高承压水深基坑突涌事故治理实践

罗贞海

（福建省建筑科学研究院有限公司，福建 福州 350108）

随着地下空间大规模开发利用，涌现出大量的基坑工程，同时也发生一些基坑事故[1～2]；特别是基坑开挖深度和广度不断增加且周边环境日益复杂，事故对社会的影响越来越大，而基坑突涌是一种常见的且破坏极大的事故。

基坑施工过程中处理地下水的基本原则是疏堵结合，而对基坑承压水的处理，通常采用“隔水”、“降压”、“封底”三种技术手段。首先在设计阶段就应充分考虑承压水对基坑的影响，最有效方法就是在有条件的地层中采用技术措施隔断高承压水含水层，常见的技术措施有搅拌桩、高压旋喷桩、拉森钢板桩及地下连续墙等；当承压含水层深度较大，特别是含卵石层承压水，则常规高压旋喷桩及拉森桩使用会受到限制；其次是降压技术，根据承压水渗透系数、基坑开挖面积及承压水水头大小在基坑内布置一定的降压井，通过降压井降低承压水的水头；最后就是对基底进行加固处理或迅速垫层封底浇筑底板，其中加固处理可采用化学注浆法或高压旋喷注浆法对基底隔水土层加固，提高坑底隔水层重度及抗剪强度，形成具有一定厚度和强度的隔水底板，利用压力平衡防止突涌发生。基坑发生突涌事故后，应采用局部或大面积回填土或水的方式迅速消除突涌发生条件，待突涌事故得到彻底控制后再从上述“隔水”、“降压”、“封底”中寻求符合工程实际的解决方案。

本文分析了突涌事故发生机理，结合具体工程实例，提出缩短治理工期及降低施工成本的高承压水突涌治理技术。

1 工程概况

某工程设置3层地下室，基坑周长约570.0 m，底板开挖深度约12.0 m，坑中坑（电梯坑）开挖深度约4 m。基坑周边环境复杂，东侧、北侧及南侧紧邻市政道路，道路周边各种地下管线密集布置，西侧紧邻已经建好的高层住宅小区，基坑工程变形控制要求高，安全等级为一级。

基坑施工范围内细砂层④及卵石层⑤水量丰富，承压水埋深约为地表下5.0 m。见表1。

表1 地层典型分布

基坑采用SMW工法桩+2道钢筋混凝土内支撑的支护方式，SMW工法桩搅拌桩规格为ϕ850 mm@600 mm，为了隔断承压含水层，三轴搅拌桩设计最大深度为31.2 m；型钢规格为HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm@1 200 mm，不同剖面型钢长度为21.0～27.0 m；坑内设置25口降压井，管径ϕ219 mm，深度22.0 m。见图1。

图1 基坑布置

2 基坑突涌发生过程及机理分析

2.1 基坑突涌发生过程

基坑整体开挖至8.0 m深，距大底板开挖深度还差约4.7 m时，发现降压井停抽时井口冒水；开挖至垫底标高后，场地西南侧靠环形支撑边开挖面存在小细孔冒水并夹带细砂，而后场地西侧开挖面出现同样的问题。结合之前降压井井口冒水现象并分析地质勘察报告，评判因基坑底卵石层埋深较大且层底标高起伏差异大，三轴搅拌桩未完全隔断基坑底承压水，基坑底存在高承压水水头，受承压水影响，坑底隔水淤泥层形成渗流场，基坑已发生局部突涌，需迅速进行治理，否则主楼电梯坑无法开挖。为防止突涌面积持续扩大，迅速对已发现的冒水区域进行局部土方回填，临时回填土层厚度为2.0 m。

2.2 基坑突涌机理分析

突涌是基坑底部的不透水层在其下部承压水层水压力作用下隆起并发生突水涌泥的现象，基坑底高承压水对基坑破坏主要表现为以下3方面[3]：

1）基坑底隔水层厚度产生的自重压力小于高承压水压力时，导致坑底隔水层土体发生剪切破坏,引起突涌事故，导致基坑失稳；

2）高承压水的承压性导致基坑底隆起，引发围护结构变形增加，影响基坑稳定；

3）承压水基坑施工过程中，容易产生管涌、流土或流砂。

现有的突涌稳定分析方法主要有经典压力平衡法、均质连续梁（板）分析法、带预应力均质续梁（板）分析法、均质连续体法、统计预测法以及考虑应力场-渗流场耦合的水力劈裂分析法[4],每种分析方法都有一定的假设条件和局限性。目前在基坑支护设计领域常用的方法为经典压力平衡法[5]，经典压力平衡法假定坑底承压水水头只要能克服坑底不透水层自重压力，即可发生突涌，基坑突涌稳定性应符合

