承压水地层基坑底部突涌及解决措施.pdf

书书书 承压水地层基坑底部突涌及解决措施 郑剑升 张克平 章立峰 同济大学铁道建筑工程系 上海 中铁二局集团五处 四川德阳 摘要针对基坑下部有承压水层 评价了基坑开挖引起承压水水头压力冲毁基坑覆土而造成基底突涌的可能性 并对现 场事故原因进行了分析 并提出相应的处理措施 关键词地下工程承压水突涌降压井基坑 引言 在基坑开挖过程中 随着深度越来越大 基底下 部不透水层厚度越来越薄 承压水有可能顶破坑底 而发生突涌 隆起 造成基坑围护结构失稳 最终酿 成基坑工程中最大的危险事故 目前对承压水的研 究较少 对承压水的作用尚无合适的算法 文献 考虑上覆土层重量与滞水层水压及承压水的水压力 平衡 给出基底抗突涌安全验算公式 文献 则给出 了解决承压水引起基坑突涌的措施 文献 在基坑 边坡的稳定分析中不仅考虑了潜水渗流的作用 还 把承压水层作为整体渗流场的一部分 指出在基坑 设计的各项验算中 将整体渗流场分开 取其部分进 行计算 这些方法必须与实际的场地条件相结合 本文结合文献 和文献 对实际工程进行分析 总 结了一些经验 为设计和施工提供参考 工程概况 为某地铁区间隧道 地处江边 地势较为平坦 为全新世冲淤沉积层 自上而下所穿越的地层为 人工填土 厚度 粉质粘土 局 部缺失 层厚 淤泥质粉质粘土 局部夹 薄层粉土 粉砂 层厚 淤泥质粉质粘 土 夹薄层粉土 粉砂 层厚 粉土 层厚 中砂 层厚 粉砂 层 厚 粉细砂 层厚 左右 区间主 体结构位于 和 淤泥质粉质粘土 层 各土层的物理力学性质指标如表 所示 隧道结构为矩形双孔 区间总长约 由 于位于城市郊区 场地开阔 且结构埋深较浅 约 故采用明挖法施工 基坑开挖面宽为 开挖深度为 采用钻孔灌注桩与 水泥搅拌桩咬合作围护结构 钻孔灌注桩桩径为 间距为 桩身长度 采用 水下钢筋混凝土 搅拌桩桩径 间距为 桩长 设置在两钻孔灌注桩之间 与钻孔桩咬合尺寸为 桩顶设冠梁 冠梁顶 绝对标高为 表 各土层主要物理力学性质指标 层号岩土层名称 含水量 重度 垂直渗透系数 水平渗透系数 软 可塑粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粉质粘土 稍密粉土 稍密 松散中砂 稍密 中密粉砂 中密粉细砂 场地地下水分为浅层潜水和承压水 潜水层由 人工填土层及全新世漫滩相软弱粘土层构成的孔隙 含水层组成 其透水性 含水性各不相同 主体为全 新世沉积软弱粘性土 包括 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粉质粘 土 饱含地下水 但透水性弱 属弱 微透水 层 潜水水位受季节性影响 雨季为地面以下 承压水层由粉土层和砂土层构成 主要 第 卷 第 期 年 月 隧道建设 赋存于 粉土及以下的粉砂 粉细砂 中砂层 其透水性好 土层较厚 含水量丰富 为影响地铁施 工的主要含水层 因上覆有微 弱透水的淤泥质粉 质粘土作为相对隔水层 故该含水层具有承压性 承压水水头标高为 基本与地表面持平 基底抗突涌稳定性 当基坑下部有承压水存在 开挖减小了含水层 上覆不透水层的厚度 当厚度减小到一定程度时 承 压水的水头压力能冲透不透水层 甚至顶裂或冲毁 基坑底板 造成突涌现象 基坑突涌将会破坏地基 强度 造成基坑失稳 给施工带来很大困难 如图 所示 验算坑底不透水层厚度与承压水 水头压力的平衡条件如下 图 计算简图 由式 可知 基坑开挖后不透水层厚度 应为 式中 为基坑开挖后不透水层的厚度 为岩土的 重度 为水的重度 为承压水水头高于含水层顶 板的高度 当 时 基坑不发生突涌 当 时 基坑可能发生突涌 抗突涌安全系数 考虑上覆土层重量与滞水层水压及承压水的水 压力平衡 一般安全系数取 现场事故分析及应急措施 基坑在 年 月底开始开挖 月初基坑挖 到地表面以下 时 长的开挖断面内基底出 现 处涌水 涌砂 并出现直径约 的涌砂圆锥 体 涌水量也比较大 处加起来的水量约 针对这一工况 立即采用轻型井点降水 但是效果不 明显 当天夜里立即采取两条措施 立即停止抽 水 并回填约 高的土 在基坑外两侧离围护结 构 补打深井降压 通过坑外降压来保证基坑 安全 基坑开挖深度 由地质与水文资料可知 