深基坑止水帷幕失效原因分析及处理措施研究

1、第6卷 第6期2010年12月 地下空间与工程学报Chinese Journal o fU nderground Space and Eng i neering V o. l 6 D ec . 2010深基坑止水帷幕失效原因分析及处理措施研究徐 勇, 王心联(南京市市政设计研究院有限责任公司, 南京 210008*摘 要:结合某地下车库基坑工程实例, 从施工工艺、水文地质条件等多方面对深基坑止水帷幕失效的原因进行了详细的诊断分析。针对常规止水帷幕失效处理措施存在的局限性, 在对场地地层中的潜水、承压水等不同类型地下水的分布、特性及其降水对周边环境影响的分析的基础上, 提出了有针对性的止水帷幕综

2、合处理措施。基坑施工全过程的各项监测数据表明, 在研究和分析了场区内地下水特性的基础上制定的止水帷幕失效综合处理措施是十分安全、经济、有效地, 可以为类似的工程提供有益的参考。关键词:深基坑; 止水帷幕; 止水失效; 处理措施中图分类号:TU46; TU472. 3 文献标识码:A文章编号:1673-0836(2010 06-1251-05Analysis on Reason ofW ater Stop Curtai n Fail ure i n D eep FoundationP it and R esearch on Its T reat m entM easuresXu Yong , W

3、 ang X i n lian(Nanjing M unici p alD esign and R esearch Institute Co . , L t d. , N anjing 210008, China Abstract :Comb i ned w ith an eng i neer i ng ex a mp le , th i s pape r analyzes t he cause o fw ate r stop curta i n fa il ure i n deep foundati on pit and puts f o r w ard the co rrespondi n

4、g m easure for its trea t m en t based on the research o f distributi on and properties o f the phreatic aquife r and artesian w ater . T he m on itor i ng resu lt i nd ica ted t hat t he trea t m en tm easures of w ater stop curtain fa il ure based on the research of the prope rti es of g round w a

5、ter is perfectly safe , econo m ica l and eff ec ti ve and can supply helpf u l reference for s i m il ar eng i neer i ng w ork .K eyword s :deep f ounda ti on p it ; w ater stop curta i n ; w ater stop fail ure ; treat m entm easures1 引 言止水帷幕是深基坑工程地下水控制的主要技术措施。止水帷幕是否可靠、有效, 直接关系到整个基坑工程的安全。但在实际工程中, 因

6、止水方案选择不当、对地质情况调查不充分、施工质量控制不严等原因, 止水帷幕失效的情况常有发生, 导致1, 2了很多基坑工程事故。因此探讨和研究深基坑止水帷幕失效原因和治理方法具有十分重要的意义。针对淮安供电公司地下车库基坑工程的实例,对止水帷幕失效的原因进行了分析, 并结合上层潜水、深层承压水各自的特性, 提出了有针对性的综合治理措施, 希望能为类似的工程提供一些参考。2 工程概况2. 1 基坑周边环境淮安供电公司地下停车库位于淮安供电公司院内, 地下2层, 基坑呈长方形, 长x 宽约129 40m, 最大开挖深度8. 8m 。基坑周围既有建筑物密集, 且距基坑边较近:东侧桩基础办公楼距基坑边

7、最近约2m; 南侧桩基础住宅楼距基坑边约5m;*收稿日期:2010 07 02(修改稿作者简介:徐勇(1978 , 男, 山东新泰人, 硕士, 工程师, 主要从事桥隧与地下工程、地基基础方面的设计和研究工E m i:l sal m1252地下空间与工程学报 第6卷西侧浅基础房屋距离基坑边约11m; 北侧浅基础房屋距离基坑边47m 。基坑施工场地十分狭窄, 周边环境复杂。基坑平面布置如图1 所示。图1 基坑平面布置图F ig . 1 Ichnography o f t he f ounda ti on p it2. 2 工程地质及水文地质2. 2. 1 工程地质场区上部土层较为复杂, 下部岩土种

8、类单一。工程地质条件如表1。表1 土层主要特征指标Tab l e 1 Th e gen eral characteristic indices of soil 序号123456789名称杂填土粉土淤泥质粉质粘土粉质粘土粘土粉土粘土粉土粘土含水率23. 227. 441. 230. 524. 525. 030. 324. 725. 33较弱。2. 3 支护设计方案结合场地周边环境及地质条件, 本基坑采用钻孔灌注桩加止水帷幕的组合式支护结构, 设计参数如下:(1 围护桩:采用 10001200钻孔灌注桩; (2 止水帷幕:采用单排 8501200三轴深搅桩, 水泥掺量20%, 进入第9层隔水粘土层

