粉砂場(chǎng)地某深基坑滲透破壞案例分析

徐芫蕾,左武展,樊有芳

(1. 浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012；2. 浙江建科物業(yè)管理有限公司,浙江 杭州 310012；3. 浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012)

滲流引起的失穩(wěn)破壞,在水利工程中相關(guān)研究較多[1-3]。然而因基坑為臨時(shí)性結(jié)構(gòu),滲流引起的基坑破壞研究相對(duì)較少,相關(guān)規(guī)范條文已不能適應(yīng)目前復(fù)雜的地質(zhì)條件和基坑規(guī)模[4]。早些年,李廣信等[5-6]對(duì)滲流情況下土壓力的計(jì)算進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,對(duì)比了不同滲流情況下庫(kù)倫土壓力和朗肯土壓力計(jì)算值的區(qū)別。近年來(lái),數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展迅速,部分學(xué)者通過(guò)建立數(shù)值模型,研究了滲流對(duì)基坑的影響。胡琦等[7]結(jié)合滲流對(duì)土體性質(zhì)影響的試驗(yàn)成果,提出了考慮滲流、開(kāi)挖卸荷以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形共同作用的基坑工程滲透破壞分析方法,并對(duì)某實(shí)例采用有限元數(shù)值模型進(jìn)行了分析比對(duì)；姜忻良等[8]采用三維有限元軟件建模,分析了基坑滲流場(chǎng)的分布特性,比較了不同土質(zhì)條件下滲流作用對(duì)基坑土體滲透穩(wěn)定性的影響。

本文以粉砂場(chǎng)地某深基坑為實(shí)例,詳細(xì)闡述了其滲透破壞過(guò)程,從地質(zhì)條件、坑邊雨水管網(wǎng)分布、止水帷幕施工質(zhì)量以及氣象條件四個(gè)方面進(jìn)行原因分析,并結(jié)合當(dāng)下工程實(shí)踐提出了幾點(diǎn)建議,以期對(duì)相似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

工程場(chǎng)地地貌屬錢(qián)塘江第四紀(jì)河口相沖海積平原,場(chǎng)地上部為河口相地層,系錢(qián)塘江口近代沖海積沉積的粉砂性土層,中部為海相軟土層,下部為古錢(qián)塘江沖洪積沉積的砂礫石層,下伏基巖為安山巖。事故發(fā)生段對(duì)應(yīng)工程地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。

圖1 管涌處地質(zhì)剖面

基坑開(kāi)挖影響深度范圍內(nèi)各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 相關(guān)地質(zhì)參數(shù)一覽表

場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水系,距場(chǎng)地東側(cè)邊界約15 m有一城市內(nèi)河道,河寬約20 m,詳堪期間實(shí)測(cè)水面標(biāo)高為4.30 m,水深約3.4 m,流速緩慢。

場(chǎng)地勘探深度內(nèi)主要分布兩層地下水,上層地下水性質(zhì)屬松散孔隙型潛水,下層地下水性質(zhì)屬松散孔隙型承壓水。場(chǎng)地內(nèi)淺部潛水主要賦存在淺部①填土層、②粉土與粉砂層中,詳堪期間在勘察孔內(nèi)測(cè)得穩(wěn)定水位埋深為0.90～5.90 m,高程為2.07～4.81 m,主要受大氣降水和地下同層側(cè)向徑流補(bǔ)給,并與東側(cè)河道水力聯(lián)系強(qiáng),以豎向蒸發(fā)及地下同層側(cè)向徑流排泄,并隨季節(jié)性變化,年水位變幅約2 m。場(chǎng)地內(nèi)承壓含水層主要賦存于下部古錢(qián)塘江堆積的砂礫層中。

1.2 圍護(hù)設(shè)計(jì)概況

基坑北、西、南三側(cè)環(huán)路,東側(cè)為一條河道。基坑挖深10.1～11.1 m(兩層地下室),坑底在河道底以下約6 m。基坑開(kāi)挖面積約26 126 m2,采用φ800@1100鉆孔灌注樁加一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐,樁頂下降3 m,外設(shè)φ650@450三軸攪拌樁止水帷幕。管涌發(fā)生位置的設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度10.1 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面剖面見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 圍護(hù)平面布置圖

1.3 事故概況

事故發(fā)生前,基坑已全部開(kāi)挖完成,處于基礎(chǔ)全面施工階段,部分地下室一層頂板混凝土澆筑完成。

事發(fā)日早上4:20左右,工地人員發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|南角漏水且附近路面有局部塌陷現(xiàn)象,并立即采取搶險(xiǎn)堵漏措施。上午6:00左右基坑圍護(hù)外側(cè)土坡塌陷,大量河水通過(guò)斷裂的排水管道涌進(jìn)塌陷處并灌入基坑,因河床水位高水流湍急,拋填建筑材料等搶險(xiǎn)措施無(wú)效。隨著湍急水流不斷沖刷,排水管附近的河堤出現(xiàn)潰堤。隨后通過(guò)在潰堤口上下游填筑臨時(shí)圍堰截流和潰堤口灌注混凝土,下午16:00左右截流成功,河水倒灌事故得以控制。本次事故,基坑連續(xù)灌水約10 h,基坑積水深度約2.0 m,總積水量約 50 000 m3。事故現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖4～6。

