深基坑未探明水体喷涌施工处理技术研究

段 俊

(上海轨道交通十四号线发展有限公司 上海 200433)

0 引言

随着城市发展，城市用地紧缺带动了地下空间的开发，使得深基坑工程数量大幅增加。众所周知，地下水对基坑开挖期间的安全性影响极大，地下水问题引起基坑工程安全问题的工程实例不在少数。虽然引发这些事故实例的原因都与地下水相关，但是其引发机理方式并不相同，其中包括的类型有：基坑隆起、潜蚀、管涌、流土(砂)、基坑突涌、围护结构渗漏引起基坑外地面沉降等[1-3]。

针对这些深基坑常见工程问题，采取的常用手段包括：①在基坑内部降低承压水、降低潜水等具有威胁性的水原体[4]；②加强围护结构的止水能力，对围护结构出现问题的部位进行注浆加固、止水堵漏等措施[5-6]。深基坑工程处于地表之下，地下情况极为复杂，前期的工程勘探不可能将地下地层的每一个部位探查得非常明确。地下工程水文地质情况的不确定性，可能会对某些深基坑工程引发工程事故。

针对基坑隆起、流土、管涌等所采取的措施，是在全面了解基坑地下水情况的前提下做出的决策，一般能做到有的放矢。然而，某些由地下水引起的工程事故，即使发生了也很难查出地下水是怎么引发工程事故的，甚至连水源都很难查清。针对这样的情况就很难制定出卓越有效的处理措施。

上海某深基坑工程施工过程中，其深基坑底部一处同样也存在未探明涌水问题，经过注浆加固封堵、承压水降水手段无果后，采用池水孔处理基坑坑底涌水问题，处理效果良好。基于此，本文以上海某深基坑工程为实例，探索在不知水源的前提下论述深基坑涌水问题的施工处理方法。

1 工程概况

1.1 工程场地水文地质情况

上海某地铁车站为地下两层车站。车站基坑周边环境复杂，对周边环境保护要求较高。为了尽量减少对周边环境的影响，开挖期间拟严格控制降水，制定的降水标准为：潜水随开基坑挖深度随挖随降，降水深度处于开挖面以下1m；承压水也随基坑开挖随挖随降，降水水头时刻处于水土平衡高度偏下位置。工程施工场地地层特征如表1和图1所示。

表1 施工场地地层特性描述

图1 基坑剖面及地层分布图

工程场地内潜水层分布②3-2、②3-1等浅部土层，承压水层主要分布在第⑦、⑧1j层粉性土、砂土层中，水位埋深一般在3～12m，低于潜水水位，并呈周期性变化。第⑦、⑧1j层中间存在⑧1灰色粉质粘土层将⑦、⑧1j层隔断。基坑围护结构采用地下连续墙，深度37.5m，地墙并未隔断⑦、⑧承压水层。

1.2 基坑渗漏水情况说明

基坑开挖深度18.3m，开挖面处于⑤1-1灰色粘土层，其下为⑤1-2灰色粉质粘土层，此两层均为不透水层。在基坑开挖时期，严格按拟定的降水标准进行降水。当基坑开挖到地下16m时，发现基坑中一处部位持续单点涌水，涌水流量约为3m3/h，致使基坑坑底积水，不仅严重影响了正常基坑开挖施工，而且不明涌水问题对基坑安全性产生威胁，需要紧急处理此基坑涌水问题。涌水部位的主要情况和特点如下：

(1)开挖面为黏土，属于隔水层。

(2)冒水地点距离西侧地下连续墙9.8m，距离西侧地下连续墙2.9m，距离东侧地下连续墙17m，距离南侧地下连续墙大于50m。

(3)涌水部位涌出的全部为清水，没有掺杂丝毫泥沙。

(4)发生涌水情况后，周边环境没有异常，沉降、变形均正常，基坑坑底没有观察到明显的沉降和隆起现象。

(5)涌水压力较大，封堵不住。

1.3 施工方应对措施和效果

从上述情况可以得出两条重要信息：

(1)涌出的水为清水，说明涌水位置土层稳定性良好，涌水通道暂时没有扩大的风险。

(2)涌水部位的水源不能确定，水源有可能来源于深层承压水或者更深层的承压水，也有可能来源于地墙缺陷绕流，抑或来源于基坑内部某处富水区域。

出现此问题后，施工单位对涌水位置先后进行注浆加固、降低承压水等措施来控制涌水，注浆加固后涌水点发生了短距离偏移，偏移量不足1m，部分水泥浆从西侧地下连续墙墙趾而出。单点涌水量虽然略有缓减，但降低幅度很小。同时，为了排除水源从西侧地墙可能存在的缺陷而来，施工方在西侧地墙外围注浆，但注浆后单点涌水流量没有丝毫变化，说明水源并非穿越西侧地墙而来。

经过诸多处理措施，均不能解决涌水问题，其后果直接阻碍了土方开挖施工，造成局部停工，而且此问题一日不解决一日就不能复工。如果让这种情况继续下去，还可能会使得涌水流量加大，最终威胁到基坑的安全性，因此必须寻找新的处理措施。