9、的深度不小于1. 5m; (3 支撑体系:采用竖向一道钢筋混凝土桁架支撑;(4 基坑降水:基坑内采用管井降水。支护结构剖面如图2所示。c 7783056751969渗透系数(cm /s5. 2 10-21. 9 10-43. 1 10-52. 3 10-7(% (kN /m (kPa19. 119. 518. 019. 520. 220. 019. 320. 020. 12. 5 10-75. 1 10-45. 3 10-74. 2 10-42. 2 10-73 基坑止水帷幕失效分析3. 1 止水帷幕失效情况根据基坑监测方案, 在基坑外周边共设置了8个深层地下水位观测孔, 如图1所示。孔深约1

10、0m, 进入了8层承压含水层。从图3坑外深层水位观测图中可以看出, 基坑开挖前, 随着坑内降水井的抽水, 坑外的观测孔水位随之较快的下降, 且变化速率超过了1m /d的警戒值。在坑内停止抽水后, 坑外观测孔的水位同步迅速回升。监测结果表明, 基坑内、外的地下水仍然相通, 止水帷幕失效。3. 2 止水帷幕失效原因分析32. 2. 2 水文地质场地勘察深度范围内13层为潜水含水层, 6层和8层为承压水含水层。场地及附近无地表水源, 潜水主要接受大气降水补给, 主要排泄于自然蒸发。6层、8层承压含水层的补给区、排泄区距离场地较远。地基内的承压 2010年第6期 徐 勇, 等:深基坑止水帷幕失效原因分

11、析及处理措施研究1253均过快, 造成8层的承压水在水平向快速流动, 将尚没有形成强度的水泥浆冲走稀释, 造成了在该深度搅拌桩成桩质量差或不成桩, 形成较多的! 吊脚现象。4 处理措施4. 1 常规处理措施的局限性针对基坑止水帷幕失效的情况, 常规的处理方式多是采用旋喷桩、注浆等对帷幕进行全面的修补47或者在基坑开挖的同时采用回灌技术。由于本基坑工程规模大、场地周边建筑物密集、施工工期要求紧等原因, 这些处理措施存在以下主要问题:(1 止水帷幕存在较多的! 吊脚现象, 大范围的修补加固不仅造价高, 而且会极大的延误了工期。8(2 回灌技术的二次效应会引起支护结构上的侧压力的变化, 使承压水头升

12、高而不利于基坑底部的抗隆起, 同时回灌与降水的协调控制实际操作也有一定难度, 处理不好也会危及基坑的安全, 对周边的浅基础建筑物会产生不利影响。图2 支护结构剖面图F i g . 2 C ross secti on o f t he reta i n i ng structure有鉴于此, 必须根据场地内潜水、承压水等地下水的分布特点及其对基坑周边环境的不同影响,有针对性采取处理措施。4. 2 场地地下水分布及降水影响分析根据地质报告, 场地的潜水位于13层土中; 其下为4层和5层粘土隔水层; 6层和8层承压水土层被7层粘土隔水层分开, 6层土场地内局部缺失。6层粉土承压水头压力为46. 16

13、2. 8kN /m, 8层粉土承压水头压力为83. 495. 2kN /m。基坑底部基本上位于粘土隔水层中。场地地下水分布如图4所示。从场地地下水的分布及其特点可以看出:(1 上层潜水含水层土质条件差, 含水量高, 渗透性好, 压缩性高, 若地下水位大幅下降势必造成基坑周边的浅基础房屋过大的不均匀沉降而危及安全;(2 深层承压水含水层埋深较深, 水头压力大, 其顶板距离基坑底部距离较近, 如不采用降水来降低其水头压力, 基坑开挖中承压水头压力会! 顶破隔水层, 造成基坑突涌。(3 基坑周边的浅基础建筑物基础底面以下的压缩土层范围基本处于潜水含水层范围, 深层承91122图3 基坑开挖前坑外深层

14、水位孔观测图F i g . 3 Cu rves o f deep g round w ater leve l be f o re excavati on取了取芯检测, 并对深搅桩施工、坑内抽水的全过程进行了详细的分析, 最终认定止水帷幕失效的主要原因为:(1 施工中止水帷幕的冷接头处理不当, 局部地段帷幕沿基坑周边未完全封闭;(2 取芯显示部分深搅桩在8层承压水土层处成桩质量较差, 未完全穿透承压土层, 其它土层处成桩质量较好。原因是为赶工期, 止水帷幕施工完后立即开始了大面积坑内抽水, 降水深度和速度 1254地下空间与工程学报 第6卷对基坑开挖过程中坑外浅层地下水进行了观测, 图5为部分观

