人工填海区深基坑涌水、涌砂事故分析与处理浅谈

2021-11-05黄宏林戴天宇肖少鸿

建筑施工 2021年7期

黄宏林戴天宇肖少鸿

中国建筑第二工程局有限公司广东深圳 518048

1 项目概况

1.1 工程概况

该项目位于人工填海改造区，填海前原始地貌为滨海滩涂，后回填至现状标高。项目±0 m标高对应于黄海高程＋5.90 m，地下室底板面结构标高－18.10 m，底板设计厚900 mm。目前场地高程约＋4.00 m（绝对高程，余同），坑底绝对高程为－14.00 m。基坑长约237 m，宽约132 m，开挖深度约18 m，基坑面积约2.69万 m2，总开挖土方量约48.3万 m3。基坑安全等级为一级，重要性系数为1.1。

1.2 地质及水文情况

勘察测得钻孔孔口高程为4.39～9.79 m。勘探资料揭示，场地内地层主要有第四系人工填土层、第四系全新统海相沉积层、第四系全新统海陆交互沉积层、第四系残积层及燕山晚期花岗岩。场地位于人工填海区，濒临海岸约50 m，地表水主要为海水，与地下水有较强的水力联系。

1.3 基坑支护及止水方案设计

根据场地地质条件结合周边环境现状，基坑支护采用咬合桩＋混凝土内支撑支护方案，咬合桩兼作截水帷幕控制地下水。支护桩桩径均为1 200 mm，排列方式为A型桩φ1 200 mm（C40、C45）和B型桩φ1 200 mm（C15、C20）间隔布置，A型桩为荤桩，B型桩为素桩。支护结构冠梁顶标高均为＋3.00 m，支护桩底标高北侧为－29.75 m、东侧为－29.75 m、南侧为－31.75 m、西侧为－28.75 m，支护桩底部均穿过透水砂层进入不透水土层。钻孔咬合桩B型桩原则上同A型桩深度，若B型桩在设计桩长内遇中风化岩时，施工至岩面即可。

2 涌水事故

某日，施工人员巡检时发现基坑出现一处涌水点。涌水点位于K-15轴交K-F轴－K-G轴之间21桩承台FB27处，离G743Y号工程桩距离约10 cm（图1）。此处已开挖至设计标高，正在进行承台的二次开挖。涌水呈现深灰色，含少量细砂，有咸味，初步估计涌水流量为10 m3/h。

图1 涌水点平面位置

3 原因分析

根据场地地质、现场开挖现状和涌水位置，可判断为基坑底部砾砂层标高段支护桩间咬合不密实，桩与柱间的砂层承受不住基坑外侧较大的水压力而破坏，致使支护桩外侧砂层与基坑内侧砂层形成水力联系。本工程基坑已开挖至设计标高，正在进行承台、集水坑、电梯基坑的二次开挖，局部开挖深度较大，已经将砾砂层上覆的淤泥质黏土层挖除，导致砾砂层中承压水涌出，出现涌水、涌砂。

3.1 主要原因

1）承台较厚，二次开挖深度大，直接导致具有微承压性的砾砂层上部上覆淤泥质黏土层厚度不够，致使砾砂层中承压水涌出。涌水位置FB27承台厚为4 800 mm，承台底为－17.00 m，相对于底板底再往下3.9 m。经查本工程超前钻探资料，涌水点邻近超前钻钻孔C77A和C78A。钻孔柱状图显示，C77A在－17.43～－13.73 m段为淤泥质黏土，在－19.63～－17.43 m段为砾砂，在－28.73～－19.63 m段为砾质黏性土，在－32.53～－28.73 m段为全风化花岗岩，在－37.30～－32.53 m段为强风化花岗岩；C78A在－16.40～－13.40 m段为粉质黏土，在－19.70～－16.40 m段为淤泥质黏土，在－24.50～－19.70 m段为砾砂，在－28.70～－24.50 m段为砾质黏性土，在－34.10～－28.70 m段为全风化花岗岩，在－37.10～－34.10 m段为强风化花岗岩。超前钻资料显示，FB27承台开挖至设计底标高时，已将上部的淤泥质黏土全部挖尽，砾砂层暴露，导致砾砂层中微承压水涌出。

