城市深基坑工程止水帷幕流砂、突涌事故防治

黄望来 刘兵 刘辉

摘要：本文通过对城市某深基坑止水帷幕突发流砂、突涌事故引起坑壁土体流失，坑外地面塌陷的应急处置，分析探讨了深基坑土的渗透破坏的危害及止水帷幕流砂、突涌事故的防治措施。

Abstract： This paper analyzes and discusses the hazards of the seepage damage of deep foundation pit soil and the prevention measures of quicksand and inrushing accidents through the emergency measures for soil erosion on the pit wall and ground collapse outside the pit caused by sudden quicksand and inrushing accidents of a deep foundation pit in a city.

关键词：深基坑;止水帷幕;流砂;突涌;防治

Key words： deep foundation pit;water-stopping curtain;quicksand;inrushing;prevention and control

中图分类号：TU753                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0137-04

0  引言

目前城市建设飞速发展，市中心区域土地资源越趋稀缺，建筑物地下室开挖深度越来越大，基坑止水帷幕承受的水压力越来越大。由于基坑止水帷幕封闭不严发生流砂、突涌，造成周边建（构）筑物地基下陷沉降或基坑整体失稳的事故时有发生，因此基坑止水帷幕流砂、突涌防治愈显重要。

1  工程概况

1.1 基坑止水及支护方案

昆明市某基坑支护工程位于市中心区域，基坑西侧紧靠某小区开挖深度19m，支护结构采用Φ1800@2300、L=46000旋挖钻孔混凝土灌注桩;旋挖支护桩靠基坑外侧采用三轴深搅止水帷幕桩3Φ850@1200、L=32m，支护桩间为Φ1200、L=32m三重管高压旋喷止水桩，施工完成时间2017年08月08日。本工程设三层钢筋混凝土内支撑（四个角撑+中间对撑），已于2018年1月全部施工完成。（图1）

基坑西侧外部为车道，开挖深度6.0m，详见C-C、D-D平面及剖面图。车道基坑支护桩采用？准1000@1500、L=13m旋挖钻孔混凝土灌注桩，支护桩间为Φ1000、L=13m三重管高压旋喷止水，施工完成时间2017年09月05日。主楼19m深基坑止水帷幕发生流砂、管涌时尚未开挖，主楼深基坑回填后施工，采用一层双拼槽钢传力梁支撑支护。（图3、图4）

1.2 地质及水文情况

1.2.1 地质情况

勘察报告揭示基坑侧壁土层分布如下：

①层-素填土：褐黄、褐红、褐灰色，局部深灰色，湿，以粘性土为主，可塑状态为主，局部硬塑状态，中～高压缩性。含少量风化砾石、腐植物等，局部含少量有机质。该层填土时间15年以上，自重固结已基本完成，整体状态较好，但结构性、均匀性较差。

①1层-杂填土：褐红、灰褐、褐黄等色，稍湿，为回填建筑垃圾，包括磚块、砼块、碎块石等，少量粘性土充填物，该层为场地拆迁整平的新近堆填土，结构松散，固结差，均匀性差。

②层-粉质粘土：褐黄、褐灰、褐灰夹黄色，湿，可塑状态为主，局部硬塑状态，中压缩性。该层稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，间夹少许风化砾石及植物根须。

③层-粉土：褐灰、兰灰色，湿～很湿，中密～密实，中压缩性。该层摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低。夹少许腐质物，均匀性及颗粒级配差，局部含5～20%粒径2～20mm强风化砂岩、玄武岩砾石，局部渐变为粉砂。

③1层-圆砾：褐灰、兰灰色，局部兰灰夹褐黄色，饱和，稍密。砾石含量50～60%，砾径2～10mm为主，少量10～30mm，颗粒级配差，外形呈圆形、亚圆形，母岩成分以中风化砂岩及玄武岩为主，粉土、粉砂充填。该层均匀性较差，含砾量及粒径变化较大，部分地段渐变为砾砂。

