临江强渗透复杂深基坑渗漏险情分析与处理

罗晓伟,曹国强,高 翔,杨学林

(1. 杭州金汇房地产开发有限公司,浙江 杭州 310006；2.浙江省建筑设计研究院, 浙江 杭州 310006)

临江强渗透复杂深基坑渗漏险情分析与处理

罗晓伟1,曹国强2,高 翔1,杨学林2

(1. 杭州金汇房地产开发有限公司,浙江 杭州 310006；2.浙江省建筑设计研究院, 浙江 杭州 310006)

通过渗漏事故分析与处理,说明复杂地质条件下施工勘察、止水帷幕的选型的重要性,同时分析了类似土质常用止水帷幕的可靠度及可操作性,为类似基坑工程的支护设计施工以及事故预防提供了参考。

基坑；渗漏；抢险；强渗透性地基；止水帷幕；回填

1 工程概况

1.1 基坑工程概况

本项目位于杭州市上城区复兴地区,东至飞云江路,南至之江中路,北至已建项目。本项目用地面积约12 400 m2,总建筑面积约89 812 m2,由1幢17层办公楼组成,设置3层地下室,工程桩采用钻孔灌注桩。基坑平面形状近似为正方形,最大尺寸约110 m×90 m,基坑设计开挖深度为13.85 m,电梯井开挖深度约15.65 m。

基坑东侧用地红线外为飞云江路(图1),布有电力、雨水、污水等市政管线；北侧距离用地红线约2.1 m,红线外为已建项目,地下2层,钻孔灌注桩基础,原基坑围护采用排桩结合放坡开挖。基坑西侧为复广直街(本项目范围段未通车),本侧拟用作土方出入口；基坑南侧为之江路,布有较多市政管线,同时重型车辆行驶较多,之江路外侧为钱塘江,距离基坑约60 m。

1.2 土质条件

根据区域地质资料及地质勘察报告[1],拟建场地上部主要为钱塘江冲积相沉积,分布有30 m左右的粉土层,渗透性高,局部为海相沉积的淤泥质土层,下部南部为陆相沉积的碎石、黏性土、砾砂层,下伏基岩为白垩系鞍山玢岩。①1杂填土为灰黄色、灰褐色、稍密,松散,以粉土为主,含较多植物根茎,局部夹有较多水泥块和块石,层厚2.1～5.7 m；然后约30 m粉砂层以下为岩层,无连续隔水层(局部夹淤泥质土)。各土层物理力学指标见表1。

表1 各土层物理力学指标

注：表中括号内数值为经验值。

1.3 地下水情况

拟建场地有一层地下水,地下水为潜水类型。潜水埋藏较浅,主要赋存于填土、粉土中,其水位主要受大气降水和南部钱塘江水位的影响,地下水位随季节性有所变化。勘察期间在钻孔内测得其埋深在地表下1.60～2.85 m,年变幅为1.0～2.0 m。

1.4 基坑围护方案

基坑围护采用1 000 mm直径(之江路一侧)及900 mm直径钻孔灌注桩作为基坑挡土结构,沿竖向设置3道临时钢筋混凝土内支撑。南侧临近钱塘江范围设置两排850 mm直径三轴水泥搅拌桩进行止水,其他范围单排850 mm直径三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕,止水帷幕底标高-23.200 m,为悬挂式止水帷幕,满足坑底抗突涌验算[2]。坑外设置应急深井,控制坑内外水头差。坑内采用自流深井疏干。

2 围护桩和深井施工

2.1 围护桩施工

根据地质勘查报告,地表下2～5.7 m存在水泥块或块石等障碍物,施工单位沿围护桩位置浅层开挖清障,由于未降水同时受场地限制,开挖清障深度有限。三轴搅拌桩从基坑东南角开始施工,局部搅拌成桩困难,成桩深度5～17 m不等,远小于设计底标高,现场发生三轴机械抱箍扭断、进尺非常缓慢等故障,钻头磨损严重,翻出物见大直径块石等。各方协商后进行施工勘察调查障碍物分布,同时现场三轴水泥搅拌桩保持施工。根据施工勘察及三轴水泥搅拌桩施工情况,本项目障碍物分布较多,尤其8～12.7 m深层土体里仍含有100～200 mm块石,可能为钱塘江古河塘或早期抛填形成。针对此种情况,最终形成两种处理方式,块石密集且分布较深处采用全套管咬合桩处理(结合已施工围护桩,主要是基坑南侧及东侧范围),其他范围采用钻孔桩设备清障,引孔桩直径800 mm、间距1000 mm、孔深25 m,三轴搅拌桩初凝后进行复搅(基坑西侧及北侧使用)。 图2为西南角原围护图(后期1#渗漏点区域),填充处为搅拌桩未到位范围(4～10 m深),图3为该范围最终实施图,采用全套管咬合桩处理未到位搅拌桩,接头处采用600 mm直径高压旋喷桩进行补强,前后排钻孔桩通过压顶板连接。