2 深基坑涌水处理施工技术

深基坑中涌水问题分类两类，一类是带有泥沙的浊水喷涌，另一类便是不含泥沙的清水喷涌。在基坑安全性上，浊水喷涌是一个危险信号，水流携带的大量泥沙，地层中土体流失使得水力通道越来越大，最终威胁到基坑安全。清水喷涌不含泥沙，地层不发生损失，水力通道并不发生改变，中短期基坑局部少量涌水对基坑安全并没有太大威胁。基于此，在基坑涌水难以封堵的情况下，可不必将基坑涌水完全封堵住，只需采取措施使得涌水点只涌水而不夹带泥沙，保持地层土骨架完整。基于这样的原理，对于该工程实例处理涌水问题，设置泄水便可[7]。

2.1 泄水施工技术

深基坑底部施工泄水孔较为简单，这里不做详细介绍。深基坑底部泄水孔结构形式如图2所示。

图2 泄水孔结构示意图

泄水孔具体施工流程为：准备材料，包括基坑应急回填材料→将基坑明水抽干，并在涌水位置处快速挖到地下结构底标高→以涌水位置为中心开挖3.5m×3m矩形槽，槽深度0.5m→寻找涌水点，以涌水点为中心人工挖直径约0.8m的圆坑，深度0.5m→在直径0.8m圆形坑中放入长度1m的封底井管，并在坑中回填粗砂(滤料)做滤层→在3.5m×3m矩形槽中回填粒径小于5mm的碎石，同时在井管周围回填粗砂，将3.5m×3m矩形槽填平→在井管中下泵抽水，碎石回填区域铺设钢筋网片并施工混凝土垫层→将井管接高，并施工地下工程底板结构。

2.2 泄水孔施工工艺控制要点

(1)虽然涌水点涌出的是清水，初步判定风险性并不大，但是为了安全仍按照最坏打算准备基坑回填材料和措施。

(2)土方开挖挖到底板结构标高底部，如果3.5m×3m矩形槽区域存在下翻梁等下翻结构，开挖深度增加，至少开挖到下翻结构底部标高位置。

(3)滤料(粗砂、5mm碎石)回填区域开挖完成后，在冒水处放置Φ273井管做为泄水孔，井管底部钢板封底，井管放置完成后，采用粗砂回填，回填粗砂需将整个滤头全部包住。粗砂层全部回填完成后，再回填5mm碎石将整个滤层回填区域填满。滤层回填完成后，立即下泵抽水，并观察滤层的冒水情况。

(4)泄水孔抽水启动后，5mm碎石滤层无冒水情况时，表明泄水孔施工成功，施工方立刻在滤层区域施工双层钢筋网片，完成后立即浇筑混凝土垫层。

(5)垫层施工完成达到强度后，将泄水孔井管接长，施工结构底板，结构底板施工和混凝土养护期间泄水孔适当保持抽水状态；当混凝土强度达到设计值的70%后，停止抽水，但不封堵泄水孔。封堵泄水需要经过专门调查研究后才可。

(6)第一节井管设置滤孔。第二节井管最终处于底板混凝土中，全长不设置滤孔，并且在井管中部设置两道止水钢板。

3 结论

涌水是深基坑工程最为敏感的问题，这是因为已经发生的深基坑工程安全事故实例中，地下水问题是最主要的几个原因之一。

地下水引发的工程问题通常有潜蚀、管涌、流土，坑底隆起等，而这些常见的地下水引发的工程事故都能找到地下水源头，如此可以做到有的放矢，容易对工程事故做出针对性质措施。

但是，如本文述及的工程实例却难以找到地下水源头，这就导致应对措施无的放矢，大大增加了应对措施的盲目性。此外，基坑开挖即将见底，此时对基坑开挖面以下进行水泥浆(或者其它固化剂)固化封堵加固存在重大风险，处理不当可能导致深层承压水与基坑底部联通、不得不将基坑回填的风险。这是因为上海地区地下水较高，承压水头通常在地下5m左右，此时基坑开挖已经达到16m，地基加固设备在加固时先引孔，直接联通了承压水层与基坑坑底的联系，如果处理不当承压水直接顺着设备引孔部位冒出，导致基坑坑底被淹没，同时注入地下的浆液也会随着地下水流动而流失。面对较大压差的承压水，除了长时间抽取地下水之外，工程上几乎没有其它较好封堵手段。在地面进行加固时，由于承压水头低于地面标高，无论引孔设备如何引孔，地下承压水都不可能涌出地面，注浆加固时就不存在水力压差问题，注入的浆液也不会流失。

在注浆加固等措施无效的前提下，本文研究了泄水孔处理深基坑坑底涌水难题。该方法可操作性强，容易实施，处理效果良好，可为同类工程积累工程经验，但该方法可用于处理基坑清水喷涌问题，对于基坑浊水喷涌问题需慎重采用。