沿江深基坑度汛風險分析與應對措施研究

陳 亮

(武昌區(qū)河道堤防管理所，湖北 武漢 430061)

水是誘發(fā)巖土工程失穩(wěn)、破壞的主要因素[1- 3]。基坑工程開挖深度大，極易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。在沿河地區(qū)，水量豐富汛期到來導致區(qū)域內(nèi)地下水水位上升，增大了基坑失穩(wěn)破壞的風險[4- 9]。因此，針對這一類型基坑分析其汛期風險是十分必要的，可為工程安全度汛提供參考。

1 工程概況

1.1 地理位置

長江武昌段某項目上游側對應八鋪街堤樁號2+660，下游側對應八鋪街堤樁號2+434。基坑開挖邊線與八鋪街堤背水面堤腳的最近距離為52.8m，地下室范圍線與八鋪街堤背水面堤腳的最近距離為55.0m，地面建筑與八鋪街堤背水面堤腳的最近距離為60.5m。

1.2 場地地質情況

1.3 支護結構方案

基坑整體采用“鉆孔灌注樁+一道鋼筋砼內(nèi)支撐”的支護形式，樁外側采用厚度為700mm的CSM工法水泥攪拌墻落底式止水帷幕(墻底進入隔水層⑥黏性土層不小于2m)。

除基坑北側中部采用雙排樁支護、4#樓東側采用雙排樁支護+臨邊坑底被動區(qū)加固外，其他區(qū)段采用單排樁支護。主樓電梯井坑中坑采用五面封處理，坑壁設置雙排Φ650@400三軸水泥攪拌樁，樁長為3.6m(1#～4#住宅樓)、3.8m(6#、7#樓)，咬合200mm；坑底設置Φ650@400三軸水泥攪拌樁封底加固，樁長2m。

1.4 地下水控制措施

地下水控制措施為側壁止水厚度為700mm的CSM工法水泥攪拌墻落底式止水帷幕，墻底進入隔水層⑥黏性土層不小于2m)+中深管井疏干排水。

原設計擬布設35口管井(坑內(nèi)降水井25口、坑外觀測井10口)，降水井過濾管、井管底均位于④-1粉細砂層。場區(qū)落底止水帷幕已實施完畢，根據(jù)基坑整體抽水連通性試驗結論，水泥土攪拌墻平均滲透系數(shù)為1.27×10-6～1.55×10-6cm/s。

受周邊環(huán)境影響并兼顧施工出土作業(yè)，場區(qū)實際實施15口降水井、5口觀測井，其中3#樓、4#樓區(qū)域3口(井號J2J1- 9～11)降水井已隨地下室結構建成而封堵。

2 基坑風險分析

2.1 地下室上浮風險分析

地下室設計標高為30.150m，抗浮設計水位取室外地坪標高30.000m，坑底標高取為19.15m，則抗浮水頭差為30.000-19.150=10.85m。

2.1.1 抗浮措施

本工程主要通過結構自重、地下室頂板覆土及抗拔樁來抵抗水浮力。抗拔樁抗拔承載力特征值Ra′=1500kN。結構自重及頂板覆土主要由以下幾項組成。

(1)頂板覆土荷載：q1=16×1.2=19.2kN/m2。

(2)頂板結構等效荷載：q2=23×0.35=8.05kN/m2。

(3)負一層結構等效荷載：q3=23×0.2+18×0.1=6.4kN/m2。

(4)底板及承臺等效荷載：q4=23×0.5+18×0.15=14.2kN/m2。

由此可計算出抗拔樁等效荷載：

q5=1.05×10.850×10-q1-q2-q3-q4=66.075kN/m2。

2.1.2 各階段抗浮水位計算分析

(1)底板及承臺施工完畢。此時通過抗拔樁、底板及承臺自重2個部分抵抗水浮力。對應抗力為：q抗1=q4+q5=80.275kN/m2。折算水頭為：h1=80.275/10/1.05=7.645m。換算成抗浮水位標高為：H1=19.150+7.645=26.795m，即允許的最高水位標高為26.795m(絕對標高)。

(2)負一層梁板施工完畢。此時通過抗拔樁、底板及承臺自重、負一層結構自重3個部分抵抗水浮力。對應抗力為：q抗2=q3+q4+q5=86.675kN/m2。折算水頭為：h2=86.675/10/1.05=8.255m。換算成抗浮水位標高為：H2=19.150+8.255=27.405m，即允許的最高水位標高為27.405m(絕對標高)。

