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复杂地质条件下深基坑工程中常见渗透破坏问题防治王亮军

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第12期作者：王亮军

[导读] 摘要：本文针对近年来深基坑施工在水文、地质条件复杂的情况下，基坑渗透破坏问题现场较为常见，认识渗透破坏发生的原因及机理，同时采取针对性的预防及应急处理措施具有较为深远的意义。

        通号工程局集团城建工程有限公司山西太原 030000
        摘要：本文针对近年来深基坑施工在水文、地质条件复杂的情况下，基坑渗透破坏问题现场较为常见，认识渗透破坏发生的原因及机理，同时采取针对性的预防及应急处理措施具有较为深远的意义。
        关键词：复杂地质、深基坑、防治
        近年来由于大量超高层建筑和大型基础设施工程的建设，基坑开挖深度深，对于一般情况来说采取必要的降水和抗渗围护等措施均能满足相关施工要求，但在水文、地质条件复杂的情况下，基坑侧壁漏水流砂、基底突涌及管涌现场较为常见，这已然成为地质复杂尤其是富水地区基坑支护的重要风险点，因此，土方开挖和地下施工阶段做好施工、相关预防措施以及问题发生时采取针对性的处理方案对保证基坑安全就显得尤为重要。
        鉴于上述渗透破坏问题的重要性，现对深基坑施工中常见的流砂、突涌、管涌问题的机理、预防治理措施以及相关施工注意事项分别进行论述。
        1、基坑侧壁漏水流砂
        基坑侧壁土层中存在粉砂层，当采用集水坑降水时，如出现基坑止水帷幕漏水现象，坑内外水位差较大，在一定的动水压力作用下，侧壁外土体就会形成流动状态，随地下水一起流动涌进坑内的现象，导致基坑侧壁结构变化，影响基坑安全性。
        1.1基坑侧壁漏水流砂预防措施
        a基坑土层开挖后立即挂网封闭，减少侧壁暴露时间。b对基坑侧壁经常巡查，对侧壁漏水情况，早发现，早处理，漏水点塞编织袋防止流砂，桩后注浆堵漏。
        1.2基坑侧壁漏水流砂应急措施
        以预防为主，避免发生漏水流砂现象，当出现侧壁流砂情况，采取的措施为：①如果是局部存在流砂情况时，可在空隙处插入一根软管，管周用水泥加水玻璃管敷住，再浇筑上一层快硬混凝土，流砂在压力的作用下通过软管排除，待混凝土初凝几小时后将管扎牢，相邻段孔隙用水玻璃敷住，可以加快硬化速度。②如果导致坑内降水引起土体失稳时，应停止基坑开挖、降水，流砂点塞编织袋及桩后注浆堵漏，必要时进行灌水反压或堆料反压。流砂停止后，应通过桩后继续压浆、补桩、堵漏、被动区土体加固等措施加固处理。处理完成后，再正常进行降水，并增加水位监测的频率。
        2、基坑坑底突涌（流土）
        基坑底部下层土中存在承压含水层，在基坑内外水位差的作用下，形成了向上的渗透作用，在一定的渗透力作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动，进而发生突涌破坏。
        2.1突涌的形成机理、特点和防治
        突涌的形成可以是任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，就可以发生突涌破坏，该破坏类型一般发生于水流渗出的表层，破坏过程短，所需要的渗透力大于有效自重应力。
        在一定的水头差影响下，基坑底部局部范围内的土体受到一定渗透力作用，实际意义为单位土体土骨架受到的渗透水流的拖曳力，是一种体积力。方向与水力坡降方向一致，渗透力j=i*rw，当渗透力等于有效自重应力时，处于临界水力坡降的状态，临界水力坡降取决于水的物理性质。当水力坡降大于临界水力坡降时，就会发生流土破坏，通常采取减小i或者增大压重的问题进行解决。
        2.2突涌的防治措施
        突涌现象的防治措施：①减小或者消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地下水位，或者直接采取水下挖掘；②增加渗流路径进而减少水力坡降，如打设板桩；③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗透力；④对土层进行加固处理，通常采取注浆或者冻结的方法进行处理。
        3、基坑坑底管涌
        基坑底部下层土中存在承压含水层，在基坑内外水位差的作用下，基坑土体中存在渗透水流。

