以內的疏干井造成了嚴重的破壞。當電梯井開挖到設計標高時，坑內出現涌水冒砂現象，且在18.80m作業面上也出現裂縫，如圖2、圖3所示。
電梯井中涌水冒砂情況
電梯井開挖前啟動了坑中的減壓井，但當電梯井開挖到設計標高時，坑內出現涌水冒砂現象，如圖2所示。考慮到電梯井底部正好位于⑦層承壓水頂板，初步判定為⑦層承壓水，由于⑦層承壓水被地下連續墻隔斷，故施工單位采取挖盲溝、鋪石子、安裝集水箱等措施，但結果是水越降越多。隨后只能將電梯井進行回填，當回填至200m時仍然出現涌水現象。施工單位便采用雙液注漿，在涌水的地方進行封堵，然后再次開挖到設計標高，但坑底涌水冒砂現象依舊，而且此時在18.80m的作業面也出現了裂縫，如圖3所示，施工單位對基坑再次進行回填，等待處理后再開挖。4事故原因分析綜合上述情況，分析電梯井出現涌水冒砂及18.80m作業面出現裂縫的原因主要有以下幾點:(1)高壓旋噴樁的施工不僅導致電梯井附近30m范圍內的疏干井全部破壞，而且造成⑧層相對隔水層受到擾動。電梯井開挖過程中地下水壓力不能及時得到釋放。(2)由于高壓旋噴樁的施工，導致⑦層和⑨層承壓水已經貫通，此時降水不能僅僅考慮⑦層承壓水。(3)當⑦層和⑨層承壓水貫通后，⑨層承壓水對底板的抗突涌驗算頂板埋深不能再取34.97m，而是要取⑦層含水層的頂板埋深25.00m進行驗算，代入式(1)得出，當基坑開挖到17.85m時，基坑可能會產生突涌，故此時在18.80m作業面出現裂縫。(4)在主樓坑底出現裂縫還有一個原因是由于裙樓處水位過高，而主樓處疏干井基本被全部破壞，加之墊層已經澆筑完畢，使得上部(裙樓)地下水在主樓處“聚集”，應力無法得到釋放所致。具體示意圖如圖4所示。
事故處理措施
總結以上事故原因，結合現場地質條件和施工過程分析，最后采取如下措施進行處理:(1)在電梯井周圍再補打2口⑨層減壓井，并在電梯井內各布設2口⑦層疏干井，如圖5所示;(2)補井工作完成后，開啟所有的減壓井和疏干井。之后開挖電梯井，在電梯井底部鋪石子鋪油毛氈紙鋪混凝土［3］，施工工藝如圖6所示;(3)現場不間斷地進行監測，為進一步采取措施提供依據［4］;(4)為了減小對周圍環境的影響，電梯井的施工速度要快。采取以上措施后，電梯井坑內具備了施工條件，并順利完成墊層及底板的澆筑工作。基坑內外的監測結果也表明，基坑周邊各處的變形均在規范允許范圍內。