图2 西南角原围护图

图3 西南角最终实施图

图4 东北角原围护图

图5 东北角最终实施图

图4为东北角原围护图(后期2#渗漏点区域),因施工勘察障碍物较多,深度较大,故统一调整为全套管咬合桩(图5)。该范围咬合桩施工过程中,出现导墙下沉1 m多现象,坑外土体沉降较大,造成人行道侧出现裂缝。分析该范围回填土厚(北侧深基坑放坡以及道路雨水管施工回填),成分复杂,而咬合桩导管内外水头差高,导管内取土后导致导管外侧水土流失较多,新近填土范围尤其严重。针对该情况,为保护道路,咬合桩外侧进一步采用高压旋喷桩连续加固,同时采用注浆充填道路下土体(图5)。

基坑北侧局部范围钻孔桩施工过程中偏斜严重(部分原因是由于采用钻孔桩取土挤压清障导致障碍物挤入相邻钻孔桩内),无法施工,后冲击桩机成孔,经反复扫孔、片石回填复打、混凝土回填复打等多种方案处理后仍因为障碍物原因无法纠偏,向外侧偏斜后的围护桩可能破坏了相应的三轴水泥搅拌桩,局部位置水泥土止水帷幕较薄,三轴搅拌桩外侧采用高压旋喷桩加固补强(图6)。

图6 局部钻孔桩侵入搅拌桩处理示意图

基坑东侧全套管咬合桩与常规钻孔桩(三轴水泥搅拌桩)接头较多,相应位置内外侧采用高压旋喷桩加强,在第三道围檩梁上预留套管(图7),第三道围檩混凝土浇筑完成后施工高压旋喷桩(图8),对紧贴围护桩的被动区进行加固。

图7 围檩梁上预留套管

图8 支撑梁上施工高压旋喷桩

2.2 深井施工

深井施工也碰到较大的困难,尤其坑外应急控制深井,按设计图,深井孔径800 mm,现场地质钻机基本上无法顺利成孔,深井最终成孔孔径除东南角外基本上是200～300 mm孔径(PVC管径110 mm),水量较小,连续性降水能力差。

3 基坑施工

3.1 施工概况

2012年8—9月陆续开始挖土,钻孔桩表观质量方面充盈系数较大,填土中扩孔现象严重,局部有漏筋及桩位偏位情况,第三道支撑以上基本无较大渗漏,个别渗漏采取常规堵漏及时封堵,未造成较大影响。2012年12月底东南角开挖到底,情况相对较好,开始施工垫层及基础。

坑外深井除东南角外基本为小孔径深井,出水量小,坑外水位4～6 m(东南角-9.000 m以下)。坑内降至-10.000 m标高后水位难以下降,坑内增加大量深井后降至垫层底,同时现场观察到每天一段时间内坑内水位均会上升约300 mm,和钱塘江潮水变化有一定关系。

3.2 1#渗漏点

随着基坑东南角的成功开挖,西南角也进入最后一层土方(第三道支撑底至基础底)的开挖。1月31日下午2点试挖时水涌出,水量非常大,渗漏点(1#渗漏点)在第三道围檩下,不易直接封堵,2 h后坑边临时仓库下陷。坑内继续回填封堵,采用了多种材料及方式进行,多台挖机驳运土方,受支撑梁及土质影响,边填边冲,无法有效封堵；同时直接倒入散装水泥及桶装水玻璃,但效果不佳,管涌流速大,无法保证凝固时间； 坑外注浆设备就位引孔,晚8点左右开始注浆；总包单位组织工人,外围堆沙包,沙包边灌注混凝土；下午6点混凝土泵车进场,但因运输管堵塞,3 h后修好,坑内开始灌混凝土；晚上1点左右,成功堵住渗漏点,由于该渗漏点距离用地红线较远,坑边下沉范围基本位于红线内,未造成大的社会影响。