2）此部位承台二次开挖完成后未及时进行垫层施工和底板浇筑，未进行基坑底的封闭，基坑底开挖完成后暴露时间过长，导致砾砂层中具有微承压性的地下水涌出。

3.2 间接原因

1）基坑离海边近，地下水丰富。本项目位于人工填海区，为填海用地，邻近海边，基坑东侧濒临海岸最小距离70 m，填海前原始地貌为海滨滩涂，后经人工填海改造，回填至现状标高。目前均存在少量地表海水，场地周边地下水受海水侧向补给，与海水存在较强的水力联系。

2）基坑底含有强透水砾砂层。本工程水文地质情况较为复杂，场地地下水类型可分为第四系孔隙水及基岩裂隙水，孔隙水主要赋存于第四系人工填石层、海陆交互沉积的砂层中，其次赋存于第四系残积层和全风化岩层中。其中详勘报告揭示地下分布的砾砂层具有强透水性，局部具有微承压性。基岩裂隙水主要赋存于强、中风化岩节理、裂隙内，受节理、裂隙发育程度控制，具有承压型，强-中风化岩为中等透水层。

3）地下水位埋深浅，水位高。详勘期间实测钻孔的地下水位埋深介于2.2～4.6 m之间，高程介于0.1～0.7 m之间，平均高程为0.5 m，水位年变化幅度约为2 m。当下正值雨季，水位有所回升。考虑到场地滨海，根据潮位站的潮汐观测资料，邻近海域范围内海水深3～5 m，受潮汐影响较大，在一个月的大部分时间内，每日各有2次涨潮和退潮，潮差不大，平均为1～2 m，最大潮差为3 m。

4 处理措施

4.1 引水与堵漏

通过对现场的勘察，先在涌水点处附近挖设集水坑，在涌水点处埋设φ100 mm镀锌排水管进行引水，将水引至集水坑，并浇筑混凝土进行硬化封堵，保证涌水全部从预埋的排水管引出，待混凝土终凝后用堵漏王对混凝土进行二次封堵，并持续观察涌水量和水中泥砂含量。引水成功后，再进行引水管的二次封堵。若引水不成功，对涌水点附近含有砾砂层的范围进行局部高压注浆加固[1-2]。

4.2 双液注浆

首先应沿支护桩边找准砾砂层位置，沿砾砂层涌水带为中心布置钻孔，分2排呈梅花形布置，钢花管间距1.2 m×1.2 m，采用风钻钻孔，孔径φ50 mm，孔深23～26 m（根据补勘后的砾砂层厚度调整）。成孔后立即安装注浆管，注浆管外露长度一般不小于30 cm，以便连接孔口阀门和注浆管路，孔口段外围裂隙用锚固剂封堵，孔口设置止浆塞。为避免在注浆时发生串浆现象，应采取隔孔钻孔，间距2.4 m。注浆方式采用前进式可全孔一次压入式。钻孔过程中未涌水处一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中如发现有水，即停止钻孔，采取注一段钻一段的前进式注浆，直至达到设计段长位置。

4.3 处理结果

注浆充填砾砂层，封堵渗水通道，在支护桩周围形成隔水保护圈，防止地下水通过强透水性的砾砂层进入基坑内，使地下水位得以恢复并长期保持。

5 结语

深基坑的施工，要做好前期的地质勘察和设计工作、设计时应该充分考虑基坑支护渗漏情况。当位于人工填海区，离海边近，地下水和海水有较强的水力联系时，应合理选取渗流系数，埋置深度。做好开挖前的维护结构隐蔽验收工作，可以最大限度地减少深基坑涌水涌砂事故的发生。事故出现后应及时采取应对措施，降低引发后续问题的风险，本工程的成功实践，为沿海边出现的类似问题提供了可供参考的解决方法及思路。