大型深基坑管涌搶險施工技術

董 松 張津銓 朱帥帥 徐 亮 錢 晨

江蘇南通二建集團有限公司 江蘇 南通 226200

1 工程概況

蘇州中潤廣場工程為集辦公樓、商務辦公和商場于一體的綜合型建筑（圖1），總建筑面積218 800 m2，主樓高度為268 m。基坑呈矩形，滿設3層地下室，南北長約228 m，東西寬約96 m，地下室建筑面積約66 000 m2。基坑挖深－17.00～22.15 m，深坑部位最深處達－22.15 m。

圖1 蘇州中潤廣場工程

2 基坑管涌

基坑南區大面積第3層土方挖至基底標高時，未出現異常狀態。但在坑中坑部位第4層土方開挖時，坑底突發管涌險情，主要在鉆孔灌注樁邊出現涌砂的管涌情況。地下承壓水壓力較大，水頭沖出基底高度4～5 m。我公司立即啟動應急預案，采取袋裝水泥回填壓實的搶險措施，經過3 t水泥壓實回填和原有基坑四周減壓井同時抽水后，管涌情況暫時得以控制。

但經過24 h持續減壓抽水，發現水位不能降到深坑墊層部位，后續工作還是無法進行（圖2）。

圖2 涌水注滿深坑現場

3 原因分析及處理方案

3.1 原因分析

管涌部位位于工程樁邊，初步分析原因是，由于工程樁施工穿過不透水層，致使不透水層與工程樁之間出現縫隙，形成薄弱部位。待土方開挖至墊層標高時，不透水層局部薄弱部位無法承受下層承壓水壓力，承壓水透過薄弱部位噴射而出，致使基坑發生管涌現象。

3.2 主要處理方案

1）將原有6臺減壓井抽水泵改為大功率潛水泵，加大減壓抽水力度，并準備2臺大功率潛水泵備用。

2）準備好打設3臺減壓井的φ273 mm鋼管，以防減壓不夠時可在深坑部位增加3口減壓降水井，打設時間視6口減壓降水井的降水效果而定。

3）通過監測查看水位情況，進行深坑部位抽水，抽至基底后采用圓木樁打入涌水處，進行管涌口的封堵。

4）深坑部位墊層改為厚400 mm的C30抗滲混凝土，內配φ10 mm@150 mm單層雙向混凝土墊層。

5）坑中坑部位底板在鋼筋綁扎后先行澆筑1 600 mm厚，并沿水平施工縫部位增加一圈止水鋼板。

6）插入長1 000 mm的φ25 mm鋼筋，插入深度500 mm，縱橫向間距1 m、梅花形設置，作為施工縫部位的加固措施[1-3]。

4 具體方案實施

4.1 使用大功率潛水泵

將深坑四周原有6口減壓井抽水泵改為大功率潛水泵（功率4 kW，抽水量12.5 m3/h，揚程60 m），加大減壓抽水力度，并備用2臺大功率潛水泵。原有6口減壓井分別為：增1#、增2#、增3#、增4#、增5#、增6#，并將70#井作為減壓井觀測井（圖3）。

圖3 減壓井布置平面

4.2 增打3口減壓井

將原有降壓井更換為6臺大功率潛水泵后，經24 h連續減壓抽水，發現水位不能下降到深坑墊層標高以下。為此，新增3口減壓井，分別為新增1#、新增2#、新增3#。3口減壓井均用φ273 mm鋼管成井，深度為標高－16.75 m往下約20 m。通過以上降水措施，成功地把水位降至墊層以下。

4.3 H型鋼鋼板棧橋及塔吊配合吊土

待水抽完后，必須對基坑底部的土方、水泥等進行清理，因此小挖機須進入深坑內挖土。通過搭設臨時H型鋼鋼板棧橋來保證小挖機有足夠的操作面。

臨時H型鋼鋼板棧橋采用4根長6 m的H700 mm×300 mm型鋼，上鋪3塊厚20 mm的4 m×2 m鋼板。由于深坑內涌砂、側壁坍塌等導致坑底有大量泥漿，故采用塔吊、2個吊斗配合小挖機循環吊運泥漿，直至墊層底標高。

4.4 管涌口封堵

土方和前期扔入的水泥清理完畢后，挖至深坑底部標高時，仍有管涌口向外冒水，且摻雜著泥漿涌出，雖然壓力大大減小，但對基坑仍然有危險。因此，我們立即將準備好的長木樁打入涌水處，采用小挖機配合敲入，對管涌口進行封堵，控制涌水、涌砂的現象。

4.5 墊層澆筑

深坑部位塔吊配合吊土及人工清土時，為防止基坑出現管涌險情，盡量將墊層澆筑厚度加厚，可增加到300～400 mm，注意墊層底標高控制。墊層混凝土更改為≥C30抗滲混凝土墊層，內配φ10 mm@150 mm單層雙向鋼筋網片。澆筑范圍為深坑底尺寸向外擴500～800 mm，便于后續擋墻砌筑。

4.6 深坑斜坡砌筑擋墻并澆筑混凝土

由于現場深坑斜側壁已坍塌，故采用逐層砌擋墻且分層澆筑混凝土的方法進行斜坡施工。組織泥工班組30人進行4個斜坡面的砌筑搶工。當深坑部位為斜坡時，鉆孔灌注樁部位采用磚砌擋墻，確保樁側邊與基坑邊坡的設計距離要求。當深坑部位為垂直坑體時，則直接采用磚砌擋墻進行施工，砌筑完成的擋土墻外側應回填密實，且深坑部位的擋墻應采用型鋼進行對撐加固，防止二次坍塌（圖4）。

