基于地質雷達檢測的深基坑隱患風險評價

趙 強，孫 鵬，楊學嘉，張雪峰

(1.北京工業大學 城市與工程安全減災省部共建教育部重點實驗室，北京 100124;2.中鐵十九局 第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

隨著城市建設的不斷發展，地下空間的利用得到極大重視，深基坑大量涌現。基坑圍護質量的優良與否直接關系到整個工程的成敗。由于地質條件的復雜性及施工質量的影響，使得選用的基坑支護及止水結構在某些部位會產生缺陷，危及基坑安全。目前國內常用地質雷達檢測基坑圍護與止水帷幕之間的隱患或異常點，很少對其進行評價。本文結合長春某輕軌車站基坑工程，利用地質雷達查找圍護結構的隱患，然后對隱患作出風險評價，以便提前處理隱患，降低或杜絕開挖過程中或運營過程中因地下水帶來的不利影響［1～4］。

1 工程概況

該基坑擬建場地地勢西高東低。場地地貌類型為松遼波狀平原東緣與吉東山地接址帶，地貌單元為長春波狀臺地，勘察高程測量采用長春市城市高程。沿線地面高程為208.114～204.50 m，最大高差3.614 m。勘察揭露最大深度40.0 m。勘察結果表明，場地地層主要由三部分組成:地表一般分布有道路結構層和人工堆積雜填土層、第四系沖積黏性土和沖洪積砂土，下伏白堊系泥巖。

實測地下水位埋深2.90～5.50 m。擬建場地地下水賦存于第四系黏性土和砂土層中，含水層的厚度在10.0～15.0 m。其下部的泥巖為不透水層。擬建場地地下水類型屬第四系孔隙潛水，由于含水巖組透水性及富水性的差異，在一定條件下砂土層中的孔隙水可表現出一定的微承壓性。由于基坑側壁附近分布有砂土層，出水量可能較大，在水壓力作用下，易形成泥砂突涌現象。各土層在地下水的作用下，坑壁容易坍塌，加劇坑壁的不穩定性，直接影響地下工程的施工。施工及使用中，必須重視地下水的影響，采取必要的防治措施。地下水動態及抗浮設計水位根據當地地下水動態長期觀測資料，地下水隨季節性變化，年變化幅度1.5～2.0 m。

填土、黏土層較厚，黏土層與全風化泥巖之間為砂層，基坑第一至第三道支撐范圍內周圍地層為軟土，并且車站地下水位較高。車站主體及站臺區間結構采用明挖順做法施工。圍護結構采用鉆孔灌注樁結合鋼支撐的形式，樁間土掛網噴混凝土保護。

2 檢測方法與結果分析

2.1 檢測方法及原理

當基坑開挖至第三道圍檁處，出現滲水及圍護樁之間土體流失等異常現象，結合現場開挖情況發現滲水現象出現在砂土層內，且地下水位較高，如圖1、圖2。同時，相應部位的樁身水平變形較大，初步判定基坑圍護樁及止水帷幕存在安全隱患，利用瑞典MALA公司生產的RAMAC/GPR探地雷達對存在隱患的部位進行無損檢測。

地質雷達(簡稱 GPR)，是一種對地下的或物體內不可見的目標體或界面進行定位的電磁技術。其工作原理是:高頻電磁以寬帶脈沖形式，通過發射天線被定向送入地下，經存在電性差異的地下地層或目標反射后返回地面，由接收天線接收。高頻電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性特征及幾何形態而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質體的空間位置及結構。其工作原理如圖3。

圖1 樁間土體流失

圖2 基坑砂土層

圖3 地質雷達工作原理

利用一個天線(Tx)對地發射高頻寬帶電磁波，用另外一個天線(Rx)接收來自地下的反射，折射電磁波和地表的直達波以及干擾電磁波。由于地下介質的導電性、介電性存在差異，根據電磁波在傳播過程中會產生能量衰減、頻散、頻移等變化，接收天線接收到的電磁波信號包含了地下介質信息，通過對接收信號的回放處理就可以反映地下介質分布情況。

基坑圍護樁為鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm，間距1 200 mm，外有2排600 mm旋噴樁作為止水帷幕，如圖4。結合現場情況，選用500M屏蔽天線，對砂土層的基坑側壁進行地質雷達探測，探測深度2.8 m。

圖4 圍護結構示意(單位:mm)