1#渗漏点主要发生在不同桩型搭接等帷幕缺陷处,针对1#渗漏点的处理方案,考虑该范围止水帷幕的可靠性不足以及实际障碍物等情况,采用坑外降水为主的处理措施(图9)。1)拆除塌陷的工具房、广告牌等；2)坑外回填；3)坑外注浆加固；4)坑外补打深井,坑外水位10 m以下方可施工,建议采用咬合桩或冲锤桩设备进行成孔,确保孔径及深井降水质量；5)对基坑西侧及西北侧其他范围坑外预加固,采用双高压旋喷设备(RJP双高压旋喷桩)进行加固,重构止水帷幕；6)坑边土方采用试挖,开挖到底后围护桩内侧立即施工混凝土墙同基础垫层形成整体(图10)。同时对本次堵漏工作暴露出的问题也进行了总结：现场抢险过程中指挥较混乱；同时因围护桩为桩基单位施工,本次抢险开始以桩基单位为主,相对应的设备、人员材料等方面远不能满足现场实际需要,后期总包单位大量投入人员堆砌沙包后形势方逆转；混凝土泵车的故障未及时应对,也耽误了宝贵的抢险时间；聚氨酯等新型堵漏材料准备不足等。

图9 1#渗漏点坑外注浆及深井布置图

图10 开挖到位后围护桩内侧封闭节点图

现场注浆以及双高压旋喷桩完成后,相应范围采用大型钻孔设备进行了坑外深井的补打,3月底坑内土方开挖时,坑边水位能控制在-9.5 m以下,基坑西侧、西南角及西北角等范围后续施工顺利。

3.3 2#渗漏点

在其他范围进行加固施工的过程中,土方开挖的重点转移至东北角,该范围全部采用全套管咬合桩施工,且该范围坑边外侧采取过高压旋喷桩及注浆加固(图5,因咬合桩施工地面下陷采取的措施),对该处的防渗止水信心较足, 2013年2月24日上午9∶00,由土方单位对东北角部位第三道支撑梁下做土方试挖工作,发现围护桩间有股不明清水流出(2#渗漏点),随后在东北角部位(涉及面为飞云江路人行道和一个非机动车道)地面出现大量的明水涌出并伴随地面塌陷(图11)。塌陷水平面积约为70 m2,塌陷深度为2.5 m。塌陷部位DN300自来水管发生断裂。

图11 基坑东北角渗漏后坑外下陷情况

各参建单位按应急预案组织抢修避险施工；通知自来水公司对已断裂自来水管实行断水措施；通知电力局对设置在东北角部位的2台施工及1台路灯变压器实行断电移位措施,现场已准备的柴油发电机开始使用,为抢修避险提供临时供电；飞云江路涉及塌陷部位实行临时护栏封道。中午11点,断裂的DN300自来水管完成水源切断,有效地防止进一步塌陷。电力公司完成了3台变压器的断电工作,杜绝塌陷土层造成电线杆倾斜带来的危险。事故发生次日,电力局完成了所有电力抢修工作(包括原址上变压器的拆除和电线杆的拔除、新移位电线杆施工及变压器的安装、测试)。当天对渗漏点基坑外侧双液注浆。组织30多名工人及3台挖机对坑内实行土方反压封堵,该渗漏点于当夜11点左右完成坑外水封堵止水工作,未造成大的社会影响及危害。

该渗漏点经复核位于2台咬合桩桩机施工交界面附近,存在类似冷缝的局部缺陷,同时该范围为北侧项目2层地下室施工时大放坡回填土范围,土质疏松,成分复杂,障碍物多,咬合桩施工时已存在下陷现象,自来水管为承插式接头,其断裂与该水管下方土层不密实以及水土流失造成的不均匀沉降也有直接关系。