圖4 深坑斜坡砌筑及混凝土填充剖面

4.7 鋼筋綁扎

因現場砌筑斜面的斜率與設計圖紙中的尺寸往往有所不同，因此在砌筑過程中即進行了斜率的控制，并根據現場預定的斜率尺寸進行了設計復核，提前進行鋼筋翻樣與成型。

深坑四周斜面擋墻及混凝土澆筑完畢后，立即進行深坑部位底層鋼筋網綁扎施工。首先綁扎斜坡鉆孔灌注樁樁頭部位的加固鋼筋，然后是基坑底部的底層鋼筋。

4.8 止水鋼板焊接、固定

待深坑部位板底底層鋼筋網綁扎完畢后，以我們施工完成的項目為例：先行澆筑混凝土厚度為1.6 m，此部位水平施工縫沿深坑四周環狀設置寬300 mm、厚4 mm的鋼板止水帶。止水鋼板的壓邊朝向基坑外側，必須環形封閉設置。大型深基坑施工周期長，坑中坑部位又是整個深基坑施工中的重中之重，坑底暴露時間越長，給整個基坑帶來的施工風險越大，此深坑基礎二次澆筑技術可有效縮短坑中坑部位的基底暴露時間（圖5）。

圖5 止水鋼板焊接

4.9 頂部鋼筋網片支架預埋

根據坑中坑部位底板的總厚度，鋼筋支架豎向材料的選用需通過計算確定，采用18#槽鋼作為豎向受力構件，并在混凝土澆筑前進行預埋固定。

深坑部位的底板混凝土總厚度是整個工程中最大的，可達到4 m甚至更大，面層鋼筋網綁扎支架因高度高，且底部只能焊接在底層鋼筋網上而缺乏足夠的穩定性。

采用坑中坑底部先澆施工方法，有效減小了鋼筋支架的總高度，且支架型鋼的生根點在先澆筑的混凝土基礎上，或將上層鋼筋網片的支架底部直接預埋在先澆混凝土內，支架的穩定性大大提升。同時型鋼支架也起到了施工縫處的抗剪加固措施的作用。

4.10 混凝土澆筑、加固鋼筋設置

混凝土澆筑完成后終凝前插入長1000mm的φ25mm鋼筋，插入深度500mm，縱橫向間距1m、梅花形設置，或在鋼筋綁扎過程中提前定位焊接豎向短鋼筋，作為施工縫處的抗剪加固措施。

4.11 后續底板施工

坑中坑底板先澆部分完成后，后續進行整體大底板的施工，因深坑部位底板底部已經澆筑了一部分，所以電梯基坑的支模更方便、穩固。局部先澆工法減小了底板的一次澆筑厚度，使電梯井部位的支模抗浮要求降低，便于支模的加固穩定（圖6）。

圖6 后續底板施工

5 社會、經濟效益分析

5.1 社會效益

坑中坑基礎底部二次澆筑技術的使用，大大縮短了基坑最深處基底暴露時間，有效控制了基底管涌、側壁坍塌等險情的發生，為工人的生命財產安全提供了保證。此施工縫方法雖增加了一道工序，但對整個深坑基礎搶險施工的進度主線并無影響，且為后期的鋼筋支架制作、電梯井支模提供了便利。

5.2 經濟效益

深坑部位二次澆筑施工技術，增加1道止水鋼板，總長度40～50 m（根據坑中坑部位的大小而定），材料價格約38元/m，一個坑中坑增加費用約1 900元。增加1 m長φ25 mm短鋼筋，鋼筋價格約4 300元/t，增加根數根據坑中坑先澆筑部位大小而定，一般增加30～40根，增加費用約662.2元。再加上增加人工及輔材費用，一個坑中坑所增加的總費用合計約為3 000元。

一旦基坑出現管涌或坍塌，需增加減壓井、堵漏、降排水、邊坡加固等搶險費用為150～200萬元。需經過專家論證、現場實施情況勘察、甚至二次方案的變更等繁瑣的實施過程，施工進度將嚴重滯后，至少需要20 d時間，而我們大型深基坑項目的機械成本、管理成本、財務成本、措施費等每天約耗費5萬元，整個進度的滯后會給我們帶來將近100萬元的損失。因此，損失合計為250～300萬元。

綜上所述，從經濟效益對比分析來看，采用坑中坑基礎底部二次澆筑施工技術所增加的費用基本可忽略不計，從整個深基坑工程的施工全局來講，建議采用二次澆筑施工方法來有效避免大型深基坑的施工風險。

6 結語

本次管涌事故發生后，通過及時采取上述的有效措施，控制了管涌險情，防止因管涌事故進一步擴大而造成更大的損失。通過本次搶險，總結出坑中坑基礎底部二次澆筑施工技術，在基坑部位形成了水平封堵，對管涌有很好的處理效果及預防作用，為后續施工的進行提供了條件。同時，先行澆筑的混凝土對基坑側壁有一定的支撐作用，可以提高基坑安全系數，對工程進度、質量、安全、成本均有促進和控制作用，可推廣使用。