式中：Kh为突涌稳定安全系数，Kh≥1.1；D为坑底隔水层厚度；γ为隔水层土的天然重度，如果隔水层含多层土则为多层土的加权平均重度；hw为承压水水头高度；γw为水的重度。

根据地质勘察报告，本工程发生突涌处基坑底淤泥层隔水层剩余厚度约7.2 m，结合开挖阶段降水井在坑底以上4.7 m处出现进口冒水现象，以淤泥层底为基准面，坑底含水层水头高度约为11.9 m，隔水层天然重度为16.2 kN/m3；水的重度取10 kN/m3，采用规范经典土压力平衡法核算，渗透稳定性系数不满足规范要求，基坑底淤泥层自重压力已经小于承压水水头压力。

经全面排查及复核计算，其余未发生冒水突涌的开挖面也介于临界安全系数1.1附近。

开挖面出现小细孔冒水并夹带细砂现象说明坑底淤泥层已经在承压水劈裂作用下形成了渗流场，原有的降压井无法满足实际承压水降压要求，坑底淤层虽暂未发生整体大面积隆起破坏，但渗流稳定性系数已经接近发生大面积突涌的临界值，应快速治理预防大面积突涌事故发生。

3 突涌治理方案及效果

3.1 治理方案

受卵石层层底标高起伏差异大、承压水涌入基坑部位不明确、基坑已经开挖导致坑外已无大型设备施工空间等诸多因素影响，决定采用“降压”、“封底”组合技术进行基坑突涌治理。

1）确定土方回填区域面积及高度：承压水降压之前应先对基坑已开挖的发生突涌的区域进行土方回填，首先是保证基坑底土层稳定，避免突涌导致隆起破坏，其次回填的高度要能确保降压井可以正常施工，不会因承压水水头高导致无法成井。为经济、快速进行突涌治理，未对所有开挖区域都进行大面积回填，只回填沿着支撑环形边8.0 m方位区域，回填高度4.5 m，回填高度接近承压水水头高度，环形回填区域可以围闭坑中坑。

2）降压井布置及施工：在回填土顶面施工降压井，沿环形布置50口，管径325 mm，间距6.5～7.5 m，井深至卵石层底，先施工突涌区域降压井，再施工其他区域。

3）快速垫层封底：对基坑已开挖到底未回填的区域安排垫层施工，考虑存在一定突涌隐患，仅安排垫层施工，未安排底板施工。

4）布置回灌井：沿基坑四周布置30口回灌井，实时监测周边道路及建筑沉降，必要时启动回灌系统。

5）配备应急电源：现场配备一台400 kW柴油发电机，以防电网断电，降压井涌水。

3.2 治理效果

单口降压井施工完毕立即开启抽水泵进行降压，直至降压井全部施工完成，形成环形区域闭合降压，降压井全部启动后，经测量水位已降低至基坑底以下4.8 m，消除了大基坑及电梯坑突涌发生条件，为坑中坑顺利开挖创造条件。从发生突涌现象到新增降压井施工完毕并全部启用共用时15 d，未盲目进行大面积土方回填，节约了治理工期及成本，治理效果良好。

突涌治理及后期降压井降压过程中，周边道路及建筑沉降值均在允许范围内，因此未启动回灌井系统，从侧面亦可以反映出承压水层渗透系数大且补给速度快。

4 结论

1）应高度重视承压水深基坑突涌问题，了解基坑突涌发生机理，从“隔水”、“降压”、“封底”技术路径防治突涌事故。

2）基坑设计阶段应充分考虑地层承压水水头及承压水地层埋深，在无法确保能完全隔断承压水层情况下，应提前考虑好降压或封底等措施。

3）回填土方可以迅速消除基坑突涌发生条件，预防承压水基坑突涌事故发生。

4）应结合工程实际情况选用不同的突涌治理组合技术，治理过程应遵循科学快速原则，可达到经济、安全的效果。