承压层顶板深 覆土厚 故 基底抗突涌稳定系数为 由于 远小于 在基坑开挖深度达 时 基底出现突涌现象 而且还比较严重 此时抗突涌 稳定系数为 根据计算 抗突涌稳定系数 远小于 的规范要求 但施工前地质 勘测资料未给出承压水层 由于对地层的承压水认识不足 从疏干井抽水 量观测表明 流量不大 基本为浅层潜水 未抽到承 压水 由于开挖前打的降水井对隔水层的土体存在 扰动 反而增加了发生突涌的可能性 从现场发生 突涌的位置和涌水量来看 最先开始突涌的地方是 在降水井管四周 而且此处涌水量 涌砂量最大 涌 水量大于 解决措施 一般地基加固方法有 采用高压三重管旋喷 注浆法 在开挖前于基坑底面以下做成与坑周围围 护结构结成整体的抗承压水底板 采用化学注浆 法或者高压旋喷注浆法 在开挖之前于基坑周围围 护结构底部平面以上做成封住基坑周围围护结构底 平面的不透水加固土层 此加固层底面以上土重与 其下面承压水压力相平衡 使基坑工程得以安全完 工 但是根据前述事故原因分析可知 这种加固方 法也只能起部分作用 并不能解决根本问题 对承压水的处理方法基本有两种 降压 即 通过降压井降低承压水的水头 对基地进行强 加固 在基坑外侧或内侧以深井点降低承压水水 压 同时在附近建筑物旁边地层中用回灌水法以 控制地层沉降 保护建筑设施 当基坑处于空旷地 区可不采取回灌水措施 与上面两种方法分析比较 可以看出 只有采用这种方法是最合理的 根据前面的分析 坑底降水的目的是降低承压 水头 确保基坑挖土与封底的安全 不发生冒水 冒 砂 按下面第一种计算 本工程最终需将承压水水 头降至地面以下 深 即水头降深 若不考虑其他因素 则计算承压水水头所需降 隧道建设 第 卷 深为 如果按实际情况 则计算承压水水头所需降 深为 本工程基坑的特点是较窄条形开挖 基坑四周 空旷平坦 因而工程环境条件较宽松 可将降水井布 置在坑外 降水面积的增加更有利于增强坑底的稳 定性 如将降水井布置在坑内 将产生两方面不利 因素 一方面减少了坑内开挖工作面 加大了施工 难度 另一方面随着基坑开挖深度的增大 深井井管 的悬空部分增加 失稳的可能性加大 一旦失稳 后 果不堪设想 经过计算 修改原有降水方案 原来布置在基坑 内的疏干井不变 沿基坑长度方向两侧另外布置间 距为 深为 的深井 如图 所示 用外径为 内径为 的混凝土井管 从 月初到 月中旬 单井抽水量均在 左右 效果非常 好 没有发生突涌现象 基底隆起也很轻微 图 降压井布置图 结语 通过对本工点的分析 可以获得以下几点认识 施打降水井或疏干井时 不能正好打穿隔水 层 这样反而扰动了不透水层 增加局部发生突涌的 可能性 底部有承压水层的基坑 应根据工程特点 采 取合理的承压水处理方案 基坑工程一旦出现突涌现象 要及时采取措 施 不能拖延时间 否则对基坑十分不利 极容易出 现基坑失稳 降压井应该严格控制质量 否则发生堵塞很 容易出现突涌 为此应作好水位观测 水位管必须 打入承压水层 参考文献 黄强 建筑基坑支护技术规程应用手册 北京 中国 建筑工业出版社 刘建航 候学渊 基坑工程手册 北京 中国建筑工业 出版社 黄春娥 龚晓南 承压含水层对基坑边坡稳定性影响的初 步探讨 建筑技术 任唯幸 李树逊 深基坑工程承压含水层井点降水分析 四川建筑科学研究 作者简介 郑剑升 男 年 月生 同济大学铁建系 研究生 主要从事地下工程研究工作 收稿日期 上接 页 了注浆加固措施 提高了地层的稳定性和承载力 在托换施工中 于隧道两侧布置的托换新桩基及临 近的既有桩基 在一定程度上也有着改善隧道围岩 性质 限制地层变位的作用 因此施工隧道的安全是 有保证的 与此同时 隧道施工及临近建筑物桩基 托换 也必然会对上部结构及桩基结构产生一定的 影响 由于在施工中采取了可靠的技术措施 确保这 种影响均在控制安全允许范围之内 结论 托换新桩采用 嵌岩无砂混凝土钢管灌注 桩 成孔过程中采用泥浆护壁 钢管内填充水泥浆与 碎石固结体 先注水灰比 水泥浆置换孔内护壁 泥浆 再投放粒径 碎石 碎石与水泥浆固 结形成强度标号 的混凝土 从而完成钢管灌注 桩的施工 我们首次在无砂混凝土钢管灌注桩施工 中采用工艺先进的新技术 取得了好的效果 施工 中 托换梁基坑的深度较小 从而减少了在托换施工 时因基坑开