基坑突涌事故原因及應(yīng)對措施案例分析

代啟亮，李 行，孫 飛，張慧穎，高貴全

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程學(xué)院，云南 昆明 650031；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展中心，云南 昆明 650201)

在地下水豐富的地區(qū)開挖深基坑，一項事關(guān)全局的工作就是地下水防治[1]，若處理措施不當(dāng)很大程度上會引起基坑滲透破壞。根據(jù)葉琳昌、王曙光、蔣紅星等學(xué)者的大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，與地下水有關(guān)的基坑事故約占總事故的45%～70%[2- 4]，另外根據(jù)唐業(yè)清對深基坑事故的調(diào)查資料，約有22%的基坑事故與地下水處理有關(guān)[5]，甚至胡展飛[6]等通過調(diào)查資料提出約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)。而基坑突涌則是較為常見的基坑破壞形式，當(dāng)坑底水壓力增大到一定程度，基坑內(nèi)隔水層會發(fā)生開裂、涌砂、變形過大等形式的突涌破壞[7]。因此，黃寶安[8]指出，在前期的勘察各階段詳細查明場地水文地質(zhì)條件，客觀評價地下水可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出預(yù)防和治理措施，準確分析評價判斷，在地下工程施工前有針對性地采取有效的封堵措施和降水預(yù)案，盡可能的消除隱患和風(fēng)險，從而防止或減少災(zāi)害的發(fā)生。針對基坑突涌，為更好地確定預(yù)防和治理措施，吳詩陽[9]在基坑突涌驗算公式研究進展中指出，目前常見的方法有壓力平衡法、均值連續(xù)梁或板法、均質(zhì)體法、塑性破壞法、離心模型試驗研究法和數(shù)值模擬法，但這些方法均存在一些缺陷與不足。現(xiàn)行規(guī)范[10]采用壓力平衡法計算基坑突涌穩(wěn)定性，雖然忽略了坑底隔水層強度的抗突涌作用，更沒有考慮到基坑平面尺寸對突涌的影響[11- 12]，但只要針對地質(zhì)條件妥善使用是可以基本滿足工程要求的[13]。當(dāng)驗算不滿足基坑突涌穩(wěn)定要求或基坑已發(fā)生突涌破壞時，就需要對基坑進行地下水控制處理。對于承壓水，一般可以采取三類處理措施：降低承壓水位、隔離地下水和坑底加固[14]。這些措施在大量的工程實踐中被證明是有效的，但由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性以及施工質(zhì)量等原因，基坑突涌事故仍時有發(fā)生[15]。

本文以云南省某高效節(jié)水項目調(diào)節(jié)池基坑突涌事故為例，對運行過程中基坑發(fā)生突涌的原因進行分析，并對工程的處理措施進行分析評價，以期為相關(guān)工程基坑突涌事故處理提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

該高效節(jié)水項目區(qū)地下水豐富，項目區(qū)內(nèi)多處泉水出漏，調(diào)節(jié)池以鄰近泉點為水源，調(diào)節(jié)池尺寸為32m(長)×20m(寬)×3.65m(深)，基坑開挖深4.8m，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌、內(nèi)涂防滲層，墻頂高于地面20cm。在基坑開挖至3.5m時，發(fā)現(xiàn)大量滲水點，經(jīng)排水處理后再無滲水。經(jīng)判斷為基坑開挖至潛水埋藏位置造成的地下水出露。考慮地下水對基坑穩(wěn)定性的影響，在坑底設(shè)計及施工時，采取了相應(yīng)的處理措施，即自下而上采用30cm干砌塊石、15cm碎石墊層、無紡?fù)凉た椢铩?0cm黏土回填、復(fù)合土工布和50cmC20鋼筋混凝土。調(diào)節(jié)池完工2年內(nèi)，運行狀況良好。

1.2 基坑工程地質(zhì)條件

該調(diào)節(jié)池所在位置地形開闊平緩，地形自然坡度0°～5°，周邊無坍塌、滑坡等物理地質(zhì)現(xiàn)象，常年地下水位埋藏深度2～3.5m。直線距離20m處有一山體，砂巖出露。地表為第四系沖殘坡積物覆蓋，厚度2.5～3.5m，物質(zhì)成份主要以砂、礫石及粉質(zhì)粘土為主，該土層的天然容重為18.5KN/m3，內(nèi)摩擦角為20°～25°，粘聚力為30～35kPa，容許承載力180～185kPa。下伏基巖為石炭系的細粒石英砂巖，巖層呈單斜層產(chǎn)出，產(chǎn)狀10°∠15°，巖層呈強風(fēng)化狀態(tài)，強風(fēng)化層厚度15～18m，據(jù)工程經(jīng)驗，其粘聚力為45～65kPa，內(nèi)摩擦角為30°～35°，容許承載力1.0～1.1MPa。調(diào)節(jié)池基礎(chǔ)及周邊擋墻基礎(chǔ)能夠全部置于強風(fēng)化基巖上，地基承載力滿足設(shè)計要求。

1.3 基坑突涌事故概況

式中，kty—突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，kty不應(yīng)小于1.1；D—承壓含水層頂面至坑底的土層厚度，m；γ—承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度，kN/m3，對成層土，取按土層厚度加權(quán)的平均天然重度；Δh—基坑內(nèi)外的水頭差，m；γw—水的重度，kN/m3。