③2层-粘土：灰、褐灰色，局部浅兰灰色，很湿，可～软塑状态，高压缩性。该层稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。含少量腐植物及有机质。

④层-粘土：兰灰、灰夹兰、褐灰色，湿，可塑状态为主，局部硬塑状态，中压缩性为主，局部高压缩性。该层稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性高。含少量腐植物，局部夹有机质土薄层。

④1层-粉砂：褐灰、兰灰色，饱和，中密，中压缩性。含少量腐植物，均匀性及颗粒级配差，局部含10～20%粒径2～10mm强风化砂岩、玄武岩砾石，局部渐变为粉土、中砂。

1.2.2 地基土工程性质评价

③层粉土：平均厚度，2.92m;其自稳定性一般，透水层及富水性弱～中等。

③1层圆砾：平均厚度，3.16m;其自稳定性较差，为强含水层及透水层。

④1层粉砂：平均厚度，2.29m;其自稳定性较差，透水性及富水性强。基坑开挖过程中应采取相应工程措施防止以上土层可能出现的流砂、突涌现象。

1.2.3 水文条件

表部主要为赋存于地表人工填土层的上層滞水，其透水性与富水性弱;中部主要赋存于③层粉土、③1层圆砾、④1层粉砂的孔隙水型潜水，分布厚度、范围较大，为强含水层及透水层。且③层粉土、④1层粉砂为可液化土层，地基液化指数ILE=0.42～14.03，综合判定地基的液化等级为中等。下部主要为赋存在⑤1、⑥1、⑨1层粉土及⑦1、⑧1层粉砂中的孔隙水型潜水，⑤1、⑥1、⑨1层粉土及⑦1、⑧1层粉砂分布范围广，有一定厚度，尤其⑦1、⑧1层粉砂分布稳定，厚度大，透水性及富水性强，水量大。中下部含水层上均分布有一定厚层的相对隔水粘性土层，本场地地下水具微承压性。

基坑地下水稳定水位（混合水位）埋深在现地表下0.95～2.20m之间，地下水丰富。粉土、圆砾与粉砂层厚度大，最大达11m，含水丰富，渗透性强，补给条件好，涌水量大。根据勘察报告提供的抽水试验，水位降深19.8m，综合渗透系数12.3m/d，降水影响半径在314.2m，涌水量为9022.3m3/d。

1.3 周边环境状况

基坑西侧为某住宅小区，4-4剖面对应2层配电室及储物间。经第三方房屋安全鉴定单位鉴定为：Csu级，已属于临近危房标准，抗震性及抗干扰性极差，且距离基坑开挖线最近为：11.0m。小区围墙与19m深基坑之间设计为后期开挖的车道，车道基坑止水桩、支护桩与冠梁已提前施工，土方尚未开挖。作为基坑支护与主体施工的临时施工通道。

2  流砂、突涌发生经过

2.1 流砂、突涌发生

2018年11月21日14∶35，基坑西侧4-4剖面第三层支撑梁底以下1.2m处，地下深度16m。4-4剖面角部支护桩间位置开始出现渗漏水，该部位基坑土方已于2018年9月26日开挖至坑底1869.70m标高。15∶50坑壁漏水加大，导致此处坑底位置护壁内侧喷射混凝土面层鼓裂，伴随流砂、突涌，呈间歇性质，每隔40～60分钟带压冲出2m以外。如不及时封堵处置，土体流空扩大将引起周边围墙及建（构）物的下沉坍塌，并导致基坑支撑结构位移开裂甚至倾覆，后果不堪设想。

2.2 应急处置

①应急方案：现场值班技术人员发现险情后，立即报告启动应急预案，及时抽调抢险物资及人员组织抢险堵水止漏。在流砂、突涌险情发生后，采取了内堵外封的处置措施。

②分工及实施：抢险组根据施工现场涌砂量判断，坑壁外侧涌砂量约有50立方，坑底涌水部位附近主体单位开挖的集水坑及基础筏板工作面已被泥砂掩埋，坑壁涌砂口直接可以听到上部不时有土体塌落的声音，坑壁以外很可能已形成较大的空洞。应急处置人员分成二组：第一组在涌水部位上面破除坑顶硬化道路，由上至下探测坑外孔洞;第二组在突涌处击入注浆钢花管，外裹草席对洞口进行砂水分离引流、封闭注浆与积水抽排。