2.2 結果分析

選取部分圖像進行分析(圖5)。從探查圖像可明顯判別出圍護樁位置，圍護樁成規律性上凸圖像。分析后表明探測區域圍護樁與止水帷幕間局部存在疏松現象;個別圍護樁成樁質量不良，樁身存在隱患。圖5所示疏松區域(7.5～9.0 m，9.5～10.5 m)緊鄰圍護樁，與周圍區域相比電磁波反射強烈，同相軸不平行、不穩定，幅度橫向不均勻，波形不一致，明顯異于周圍介質，但沒有明顯的多次反射，反射明顯，且快速衰減，厚度約0.5 m，判定有疏松現象，出現疏松的原因可能是該位置止水帷幕存在缺陷，止水效果較差，基坑圍護外側的地下水向基坑內滲透，導致土體隨滲水流失。圍護樁缺陷(14～15 m)位置0.8 m深度處電磁波反射雜亂，圖像明顯異于正常樁身圖像，判定為圍護樁不密實，同時緊跟一長帶形雜亂反射波，也存在疏松現象［5～7］。圍護樁不密實可能是混凝土澆筑過程中砂層塌落造成的樁身缺陷。

3 風險評價及處理措施

3.1 風險評價

基坑開挖過程中，圍護樁及止水帷幕的效果直接影響到基坑工程的安全。進入雨季后，基坑止水帷幕的好壞直接關系到基坑的安全。特別是該基坑圍護缺陷出現在砂層內，極易產生涌沙事故，危害基坑安全。而目前國內無明確的基坑圍護質量評價標準，在閱讀大量相關文獻后，根據工程經驗，提出針對該工程的基坑圍護風險評價標準，見表 1［8］。

圖5 雷達圖像分析

表1 基坑圍護風險評價等級

當基坑圍護等級為很低時，基坑側壁存在極少量滲水現象，基坑可正常開挖，不需要采取特殊的處理措施;當基坑圍護等級為低時，基坑側壁存在少量滲水現象，基坑可正常開挖，但應對基坑圍護樁缺陷處進行處理，增強圍護支撐能力;當基坑圍護等級為一般時，基坑側壁局部存在滲水現象，基坑可正常開挖，在對基坑圍護缺陷處進行處理的同時，應對止水帷幕的缺陷進行處理;當基坑圍護等級為較高時，基坑側壁存在大量滲水現象，必須采取處理措施，及時加固圍護樁，合理安排開挖工序工法，才可開工;當基坑圍護等級為很高時，基坑側壁滲水現象嚴重，甚至出現涌水、涌沙，圍護樁支護能力嚴重損失，應禁止施工，同時制訂專項處理方案，并會同設計、施工、監理各方意見，商討解決方法。

本次共探測測線長度160 m(兩側)，存在3處圍護樁缺陷，存在14處疏松區域，共計25 m。經分析可以對基坑圍護質量做出如下評價:車站圍護的整體質量為一般等級，施工過程中需重點關注，應注意防水作業，避免出現涌沙。已進入雨季，降雨導致基坑外水位上升，水壓力增大將會加劇滲水;同時車站距離鐵路鐵軌較近，局部區段不足5 m，一旦出現事故將影響鐵路正常運營，后果嚴重，因此將該處的圍護樁及止水帷幕安全等級降低一級，降至較差等級，施工中應著重關注。

3.2 處理措施

基坑東側緊鄰鐵路，西側為一重要文物建筑，不適宜采用基坑外井點降水，故采取以下處理措施:

1)基坑周邊地面裂縫均需采用水泥砂漿或細石混凝土及時封堵;暴雨時，用防水材料覆蓋基坑東側裸露地面，減少雨水滲入，進一步做好基坑周邊地面的排水。

2)基坑支護內側壁滲漏水根據不同情況采用防水材料或壓密注漿等方法堵漏，一般不宜采用引流的方法。

3)挖土完成后，基坑暴露時間越短越好，在基坑土方開挖的同時，聯系好有關單位，待挖土完成后盡快進行基礎底板施工，減少雨水浸泡基巖，降低基巖強度，弱化圍護樁的支護能力。

4)加強基坑位移監測，關注位移變化。

4 結論

本文通過利用地質雷達對某深基坑圍護工程進行無損檢測，探明該基坑圍護存在的缺陷，并提出了針對該基坑圍護質量的風險評價標準，為基坑的安全開挖提供了指導。基坑開挖暴露的圍護面積很大，對整個圍護工程進行完全、詳實的檢測并不現實，往往會影響施工進度。只能是伴隨著基坑的開挖，結合現場情況，對潛在的危險點進行檢測和評價。因此，應同目前常用的基坑安全監測項目(位移和應力)數據進行對比，綜合判斷基坑工程的安全性，這樣才能取得良好工程效益。

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