基坑突涌事故原因及应对措施案例分析

代启亮，李 行，孙 飞，张慧颖，高贵全

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201；2.云南农业职业技术学院工程学院，云南 昆明 650031；3.云南农业大学教师教学发展中心，云南 昆明 650201)

在地下水丰富的地区开挖深基坑，一项事关全局的工作就是地下水防治[1]，若处理措施不当很大程度上会引起基坑渗透破坏。根据叶琳昌、王曙光、蒋红星等学者的大量统计数据显示，与地下水有关的基坑事故约占总事故的45%～70%[2- 4]，另外根据唐业清对深基坑事故的调查资料，约有22%的基坑事故与地下水处理有关[5]，甚至胡展飞[6]等通过调查资料提出约有70%的基坑事故与地下水有关。而基坑突涌则是较为常见的基坑破坏形式，当坑底水压力增大到一定程度，基坑内隔水层会发生开裂、涌砂、变形过大等形式的突涌破坏[7]。因此，黄宝安[8]指出，在前期的勘察各阶段详细查明场地水文地质条件，客观评价地下水可能产生的岩土工程危害，提出预防和治理措施，准确分析评价判断，在地下工程施工前有针对性地采取有效的封堵措施和降水预案，尽可能的消除隐患和风险，从而防止或减少灾害的发生。针对基坑突涌，为更好地确定预防和治理措施，吴诗阳[9]在基坑突涌验算公式研究进展中指出，目前常见的方法有压力平衡法、均值连续梁或板法、均质体法、塑性破坏法、离心模型试验研究法和数值模拟法，但这些方法均存在一些缺陷与不足。现行规范[10]采用压力平衡法计算基坑突涌稳定性，虽然忽略了坑底隔水层强度的抗突涌作用，更没有考虑到基坑平面尺寸对突涌的影响[11- 12]，但只要针对地质条件妥善使用是可以基本满足工程要求的[13]。当验算不满足基坑突涌稳定要求或基坑已发生突涌破坏时，就需要对基坑进行地下水控制处理。对于承压水，一般可以采取三类处理措施：降低承压水位、隔离地下水和坑底加固[14]。这些措施在大量的工程实践中被证明是有效的，但由于地质环境的复杂性以及施工质量等原因，基坑突涌事故仍时有发生[15]。

本文以云南省某高效节水项目调节池基坑突涌事故为例，对运行过程中基坑发生突涌的原因进行分析，并对工程的处理措施进行分析评价，以期为相关工程基坑突涌事故处理提供借鉴。

1 工程概况

1.1 基坑概况

该高效节水项目区地下水丰富，项目区内多处泉水出漏，调节池以邻近泉点为水源，调节池尺寸为32m(长)×20m(宽)×3.65m(深)，基坑开挖深4.8m，边墙采用M7.5浆砌石衬砌、内涂防渗层，墙顶高于地面20cm。在基坑开挖至3.5m时，发现大量渗水点，经排水处理后再无渗水。经判断为基坑开挖至潜水埋藏位置造成的地下水出露。考虑地下水对基坑稳定性的影响，在坑底设计及施工时，采取了相应的处理措施，即自下而上采用30cm干砌块石、15cm碎石垫层、无纺土工织物、40cm黏土回填、复合土工布和50cmC20钢筋混凝土。调节池完工2年内，运行状况良好。

1.2 基坑工程地质条件

该调节池所在位置地形开阔平缓，地形自然坡度0°～5°，周边无坍塌、滑坡等物理地质现象，常年地下水位埋藏深度2～3.5m。直线距离20m处有一山体，砂岩出露。地表为第四系冲残坡积物覆盖，厚度2.5～3.5m，物质成份主要以砂、砾石及粉质粘土为主，该土层的天然容重为18.5KN/m3，内摩擦角为20°～25°，粘聚力为30～35kPa，容许承载力180～185kPa。下伏基岩为石炭系的细粒石英砂岩，岩层呈单斜层产出，产状10°∠15°，岩层呈强风化状态，强风化层厚度15～18m，据工程经验，其粘聚力为45～65kPa，内摩擦角为30°～35°，容许承载力1.0～1.1MPa。调节池基础及周边挡墙基础能够全部置于强风化基岩上，地基承载力满足设计要求。