第一组：4-4剖面坑顶区域原施工有一口9m深Φ630钢管回灌井，后被硬化道路覆盖。采用破碎锤破除硬化道路，露出井口，再使用挖掘机将临近坑边钢管回灌井井管拔出，发现井底部位已与坑壁外侧渗漏空洞区域连通。随即从井口部位回填袋装水泥+速凝剂+草席混合料封底止水，然后回填约50立方C20早强混凝土封堵空洞。

第二组：将坑内护壁桩间漏水涌砂位置，先破除已施工挂网喷射砼面层，水平打入端部开孔Φ48钢花管引流。然后桩间码砌袋装水泥，竖向打入Φ48超前钢管锚杆支挡，并在支护桩上植筋（Φ25钢筋）固定面层钢筋网片，然后喷射混凝土封闭，养护到70%强度后采用水泥、水玻璃双液注浆封堵水平Φ48钢花管止水。

③应急处置。由于土体漏空部分及时回填，坑壁涌砂、突涌成功封堵，坑外土体变形稳定及基坑支撑结构安全。11月22日5：30基坑边壁基本不再涌砂，只有引流钢花管漏出少量清水，监测数据显示基坑周边建（构）筑物变形稳定，地下水位无明显变化。

④加固措施。

1）基坑4-4剖面及3-3剖面局部坑顶沿三轴深搅止水桩外侧施工一排连续咬合的Φ1200@800、L=27m三重管高压旋喷桩。加强止水的同时对基坑西侧（包括车道位置）已经扰动的土体进行灌浆加固，以减弱或消除坑外动水的影响，保证后期车道基坑开挖支护安全。

2）4-4剖面支护桩内侧重新植筋，挂设钢筋网片后喷射100厚 C20混凝土面层，纵横设Φ16加强钢筋与支护桩纵向钢筋焊接，增强此区域护壁面层刚度。

3）坑壁其他渗漏处预埋Φ48钢花管进行素水泥+水玻璃双液注浆封堵。

4）原回灌井损坏，靠西侧适合位置增设2棵Φ89钢管水位观测井及回灌井。

3  原因分析

①根本原因：土中（水的）渗透破坏有两种基本形式，即流土和管涌。我国的工程地质界经常将砂土的流土叫流砂，而将黏土的流土叫突涌[1]。土中水及其渗流是工程失事及发生地质灾害的重要原因，土木工程不应忽视土中水的渗流问题[1]。在动水作用下坑壁或坑底液化土层易形成流砂、突涌事故。

本工程地下水丰富，坑壁水压大。基坑中下部含水层上均分布有一定厚层的相对隔水粘性土层，本场地地下水具微承压性。且坑外存在地下暗河，排水管道长期渗漏带来的动水压力，导致③层粉土、④1层粉砂可液化土层在承压水及坑外动水的作用下，通过基坑护壁上薄弱位置（水头差达13m）渗漏进入基坑。尽管基坑做了三轴深搅止水桩及旋挖钻孔支护桩桩间三重管高压旋喷桩止水处理，但不可避免在坑外旋挖钻孔桩与三重管高压旋喷桩接缝及等薄弱位置间产生了渗漏通道，经过长时间的地下污水腐蚀，在流砂、突涌位置坑内外水头差达13m，大量地下水夹带砂粒在动水作用下，通过基坑下部薄弱位置逐渐向基坑内涌入，导致护壁面层在开挖至基底近2个月后被鼓裂产生流砂、突涌。