结合其他范围处理经验,采取以下措施：

1)暂停东北角的第三道支撑梁下土方开挖,待该部位加固工作全部完成后实行试挖,再行施工。

2)对该事故部位实行土层加固。对塌陷部位实行换土施工,对松散的土层进行清除施工,并分层回填压实,实行注浆加固。完成后预留注浆孔,作为应急措施。

3)加强基坑变形观测。

4)坑外增加深井(2排梅花状布置),根据项目施工需要,开挖最后一层土方时,坑内外水头差控制在4 m以内。采取上述处理措施后，3月6日顺利试挖至坑底。

4 基坑监测

按照规范要求,本项目在基坑开挖过程中进行了全过程的监测[3]。深层水平位移除基坑南侧的测斜孔CX9、CX1、CX2、CX3外最大累计位移均在30 mm以内,基坑南侧整体累计水平位移偏大,均超过60 mm。基坑南面测斜管CX1、CX3深层水平位移-时间曲线见图12、图13,距离1#渗漏点约16 m的西南角测斜管CX3累计水平位移最大超过120 mm。CX1时程曲线形状更符合带撑式支护的变形规律,坑底标高处累计位移最大,而CX3受1#渗漏点长时间水土流失影响,一方面总累计位移较大,同时深度-9.000～20.000 m标高范围位移均较大,相对应渗漏点-10.000 m的标高,表明渗漏点附近一旦发生管涌,渗流在空间上向渗漏点集中,局部水力梯度大,大量土颗粒随着管涌带出,影响范围远,导致位移异常,不稳定状态持续时间长。基坑南侧水平位移整体偏大,一方面受1#渗漏点的影响,水土流失,同时大量人力物力投入抢险,已开挖到位的东南角暴露时间相对较长,另一方面基坑南侧即为钱塘江,双方水力联系密切,考虑基坑采用悬挂式止水帷幕,坑内外水头差大,长时间的渗流也影响位移重分布,导致南侧位移偏大。

图14为-1.00 m深度测斜管CX1及CX3位移曲线图,12月31日前东南角(CX1)正在施工基础底板,西南角(CX3)准备开挖第三道支撑下土方,同一工况包括其他基坑南侧下CX3变形速率较CX1(包括其他南侧测点)大,也表明CX3附近的1#渗漏点作为帷幕本身缺陷, 随着前期坑内土方卸载及降水的进行,前期已经发生渗漏,造成局部渗透力较高,基坑位移变大,随着卸载至第三道支撑底,产生渗透破坏,诱发管涌,也就是12月31日的1#渗透事故。CX1附近底板约在1月中旬浇注,CX3附近底板4月初完成,基础浇注后水平位移变形速率平缓。

图12 CX1位移-时间曲线 图13 CX3位移-时间曲线

图14 测斜管-1.0深度处位移-时间曲线

南侧角撑部位第一道支撑轴力累计值超过警戒值10%,其他部位支撑轴力均在警戒值之内,压顶梁沉降及水平位移均较小,表明围护挡土桩可靠度高,也反映出粉砂地质基坑土质力学性质较好,关键为防渗止水的处理。

5 结 语

因基坑止水帷幕施工中遇钱塘江抛石,难以连续成形,可靠度低,多次、多处出现渗漏,甚至突发管涌,地下水涌入坑内,水土流失严重,引发周边地面沉陷险情。部分深层土体水平位移监测点超警戒值,支撑轴力个别点超警戒值,在重构及补强止水帷幕,加强坑外降水以及采取抢筑底板和加强监测等有效措施后,监测数据趋于稳定,对周边环境未产生破坏性影响,基坑开挖工程得以成功实施。这次的渗漏险情处理对类似基坑工程设计与施工具有较好的参考借鉴作用。

1)强渗透地区基坑围护结构的止水帷幕对基坑安全和环境保护至关重要,故应重视止水帷幕的选型，施工质量的控制以及过程中止水帷幕缺陷的排查及加强工作,预先判断后期可能出现的险情,并制定相应的应对措施,如坑边预留注浆孔以及具有可短暂强排水能力的坑外应急深井等,厚填土中深井施工可采用大型钻孔设备,以保证降水能力。

2)对于类似钱塘江抛石的深层地下障碍物,详细的施工勘察可为设计施工提供良好的基础,避免边施工边设计边调整,从而造成止水帷幕组成复杂,接头多,可靠度降低。类似土质中三轴水泥搅拌桩及高压旋喷桩施工困难,成型差,可选用全套管咬合桩工艺施工或清障,但新填土中咬合桩的施工注意保护环境,浅层有条件可适当加固。

3)重视悬挂式帷幕在强渗流条件下基坑位移的变化,加快支撑及基础施工,减少基坑暴露时间。

[1] 浙江城建勘察研究院有限公司.杭政储出(2009)79号地块岩土工程勘察报告[R].杭州：浙江城建勘察研究院有限公司,2011.

[2] 浙江省建筑设计研究院，浙江大学.DB 33/T1008—2014建筑基坑工程技术规程[S].杭州：浙江省标准设计站，2014.

[3] 浙江城建勘察研究院有限公司.杭政储出(2009)79号地块基坑施工监测报告[R].杭州：浙江城建勘察研究院有限公司,2013.

Analysis and Treatment of the Leakage Danger of the Complicated Deep Foundation Pit with Strong Penetration nearby River

LUOXiaowei,CAOGuoqiang,GAOXiang,YANGXuelin

2016-09-14

罗晓伟(1971—),男，浙江金华人，工程师，从事建筑工程管理工作。

TU473.2

B

1008-3707(2017)01-0031-06