圖4 雨水管道向塌陷處涌水(事發(fā)日6:32)

圖5 坑內(nèi)涌水(事發(fā)日8:14)

圖6 河水倒灌事故全貌(事發(fā)日10:17)

2 事故原因分析

粉砂土易流失,檢查井有滲漏；雨水檢查井周邊土體被掏空,而后塌陷；檢查井破壞,河水通過(guò)排水管流入塌陷區(qū),大量河水補(bǔ)給塌陷區(qū),并通過(guò)帷幕間的滲流通道與坑內(nèi)形成直接水力聯(lián)系,河水倒灌。坑內(nèi)外水力聯(lián)系見(jiàn)圖7。

圖7 坑內(nèi)外水力聯(lián)系圖

2.1 土質(zhì)滲透系數(shù)較大

②-1黏質(zhì)粉土、②-2砂質(zhì)粉土和②-3砂質(zhì)粉土層與基坑?xùn)|側(cè)的河道水力聯(lián)系強(qiáng)；在基坑開(kāi)挖影響深度內(nèi)以粉土、粉砂層為主,屬滲透性土層,在一定滲透力作用下易產(chǎn)生流土、管涌現(xiàn)象。勘察報(bào)告建議在基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)東側(cè)河道進(jìn)行截流(有條件情況下)或采用三軸水泥攪拌樁止水。

2.2 坑邊雨水管網(wǎng)分布不明確

根據(jù)事故發(fā)生后建設(shè)單位提供的基坑周邊道路管線圖,基坑?xùn)|南角存在市政雨水檢查井和東側(cè)河道相通的排水管,基坑南側(cè)道路局部路段雨水匯集于此后排入東側(cè)河道。但建設(shè)單位提供的早期基坑周邊道路管線圖中,未標(biāo)明此雨水檢查井和排水管,故圍護(hù)設(shè)計(jì)方案未考慮此不利因素。另外，磚砌檢查井承受變形能力較弱,易開(kāi)裂,發(fā)生滲漏。

2.3 止水帷幕搭接不良

由相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)理日記、施工記錄和現(xiàn)場(chǎng)照片可知：

1)因監(jiān)測(cè)布點(diǎn)一般間隔20～50 m,本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(深層土體位移、坑邊沉降、地下水位等)未能提前預(yù)警事故的發(fā)生。四個(gè)月前,監(jiān)理巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)(后來(lái)事故發(fā)生處)鉆孔灌注圍護(hù)樁間出現(xiàn)流土滲漏現(xiàn)象(圖8)。樁基施工單位對(duì)圍護(hù)樁間流土滲漏處采用磚砌封堵的方式進(jìn)行處理,并用導(dǎo)管引流(圖9),但未及時(shí)采用坑后注漿的方式對(duì)止水帷幕進(jìn)行有效止?jié)B措施。

2)基坑管涌破壞后暴露的三軸水泥攪拌樁止水帷幕發(fā)現(xiàn),三軸水泥攪拌樁成樁質(zhì)量較好,但局部位置存在攪拌樁間搭接不良現(xiàn)象,見(jiàn)圖10。

圖8 樁間流土滲漏現(xiàn)象 圖9 磚砌封堵導(dǎo)管引流

圖10 坑外塌陷處水泥攪拌樁現(xiàn)狀

2.4 氣象條件

事故發(fā)生前兩個(gè)月,正值當(dāng)?shù)孛酚昙竟?jié),降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),地表水和地下水補(bǔ)給豐富,塌陷處的雨水檢查井運(yùn)行壓力大。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,本基坑滲透破壞、河水倒灌的主要原因如下：

1)不可避免因素：基坑開(kāi)挖期間降水量大,增大滲透力,場(chǎng)地本身就是透水性較大粉砂層,易產(chǎn)生流土和管涌。

2)可避免因素：建設(shè)單位在施工前提供給各方的場(chǎng)地管線圖未包含后來(lái)發(fā)生滲漏的坑邊檢查井,施工時(shí)發(fā)現(xiàn)此井,各方單位未對(duì)其進(jìn)行保護(hù)；止水帷幕施工質(zhì)量不良,未形成有效搭接；事故發(fā)生前四個(gè)月已發(fā)生小范圍滲漏,施工單位采用磚砌封堵而非坑后注漿,坑外管涌通道被保留, 留下隱患。 此外,

事故發(fā)生時(shí),靠近事故段的地下室2層外墻已施工完畢,地下室外墻與圍護(hù)樁之間距離狹窄,形成視覺(jué)盲區(qū),小范圍滲漏現(xiàn)象不易被日常巡視發(fā)現(xiàn),直至基坑坡面坍塌、河水倒灌,為時(shí)晚矣。

通過(guò)這一起因滲透破壞導(dǎo)致的基坑坍塌,筆者認(rèn)為：任何工程事故的發(fā)生,都是各方因素綜合作用下的結(jié)果。對(duì)于不可避免的因素,應(yīng)予以重視,做好準(zhǔn)備；對(duì)可避免因素,應(yīng)不放過(guò)任何可挽救的環(huán)節(jié),規(guī)范、增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,決不可抱有僥幸心理。