②直接原因：止水帷幕施工质量缺陷。本次坑壁突水涌砂事故直接原因为支护结构桩间三管高喷及三轴止水帷幕施工质量缺陷造成;而地下水水质异常是影响止水桩质量的重要原因。

根据基坑西侧某小区住户调查反映，此位置在60年代初期的确存在河沟，后被掩埋。从渗漏出的水质带有强烈的刺激性气味，说明在此处坑顶附近排污管道渗漏可能。由于地下渗漏污水与三轴深搅止水桩与高压旋喷桩水泥土发生不良反应，大量动水稀释冲走水泥浆，局部水泥土存在薄弱位置。

③管理原因：地下水位巡视监测未及时发现渗漏点。坑顶回灌井在使用期内已进行井口封堵硬化上部路面，回灌井施工完后未进行定期清洗疏通，抢险拔出后下部4m被土填埋，导致坑外水位长期监测不准确或无法监测，坑外水位未控制在设计水位，保证渗透压力稳定。坑壁开挖后一直渗水，未引起高度重视，如分析原因采取预防措施。

4  预防措施

①环境调查与设计方案选型：开工前应对特殊环境地质水文情况进行现状与历史调查核实，针对地下管道渗漏等不利部位提前采取加强措施，如采取三轴深搅桩或高压旋喷桩水泥浆中掺加早强剂或增加水泥用量。

针对地下水丰富地段，尽量不采用外锚结构，避免在止水帷幕上开孔。外锚结构钻孔扰动坑外土层，锚孔封堵不严造成地下水土流失，引发坑壁流砂、突涌事故。

②滞水与承压水：在基坑工程中，人们往往重视潜水，忽略上层滞水和下层承压水。上层滞水成因复杂，比如附近各类输水管线，当基坑开挖时（尤其是土钉墙支護）会由于地基土位移而开裂漏水，或者使原来漏水管线的损害进一步加剧，严重危及工程。而降水如果不处理下部承压水，即使不发生渗透破坏，也可能影响土中有效应力而使支护结构失效[1]。尤其是回填土、饱和软粘土中的上层滞水流失导致土体固结沉降，将引起基坑周边建（构）筑物与地下管线的不均匀沉降、开裂及渗漏。

③施工质量过程控制：4-4剖面三轴深搅桩、旋挖钻孔支护桩、桩间高压旋喷桩等施工过程照片、施工记录资料应及时反映喷浆量、冒浆量、桩身砼充盈系数、返渣及返水等异常情况，采取预防措施，不留质量隐患与安全风险。针对市中心城区拆旧建新场地，特别注意地下障碍的挖除并回填密实，防止偏桩现象发生。

④基坑监测巡视及回灌：基坑开挖后发现支护桩垂直度偏差较大，且桩间高压旋喷桩身不完整未与支护桩有效搭接，应提高警惕。特别注意回灌井回灌水量大小及流失下落速度与坑壁渗漏水的关系，保证坑外水位稳定。

发现基坑底周边坑壁喷射砼面层有渗水漏砂现象，必须查找分析原因，对薄弱部位进行引流或加固封堵，杜绝冒砂现象，坑外水位等各项基坑监测至少观测至底层地下室基础筏板浇灌，基坑回填完成为止。

⑤坑边坑、坑中坑加固：在城市深基坑支护止水帷幕施工过程中，由于坑边坑或坑中坑加深开挖造成坑底流砂、突涌事故也屡见不鲜。本工程电梯井坑中坑深达3m，预防措施为设计先根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）进行坑底土体突涌稳定性验算，并及时进行坑边坑或坑中坑止水加深及坑底封闭施工，然后进行坑边坑或坑中坑的开挖支护，未发生坑底流砂、突涌事故。

参考文献：

[1]李广信.岩土工程20讲-岩坛漫话[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陆军.独特环境下的深基坑围护设计及施工[J].建筑施工，2016（09）.

[3]周红波，蔡来炳.软土地区深基坑工程承压水风险与控制[J].同济大学学报（自然科学版），2015（01）.

作者简介：黄望来（1973-），男，湖南醴陵人，本科，毕业于郑州工业大学工业与民用建筑专业，现任昆明军龙岩土工程有限公司咨询总监，注册一级建造师与注册一级造价师，主要从事工程项目技术与造价管理。