(3)頂板梁板施工完畢且未施工頂板覆土。此時通過抗拔樁、底板及承臺自重、負一層結構自重、頂板結構自重4個部分抵抗水浮力。對應抗力為q抗3=q2+q3+q4+q5=94.725kN/m2；折算水頭為h3=94.725/10/1.05=9.021m；換算成抗浮水位標高為H3=19.150+9.021=28.171m。即允許的最高水位標高為28.171m(絕對標高)，高于堤段設計洪水位27.88m。

(4)頂板覆土施工完畢后。此時通過抗拔樁、底板及承臺自重、負一層結構自重、頂板結構自重、頂板覆土5個部分抵抗水浮力。對應抗力為q抗4=q1+q2+q3+q4+q5=113.925kN/m2。折算水頭為h3=113.925/10/1.05=10.850m。換算成抗浮水位標高為H3=19.150+10.850=30.000m。即允許的最高水位標高為30.000m(絕對標高)，高于堤段設計洪水位27.88m。為確保施工安全，項目擬于坑內(nèi)預留8口備用管井，對保留的管井上部加長至設計洪水位，于汛期對坑內(nèi)地下水位實時觀測。

2.2 基坑滲流風險分析

截至2022年4月11日，項目基坑支護、樁基工程已全部實施完畢；3#、4#樓區(qū)域已完成地下室結構施工，正在進行地上結構施工；1#、2#樓區(qū)域地下室底板已施工，正在進行地下室結構施工；6#、7#樓區(qū)域已挖至坑底，尚未完成地下室底板。

2.2.1 計算斷面

過基坑距背水面堤腳最近，過基坑開挖最深的6#辦公樓及其電梯井坑斷面，且本斷面為項目地下室施工進度最慢區(qū)域。

各土層滲透計算參數(shù)及允許滲透坡降見表1。

2.2.2 計算工況

漢口站水位為設防水位時，在達到穩(wěn)定滲流的情況下，6#、7#樓區(qū)域地下室底板尚未封閉，不考慮降水井的作用，落底式止水帷幕滲透系數(shù)按連通性試驗結果擴大5倍取為5×10-6cm/s，對場區(qū)能否滿足滲透坡降穩(wěn)定要求進行復核計算。

2.2.3 計算結果與分析

經(jīng)分析計算，計算斷面在計算工況下滲透計算成果見表2。

3 可能出現(xiàn)的風險及應對措施研

場區(qū)后續(xù)可能出現(xiàn)的風險主要包括基底突涌、基坑側壁管涌。

3.1 基底流土、突涌

對輕微的流土，可采用加厚墊層、加快澆注“壓住”流土。若仍未止住，可反壓沙包和土包，查明滲漏點，在滲漏點周圍采用注漿加固形成防滲帷幕。對嚴重的流土，應立即停工，進行回填。

針對突涌可采取加強排水、增加降水井數(shù)量、使用混凝土封堵等措施進行處理。

3.2 基坑支護結構側壁管涌

施工過程中，如支護體內(nèi)側出現(xiàn)管涌，可用如下方法處理：①插入導流管進行排水；②設置二道圍堰，中間填充碎石；③灌注混凝土加固。

3.3 基坑基底管涌

工程采用落底式止水帷幕截斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系，汛期發(fā)生坑底大面積管涌的險情可能性較小。由于底板后澆帶處將于2023年1月進行封閉，故2022年度汛期可能在后澆帶區(qū)域出現(xiàn)管涌險情。

當基坑坑底發(fā)生基底管涌時主要使用反濾的搶護方法，具體包括反濾圍井、反濾層壓蓋。

3.4 降水井抽水帶砂

降水井運行過程中如發(fā)現(xiàn)抽水帶砂現(xiàn)象，應立即停止運行此口降水井，增開其臨近降水井，并立即準備普通硅酸鹽干水泥，對該降水井管進行回填，之后用底板同標號混凝土封死井口，并加設封井鋼板。

表1 項目滲流計算各土層滲透系數(shù)綜合取值表

表2 計算斷面滲流成果表

4 結論

(1)根據(jù)深基坑工程的實際施工進度情況，復核計算基坑滲流和地下室上浮風險，經(jīng)計算，該項目地下室抗浮穩(wěn)定性滿足要求，基坑滲流亦滿足相關要求。

(2)深基坑工程在汛期安全風險較大，在度汛期間沿河深基坑工程仍可能出現(xiàn)的突涌、管涌、降水井帶砂等風險，針對這些風險源，提出了相關處理措施。

(3)在度汛期間，需要加強深基坑工程監(jiān)測預警工作，出現(xiàn)相關風險應及時采取應對措施，降低工程損失。