1.3 基坑突涌事故概况

式中，kty—突涌稳定安全系数，kty不应小于1.1；D—承压含水层顶面至坑底的土层厚度，m；γ—承压含水层顶面至坑底土层的天然重度，kN/m3，对成层土，取按土层厚度加权的平均天然重度；Δh—基坑内外的水头差，m；γw—水的重度，kN/m3。

根据调节池施工尺寸可知，D为粘土层和钢筋混凝土层的厚度之和0.9m；γ为钢筋混凝土层和粘土层的加权平均饱和重度21.44kN/m3。因调节池发生池底突涌后，至池内水深到0.8m时突涌停止。基于这个条件可知，在坑内0.8m水深的压重作用下，池底抗突涌稳定，安全系数为1.1。经求解，稳定时内外水头差为1.58m。进一步分析可知，发生池底突涌时，Δh应为2.38m。

经计算得kty为0.59。可以判断出，基坑突涌稳定性差，基坑由于安全厚度不足引发坑底突涌。

2 事故处理措施及效果

2.1 处理方案选择

根据以上分析，结合调节池本身工作特点，本次事故采取了拍门降压止水、灌浆补强防渗和池底整体防渗相结合的综合处理方案。

2.2 拍门降压止水

根据设计计算，在池底布置20根φ150泄压管，泄压管位于每块浇筑板中心(两根泄压管纵向距离8m、横向距离5m)；深1.3m，底部与碎石垫层(厚15cm)底齐平，用120目尼龙纱网和80目钢纱网分层包裹，与碎石层形成倒滤层；上部高于池底0.1m，采用套管式非金属拍门充当逆止阀，当池内水压小于池外水压时，拍门自动打开进行降压；当池内水压大于池外水压(或拍门不承受外水压力)时，拍门闭合水池正常蓄水，采用该种方式既能满足基坑突涌稳定要求，又能满足水池蓄水目的。

2.3 注浆补强堵渗

考虑到池坑发生了开裂隆起破坏，且多处呈树状开裂破坏造成基坑底部土体一定程度上的流失，处理过程中结合泄压管与池底结合部的渗漏通道堵渗，对底板下土体进行注浆补强。

采用水泥水玻璃双液注浆，水泥浆水灰比1∶0.5，水玻璃浓度为35玻美度，水泥浆与水玻璃溶液的体积比为1∶0.8。

2.4 池底整体防渗

因池底多处出现树状开裂，为确保水池的蓄水效果，处理中重新对池底进行了整体防渗处理。对池底浇筑15cm厚的C20素混凝土，素混凝土上涂高弹抗裂防水涂料，与池壁形成整体防渗。

2.5 处理效果分析

本次事故采取了拍门降压止水、灌浆补强防渗和池底整体防渗相结合的综合处理方案，既能满足基坑抗突涌要求，又能满足调节池蓄水要求。通过人为提高地下水位校核及本年度雨季运行考验，调节池均能正常运行，处理效果好。

(1)基坑抗突涌稳定性好

拍门通过贯穿基坑下部碎石层的泄压管实现内外联通，当池内水压小于池外水压时，拍门自动打开进行降压，避免基坑突涌。拍门采用非金属材料，具有强度高、密度小、工作压力小等优点。通过渗透力和拍门重力大小关系复核，拍门能满足工作要求，可在避免坑底不发生基坑突涌的情况下实现自如启闭。同时，处理过程中对底板下土体进行注浆补强，提高了土体的抗渗稳定性。整体抗渗稳定性好。

(2)满足调节池蓄水要求

当池内水压大于池外水压时，拍门实现闭合，不会形成沿拍门的渗漏通道；对泄压管与池底结合部进行堵渗及池底进行防渗；三者与池壁形成防渗体，实现调节池蓄水的目的。

3 结语

(1)通过验证，采取拍门降压止水、灌浆补强防渗和池底整体防渗相结合的综合处理方案是可行的，特别是采用拍门降压止水在降低地下水中具有一定的创新性，相关经验可为同类工程设计及事故处理提供有益借鉴。

(2)在地质勘察时，应充分查明建筑场区的地下水类型及运动分布规律，并结合工程设计资料，对基坑突涌稳定性进行评价，提出合理建议。

(3)在基坑设计过程中，工程设计人员应对基坑的最小安全厚度进行校核，同时采取有效措施降低地下水位，避免基坑突涌破坏。