粉砂场地某深基坑渗透破坏案例分析

徐芫蕾,左武展,樊有芳

(1. 浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012；2. 浙江建科物业管理有限公司,浙江 杭州 310012；3. 浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江 杭州 310012)

渗流引起的失稳破坏,在水利工程中相关研究较多[1-3]。然而因基坑为临时性结构,渗流引起的基坑破坏研究相对较少,相关规范条文已不能适应目前复杂的地质条件和基坑规模[4]。早些年,李广信等[5-6]对渗流情况下土压力的计算进行了较为系统的研究,对比了不同渗流情况下库伦土压力和朗肯土压力计算值的区别。近年来,数值模拟技术发展迅速,部分学者通过建立数值模型,研究了渗流对基坑的影响。胡琦等[7]结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并对某实例采用有限元数值模型进行了分析比对；姜忻良等[8]采用三维有限元软件建模,分析了基坑渗流场的分布特性,比较了不同土质条件下渗流作用对基坑土体渗透稳定性的影响。

本文以粉砂场地某深基坑为实例,详细阐述了其渗透破坏过程,从地质条件、坑边雨水管网分布、止水帷幕施工质量以及气象条件四个方面进行原因分析,并结合当下工程实践提出了几点建议,以期对相似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程地质概况

工程场地地貌属钱塘江第四纪河口相冲海积平原,场地上部为河口相地层,系钱塘江口近代冲海积沉积的粉砂性土层,中部为海相软土层,下部为古钱塘江冲洪积沉积的砂砾石层,下伏基岩为安山岩。事故发生段对应工程地质剖面见图1。

图1 管涌处地质剖面

基坑开挖影响深度范围内各土层主要物理力学指标见表1。

表1 相关地质参数一览表

场地内无地表水系,距场地东侧边界约15 m有一城市内河道,河宽约20 m,详堪期间实测水面标高为4.30 m,水深约3.4 m,流速缓慢。

场地勘探深度内主要分布两层地下水,上层地下水性质属松散孔隙型潜水,下层地下水性质属松散孔隙型承压水。场地内浅部潜水主要赋存在浅部①填土层、②粉土与粉砂层中,详堪期间在勘察孔内测得稳定水位埋深为0.90～5.90 m,高程为2.07～4.81 m,主要受大气降水和地下同层侧向径流补给,并与东侧河道水力联系强,以竖向蒸发及地下同层侧向径流排泄,并随季节性变化,年水位变幅约2 m。场地内承压含水层主要赋存于下部古钱塘江堆积的砂砾层中。

1.2 围护设计概况

基坑北、西、南三侧环路,东侧为一条河道。基坑挖深10.1～11.1 m(两层地下室),坑底在河道底以下约6 m。基坑开挖面积约26 126 m2,采用φ800@1100钻孔灌注桩加一道钢筋混凝土内支撑,桩顶下降3 m,外设φ650@450三轴搅拌桩止水帷幕。管涌发生位置的设计开挖深度10.1 m。围护结构平面剖面见图2、图3。

图2 围护平面布置图

1.3 事故概况

事故发生前,基坑已全部开挖完成,处于基础全面施工阶段,部分地下室一层顶板混凝土浇筑完成。

事发日早上4:20左右,工地人员发现基坑东南角漏水且附近路面有局部塌陷现象,并立即采取抢险堵漏措施。上午6:00左右基坑围护外侧土坡塌陷,大量河水通过断裂的排水管道涌进塌陷处并灌入基坑,因河床水位高水流湍急,抛填建筑材料等抢险措施无效。随着湍急水流不断冲刷,排水管附近的河堤出现溃堤。随后通过在溃堤口上下游填筑临时围堰截流和溃堤口灌注混凝土,下午16:00左右截流成功,河水倒灌事故得以控制。本次事故,基坑连续灌水约10 h,基坑积水深度约2.0 m,总积水量约 50 000 m3。事故现场情况见图4～6。

图4 雨水管道向塌陷处涌水(事发日6:32)

图5 坑内涌水(事发日8:14)

图6 河水倒灌事故全貌(事发日10:17)

2 事故原因分析

粉砂土易流失,检查井有渗漏；雨水检查井周边土体被掏空,而后塌陷；检查井破坏,河水通过排水管流入塌陷区,大量河水补给塌陷区,并通过帷幕间的渗流通道与坑内形成直接水力联系,河水倒灌。坑内外水力联系见图7。

图7 坑内外水力联系图

2.1 土质渗透系数较大

②-1黏质粉土、②-2砂质粉土和②-3砂质粉土层与基坑东侧的河道水力联系强；在基坑开挖影响深度内以粉土、粉砂层为主,属渗透性土层,在一定渗透力作用下易产生流土、管涌现象。勘察报告建议在基坑开挖时对东侧河道进行截流(有条件情况下)或采用三轴水泥搅拌桩止水。

2.2 坑边雨水管网分布不明确

根据事故发生后建设单位提供的基坑周边道路管线图,基坑东南角存在市政雨水检查井和东侧河道相通的排水管,基坑南侧道路局部路段雨水汇集于此后排入东侧河道。但建设单位提供的早期基坑周边道路管线图中,未标明此雨水检查井和排水管,故围护设计方案未考虑此不利因素。另外，砖砌检查井承受变形能力较弱,易开裂,发生渗漏。

2.3 止水帷幕搭接不良

由相关监测数据、监理日记、施工记录和现场照片可知：

1)因监测布点一般间隔20～50 m,本项目监测数据(深层土体位移、坑边沉降、地下水位等)未能提前预警事故的发生。四个月前,监理巡查时发现(后来事故发生处)钻孔灌注围护桩间出现流土渗漏现象(图8)。桩基施工单位对围护桩间流土渗漏处采用砖砌封堵的方式进行处理,并用导管引流(图9),但未及时采用坑后注浆的方式对止水帷幕进行有效止渗措施。

2)基坑管涌破坏后暴露的三轴水泥搅拌桩止水帷幕发现,三轴水泥搅拌桩成桩质量较好,但局部位置存在搅拌桩间搭接不良现象,见图10。

图8 桩间流土渗漏现象 图9 砖砌封堵导管引流

图10 坑外塌陷处水泥搅拌桩现状

2.4 气象条件

事故发生前两个月,正值当地梅雨季节,降水强度大、持续时间长,地表水和地下水补给丰富,塌陷处的雨水检查井运行压力大。

3 结 语

综上所述,本基坑渗透破坏、河水倒灌的主要原因如下：

1)不可避免因素：基坑开挖期间降水量大,增大渗透力,场地本身就是透水性较大粉砂层,易产生流土和管涌。

2)可避免因素：建设单位在施工前提供给各方的场地管线图未包含后来发生渗漏的坑边检查井,施工时发现此井,各方单位未对其进行保护；止水帷幕施工质量不良,未形成有效搭接；事故发生前四个月已发生小范围渗漏,施工单位采用砖砌封堵而非坑后注浆,坑外管涌通道被保留, 留下隐患。 此外,

事故发生时,靠近事故段的地下室2层外墙已施工完毕,地下室外墙与围护桩之间距离狭窄,形成视觉盲区,小范围渗漏现象不易被日常巡视发现,直至基坑坡面坍塌、河水倒灌,为时晚矣。

通过这一起因渗透破坏导致的基坑坍塌,笔者认为：任何工程事故的发生,都是各方因素综合作用下的结果。对于不可避免的因素,应予以重视,做好准备；对可避免因素,应不放过任何可挽救的环节,规范、增强现场管理,决不可抱有侥幸心理。