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由于土体的不均匀性，土体中某一部位的土颗粒在渗透水流的作用下会发生运动，使填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，从而形成涌水通道，而形成管涌，管涌现象容易引起坑底土体松动，影响地基承载力。
        3.1管涌的形成机理、特点和防治
        管涌的形成取决于土体的性质和是否有一定的渗透力，一般来说粘性土属于非管涌土，发生管涌的土类条件一般为特定级配的无粘性土和分散粘性土，管涌形成的水力坡降不需要很大，有时在较小的情况下也会发生，因此管涌形成的内因为足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙，外因为存在一定的渗透力。
        管涌形成的过程为在渗透力作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失，随着孔隙的不断扩大，速度不断增加，粗颗粒也相继带走，形成贯通的渗流通道，最终造成土体塌陷。管涌的破坏过程相对较长。
        3.2坑底管涌的防治措施
        防治管涌一般从下列两个方面采取措施：①改变水力条件，降低水力梯度，如打设板桩；②改变几何条件，如在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。
        3.3坑底管涌的应急措施
        ①发生管涌事故后，现场管理人员马上报告给项目经理和项目技术负责人，立即停止正在基坑该区域施工的作业，人员撤离出基坑。②基坑四周用警戒线围起来，专门安排人员进行看护，无关人员不得进入。③项目经理或项目技术负责人到达现场后，立即结合现场情况和施工经验，采取切实可行的处理措施。a对基坑底部采取加固措施，轻微的管涌现象，采用浇注混凝土的方法压住；对较严重的管涌，应回填土方压住，在其周围采用花管压密注浆。b采取减少或平衡动水压力，围井导滤的方法进行处理，即在已发生的管涌部位采用管子将管涌点扣住；同时在坑内挖临时集水井，用水泵进行明排水。当集水井使坑中水位低于基坑底设计标高时，立即用混凝土对涌点进行封堵，并保持集水井出水管抽水连续不断。④处理完成后，加强基坑内降排水措施及地下水位监测，确保基坑水位在基坑标高500mm以下。
        4、施工注意事项
        4.1土方开挖要求
        ①施工前，做好基坑顶周围地面平整和地面排水工作，同时调查周边地下管道的位置，确认是否与基坑支护结构存在冲突。②基坑开挖后，不得在坡顶3.0m范围内堆载，3.0～20.0m范围限制堆载不得大于15kPa，20～40m范围限制堆载不大于30kPa。③土方开挖如果在雨季，基坑支护及土方开挖期间须做好临时排水工作。④基坑土方开挖完成后，应立即对基坑进行封闭，减小坑底暴露时间，防止水浸，并应及时进行地下室结构的施工。⑤基坑及地下室施工期间，按设计要求对基坑进行监测，当监测值超过警示值时，应立即通知相关单位，必要时采用回填反压的应急措施。⑥开挖过程或基坑使用过程中，帷幕发生意外漏水流砂的情况时，应立即采用编织袋堵住漏洞先避免流土流砂，然后在帷幕后侧进行注浆堵漏。
        4.2挂网喷砼施工技术要求
        ①桩顶放坡段防护采用挂筋网喷砼，钢筋网规格为Φ6.5@200×200mm，喷射C20砼。②喷射砼水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，配合比由具有相应资质的试验室出具。③喷射砼28天后养护强度不小于20MPa。④喷射砼前，清理坡面松动的土块，人工整平。
        4.3基坑内降排水
        ①基坑内测设置降水井，基坑开挖前5天开始降水，水位应保持在开挖面以下1.0m。②降水采用大口管井，开口直径800mm，钢筋笼直径600mm，每个降水井配备出口100mm小型水泵，扬程大于35m、出水量>50m3/day。安装水位开关控制器，实现自动抽水。③降水井入中风化岩不小于0.5m。
        5、结束语
        在富水地区尤其基坑底存在承压水的情况下，深基坑施工中渗流问题的解决是基坑施工极为重要的一个环节，无论是流砂还是管涌无非均是土体物理性质和水力梯度双重作用的结果，为防止流砂、突涌以及管涌等问题发生，需要在施工前对工程所在地类似施工方法和经验进行调查，采取有针对性的设计和施工方案，按照方案严格进行实施，以保证基坑施工顺利进行。同时在发生相关渗流问题时采取有针对性的措施和应急预案有效的进行防治，以保证基坑及后续工程的顺利完成。