根據(jù)調(diào)節(jié)池施工尺寸可知，D為粘土層和鋼筋混凝土層的厚度之和0.9m；γ為鋼筋混凝土層和粘土層的加權(quán)平均飽和重度21.44kN/m3。因調(diào)節(jié)池發(fā)生池底突涌后，至池內(nèi)水深到0.8m時突涌停止。基于這個條件可知，在坑內(nèi)0.8m水深的壓重作用下，池底抗突涌穩(wěn)定，安全系數(shù)為1.1。經(jīng)求解，穩(wěn)定時內(nèi)外水頭差為1.58m。進一步分析可知，發(fā)生池底突涌時，Δh應(yīng)為2.38m。

經(jīng)計算得kty為0.59。可以判斷出，基坑突涌穩(wěn)定性差，基坑由于安全厚度不足引發(fā)坑底突涌。

2 事故處理措施及效果

2.1 處理方案選擇

根據(jù)以上分析，結(jié)合調(diào)節(jié)池本身工作特點，本次事故采取了拍門降壓止水、灌漿補強防滲和池底整體防滲相結(jié)合的綜合處理方案。

2.2 拍門降壓止水

根據(jù)設(shè)計計算，在池底布置20根φ150泄壓管，泄壓管位于每塊澆筑板中心(兩根泄壓管縱向距離8m、橫向距離5m)；深1.3m，底部與碎石墊層(厚15cm)底齊平，用120目尼龍紗網(wǎng)和80目鋼紗網(wǎng)分層包裹，與碎石層形成倒濾層；上部高于池底0.1m，采用套管式非金屬拍門充當(dāng)逆止閥，當(dāng)池內(nèi)水壓小于池外水壓時，拍門自動打開進行降壓；當(dāng)池內(nèi)水壓大于池外水壓(或拍門不承受外水壓力)時，拍門閉合水池正常蓄水，采用該種方式既能滿足基坑突涌穩(wěn)定要求，又能滿足水池蓄水目的。

2.3 注漿補強堵滲

考慮到池坑發(fā)生了開裂隆起破壞，且多處呈樹狀開裂破壞造成基坑底部土體一定程度上的流失，處理過程中結(jié)合泄壓管與池底結(jié)合部的滲漏通道堵滲，對底板下土體進行注漿補強。

采用水泥水玻璃雙液注漿，水泥漿水灰比1∶0.5，水玻璃濃度為35玻美度，水泥漿與水玻璃溶液的體積比為1∶0.8。

2.4 池底整體防滲

因池底多處出現(xiàn)樹狀開裂，為確保水池的蓄水效果，處理中重新對池底進行了整體防滲處理。對池底澆筑15cm厚的C20素混凝土，素混凝土上涂高彈抗裂防水涂料，與池壁形成整體防滲。

2.5 處理效果分析

本次事故采取了拍門降壓止水、灌漿補強防滲和池底整體防滲相結(jié)合的綜合處理方案，既能滿足基坑抗突涌要求，又能滿足調(diào)節(jié)池蓄水要求。通過人為提高地下水位校核及本年度雨季運行考驗，調(diào)節(jié)池均能正常運行，處理效果好。

(1)基坑抗突涌穩(wěn)定性好

拍門通過貫穿基坑下部碎石層的泄壓管實現(xiàn)內(nèi)外聯(lián)通，當(dāng)池內(nèi)水壓小于池外水壓時，拍門自動打開進行降壓，避免基坑突涌。拍門采用非金屬材料，具有強度高、密度小、工作壓力小等優(yōu)點。通過滲透力和拍門重力大小關(guān)系復(fù)核，拍門能滿足工作要求，可在避免坑底不發(fā)生基坑突涌的情況下實現(xiàn)自如啟閉。同時，處理過程中對底板下土體進行注漿補強，提高了土體的抗?jié)B穩(wěn)定性。整體抗?jié)B穩(wěn)定性好。

(2)滿足調(diào)節(jié)池蓄水要求

當(dāng)池內(nèi)水壓大于池外水壓時，拍門實現(xiàn)閉合，不會形成沿拍門的滲漏通道；對泄壓管與池底結(jié)合部進行堵滲及池底進行防滲；三者與池壁形成防滲體，實現(xiàn)調(diào)節(jié)池蓄水的目的。

3 結(jié)語

(1)通過驗證，采取拍門降壓止水、灌漿補強防滲和池底整體防滲相結(jié)合的綜合處理方案是可行的，特別是采用拍門降壓止水在降低地下水中具有一定的創(chuàng)新性，相關(guān)經(jīng)驗可為同類工程設(shè)計及事故處理提供有益借鑒。

(2)在地質(zhì)勘察時，應(yīng)充分查明建筑場區(qū)的地下水類型及運動分布規(guī)律，并結(jié)合工程設(shè)計資料，對基坑突涌穩(wěn)定性進行評價，提出合理建議。

(3)在基坑設(shè)計過程中，工程設(shè)計人員應(yīng)對基坑的最小安全厚度進行校核，同時采取有效措施降低地下水位，避免基坑突涌破壞。