深基坑突涌事故的原因分析及防范措施

张鹏

摘 要：本文主要针对深基坑突涌事故的原因及防范措施展开了分析，通过结合具体的工程实例，对深基坑突涌事故的原因作了系统的分析，并给出了一系列相应的防范措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：深基坑；突涌；原因分析；防范措施

所谓的突涌，指的是当基坑开挖后，基坑底面下不透水土层的自重压力小于下部承压水水头压力时，引起基坑底土体隆起破坏并同时发生喷水涌砂的现象。若突涌事故发生，将会给深基坑工程的施工带来极严重的危害，需要我们及时做好防范，以保障深基坑工程的施工安全和质量。

1 工程概况

1.1 基坑概况

某大楼共设三层地下室，地下三层底板面结构标高为：-15.25m，底板厚500m，底板底设200mm厚垫层，基坑开挖深度为14.60m。基坑开挖范围内的土层情况如（表1）所示。场地工程地质剖面图如（图1）所示。

表1 各土层物理力学性质

图1 工程地质剖面图

根据场地地质条件，基坑支护形式采用冲钻孔灌注桩结合三道内支撑。基坑范围内地下水主要为杂填土中的上层滞水，水量贫乏。坑壁及坑底主要位于淤泥层，为相对隔水层，地下水量不大。但坑底以下中砂层为承压水含水层，其顶板埋深18.80～28.50m，安全厚度较小。为防止基坑突涌，设计采用三轴水泥土搅拌桩结合高压旋喷桩对地下水进行隔离。截水帷幕需穿过中砂层进入不透水层不小于1m。

1.2 基坑突涌事故概况

基坑开挖至第三道内支撑位置，即开挖深度11.5m。先从围护桩间隙而后整个坑底有大量地下水涌现，导致第三到内支撑无法施工。经各参建方讨论：在基坑内试降水，初步判断高压旋喷桩是否漏水。现场为了加快第三道支撑施工，在基坑内外同时抽水。后续几周内出现地面沉降及周边建筑沉降超过预警值，如（图2、图3）所示。

图2 周边地表沉降过程结果

图3 周边典型建筑物沉降观测结果

可以看出，降水后，周边地表沉降迅速急剧发展，周边建筑物由于地面沉降在桩侧形成负摩阻力，造成基础下沉，沉降发展相对滞后，到后期桩端持力层压缩固结，桩端承载提升，桩基沉降趋于稳定。但倘若地面沉降不取得良好的控制，负摩阻力进一步增加，建筑物仍可能持续下沉。

2 事故原因分析

2.1 基坑突涌稳定性验算

根据现行规范，基坑抗突涌稳定性可根据式（1）计算：

式（1）

式中：D-承压水含水层顶面至坑底的土层厚度（m）；γ-承压水含水层顶面至坑底土层的天然重度（kN/m3）；hw-承压水含水层顶面的压力水头高度（m）；γw-水的重度（kN/m3）；Kh-突涌稳定安全系数，Kh≥1.1。

根据勘察报告中砂层顶面的压力水头高度约为10.5m，按式（1）计算D=7.35m。以顶板最小埋深計算开挖深度11.5m时的安全厚度为7.30m。可以判断，如不采取措施，基坑将由于安全厚度不足引发坑底突涌。

2.2 截水帷幕止水效果

为判断已有截水帷幕的止水效果，在坑内布设三口抽水井进行抽水试验。抽水试验成果如（表2）所示。

表2 抽水试验成果表

从表中数据可以看出，中砂层最厚位置（7.5m厚）CSK1出水量是南侧的4倍，这种大水量涌出，可以判断北侧地下水基坑内外是贯通的，高压旋喷桩止水帷幕成桩在中砂层存在缺陷。进一步查明后发现，上述缺陷是由于高压旋喷桩未按设计图纸施工以及在三轴水泥搅拌桩与高压旋喷桩搭接部位未搭接好造成的。

3 基坑突涌事故防范措施

3.1 围护桩间距局部堵漏

在第三道支撑以下的土方开挖过程中，首先在局部围护桩间隙出现漏水，采取了如下应急措施：

（1）在出水口插入导管进行反滤导水，同时用麻袋装砂进行反压；

（2）在出水点附近支护桩后面打1排注浆孔，孔深应在出水点以下，注浆方法采用先对孔进行清洗，用双快水泥进行压力灌浆，直至注满为止。事后发现，由于基坑开挖过程中出水口数量不断增加，该项措施仅能起到局部补漏作用，并不能根本性阻止漏水。

3.2 加强截水帷幕

对止水帷幕缺陷部位进行修补，修补采用在坑外增加两排高压旋喷桩的方法。实际应用结果表明，增加高压旋喷桩后，在基坑内降水过程中，坑内抽水量和坑外沉降速率均有较大幅度减少，这表明截水是有效的。

3.3 基坑降水

采取坑内降水措施降低承压水位，基坑中心承压水位降深按式（2）计算：

式（2）

式中：h0为隔水层安全厚度（m）。

基坑降水的降深需严格控制，防止周边建筑物及地面发生过大沉降。同时，坑外需设置回灌井，减小坑外沉降。

3.4 加快承台及地下室底板施工

为进一步缩短基坑暴露时间，加快基坑施工进度。基础改用整片大承台替代原有分散分布的承台。此外，为加快底板封底及外墙形成封闭的隔水墙，取消后浇带。同时采用低收缩混凝土材料、跳仓浇筑、控制缝等方法减少混凝土收缩后对结构的影响。

采用上述措施后，工程得以顺利实施，收到了良好的效果，并将损失减小到最低限度。

4 结束语

综上所述，若深基坑工程施工发生突涌事故，则会对整个施工造成严重的危害。因此，我们必须要认真分析突涌事故发生的原因，并采取相应的措施做好防范，以最大程度减小基坑突涌带来的危害，保障工程的施工质量和安全。

参考文献

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