基坑地质论文：基坑涌水冒砂成因浅析

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本文作者：焦志亮符亚兵唐海明曹会作者单位：天津市勘察院

基坑支护及降水设计方案

1基坑特点

工程周边环境比较复杂，基坑边线东侧距离最近的道路约12m，道路宽约40m，道路下有一条已经施工完成即将通车的地铁线路穿过，地铁埋深约15.00m;基坑开挖北侧有一栋六层楼，采用桩基础，距基坑边约15m;南侧有一正在建设的工程，周边管线和建筑物较多。边界工程以及周边建筑均距离基坑较近，对基坑施工尽量减少不均匀沉降的要求较高。

2基坑支护方案

考虑到周围环境复杂，该工程采用厚度为1000mm、埋深33.00m的地下连续墙作为支护及止水体系。开挖过程中共设3道水平支撑，水平支撑系统均为钢筋混凝土结构，第一道支撑深度为4.20m，第二道支撑深度为8.90m，第三道支撑深度为14.30m。电梯井支护类型采用高压旋喷桩，其底部和地下连续墙深度持平，均为33.00m。

3降水设计方案

(1)设计难点

1)本工程周边环境比较复杂，管线和建筑物较多，基坑施工要尽量减少不均匀沉降，环境要求较高;2)基坑开挖较深，容易引起基坑突涌;3)由于地下连续墙没有隔断第⑨层承压含水层，基坑下伏高水头的承压含水层，减压降水易引起坑外承压水水头下降。

(2)应对措施

针对本工程特点，采用以下措施解决降水工程中的难点:1)降水运行必须符合“分层降水、按需降水、动态调整”的原则;2)坚持信息化施工管理，严格用观测井水位及周边环境监测数据，指导降水运行;3)减压井施工结束后及时做群井抽水试验，验证降水效果和排水情况。根据上述分析，该工程疏干井一般设计深度为24.00m、26.00m。考虑到⑨层承压水并未被隔断，经式(1)计算，当基坑开挖到233m时，基坑可能会产生突涌，需对⑨层承压水进行减压处理(计算时⑨层承压水顶板埋深按照最浅34.97m考虑)。F=γshs/rwhw≥1.1(1)式中:F为基坑底面突涌安全系数(按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定取1.1);hs为基坑底板至承压含水层顶板垂向距离(m)，计算时按承压含水层顶板的最浅埋深;hw为承压含水层顶板以上承压水水头高度(m);γs为基坑底板至承压含水层顶板之间的土的平均重度(取20.0kN/m3);rw为地下水的重度(取10.0kN/m3)。为了防止电梯井开挖过程中出现涌水现象，在电梯井周围分别布设了4口⑨层减压井，并在电梯井内分别布设了2口疏干井，疏干井井深30.00m。成井后通过群井抽水试验表明，在3口减压井开启后，电梯井附近水位能够降到233m以下，符合抗突涌验算要求。

4基坑运行状况

基坑地下连续墙施工完毕并达到养护龄期后，随即启动降水井进行降水，土方开挖也有序进行。基坑开挖到18.80m后随即浇筑垫层。但为了电梯井的开挖，在该作业面上进行了高压旋喷桩施工。施工不仅造成作业面泥泞，而且对周围30m以内的疏干井造成了严重的破坏。当电梯井开挖到设计标高时，坑内出现涌水冒砂现象，且在18.80m作业面上也出现裂缝，如图2、图3所示。

电梯井中涌水冒砂情况

电梯井开挖前启动了坑中的减压井，但当电梯井开挖到设计标高时，坑内出现涌水冒砂现象，如图2所示。考虑到电梯井底部正好位于⑦层承压水顶板，初步判定为⑦层承压水，由于⑦层承压水被地下连续墙隔断，故施工单位采取挖盲沟、铺石子、安装集水箱等措施，但结果是水越降越多。随后只能将电梯井进行回填，当回填至200m时仍然出现涌水现象。施工单位便采用双液注浆，在涌水的地方进行封堵，然后再次开挖到设计标高，但坑底涌水冒砂现象依旧，而且此时在18.80m的作业面也出现了裂缝，如图3所示，施工单位对基坑再次进行回填，等待处理后再开挖。4事故原因分析综合上述情况，分析电梯井出现涌水冒砂及18.80m作业面出现裂缝的原因主要有以下几点:(1)高压旋喷桩的施工不仅导致电梯井附近30m范围内的疏干井全部破坏，而且造成⑧层相对隔水层受到扰动。电梯井开挖过程中地下水压力不能及时得到释放。(2)由于高压旋喷桩的施工，导致⑦层和⑨层承压水已经贯通，此时降水不能仅仅考虑⑦层承压水。(3)当⑦层和⑨层承压水贯通后，⑨层承压水对底板的抗突涌验算顶板埋深不能再取34.97m，而是要取⑦层含水层的顶板埋深25.00m进行验算，代入式(1)得出，当基坑开挖到17.85m时，基坑可能会产生突涌，故此时在18.80m作业面出现裂缝。(4)在主楼坑底出现裂缝还有一个原因是由于裙楼处水位过高，而主楼处疏干井基本被全部破坏，加之垫层已经浇筑完毕，使得上部(裙楼)地下水在主楼处“聚集”，应力无法得到释放所致。具体示意图如图4所示。

事故处理措施

总结以上事故原因，结合现场地质条件和施工过程分析，最后采取如下措施进行处理:(1)在电梯井周围再补打2口⑨层减压井，并在电梯井内各布设2口⑦层疏干井，如图5所示;(2)补井工作完成后，开启所有的减压井和疏干井。之后开挖电梯井，在电梯井底部铺石子铺油毛毡纸铺混凝土［3］，施工工艺如图6所示;(3)现场不间断地进行监测，为进一步采取措施提供依据［4］;(4)为了减小对周围环境的影响，电梯井的施工速度要快。采取以上措施后，电梯井坑内具备了施工条件，并顺利完成垫层及底板的浇筑工作。基坑内外的监测结果也表明，基坑周边各处的变形均在规范允许范围内。