15、测孔的观测结果。图5 浅层地下水孔观测图F i g . 5 Curves o f shall ow g round w ater leve l图4 场地地下水分布示意图F i g . 4 D i agra m o f ground w ate r d i str i bution从图中可以看出, 在基坑土方开挖过程中, 尽管坑内承压水抽水没有中断, 但坑外浅层地下水水位变基本保持稳定在, 局部时间由于天气等影响有较大的升降。说明经修补后的止水帷幕将基坑内外的上层潜水完全隔断, 坑内承压水的降水也没有造成坑外浅层地下水位的大幅变化。5. 2 房屋沉降监测本工程周围房屋密集, 房屋沉降观测点共设置

16、了41处, 沉降报警值为30mm 。图6为基坑北侧浅基础房屋处沉降观测点观测图。之间的水力联系微弱, 因此深层承压水水位的降低对地面建筑物基础的影响较小。4. 3 综合处理措施根据以上止水帷幕失效原因及场地地下水分布及影响的分析, 采取了以下处理措施:(1 采用高压旋喷桩对止水帷幕的施工冷接缝进行封闭修补, 旋喷桩进入潜水含水层以下的粘土隔水层深度不小于1. 5m, 确保基坑内外的潜水含水层被完全隔断;(2 除基坑周边设置的8个深层水位观测孔外, 再在坑外增设5个浅层水位观测孔, 加强对坑外上层潜水水位变化的观测;(3 帷幕修补完成后先进行坑内浅层地下水降水, 疏干坑内浅层地下水后分层开始土方

17、开挖; (4 坑内的深层降水井兼做承压水的减压井, 土方开挖过程中不间断抽水, 随着土方的分层开挖, 调整降水井的抽水量及抽水速度使承压水头不大于坑底隔水层的承压能力, 确保坑底不发生管涌;(5 基坑施工中加强对基坑变形、地下水位、房屋沉降的监测。图6 房屋沉降观测图F i g . 6 Settle m ents o f the buil d i ng从图中可以看出, 到基坑主体结构施工完成, 房屋累计沉降量最大值仅为16. 9mm, 此点位于北侧活动中心南面基础中部。表明在基坑降水、土方开挖的整个过程中, 房屋沉降变化平缓且逐渐趋于稳定。5. 3 房屋倾斜观测本工程房屋倾斜观测点共设置15点

18、, 主要分布在基坑北侧的浅基础房屋上, 房屋倾斜报警值为5 处理效果评价基坑止水帷幕修补完成后在9月初开始土方开挖, 10月初开始主体结构施工, 12月底主体施工结束。基坑的整个施工过程中, 加强了对地下水3位、房屋沉降等的监测。5. 1 地下水位监测 2010年第6期 徐 勇, 等:深基坑止水帷幕失效原因分析及处理措施研究ti on Sa fety , 2001, (8:9 10. (i n Ch i nese 12553 河海大学岩土工程科学研究所淮安供电公司地下停车库工程监测项目部. 淮安供电公司地下停车库工程基坑监测总结报告R .南京, 河海大学, 2009, 2. (Monitor

19、i ng D epart m ent o fH ua i an E lectr i c Company U nde rground Parki ng G arage o f G eo techn ica l Eng i neer i ng Sc i ence Insti tute , H oha iU n i ve rsity . M onitor i ng R e port o f H uaian E l ectric Co m pany U nderground Parki ng G arage F oundation P itR .N an ji ng , H oha iU n i v

20、ers it y , 2009, 2. (i n Ch i nese 图7 房屋倾斜观测图F i g . 7 L ean i ng of the bu ildi ng4 谭国辉, 邱秉达, 陈守辉. 复杂地质条件深基坑止水帷幕失效的诊断及综合治理技术J.广东建材, 2008, (6:160 161, 163. (T an G uohu, i Q iu B ingda , Chen Shouhu. i D iagnosis and co m posite trea t m en tm eas ures of w ate r st op curta i n fa il ure i n deep f

21、oundation p it under co m pli cated geolog i ca l cond ition J.G uangdong Buil d i ng M a teria l s . 2008, Chinese 5 杨伯成. 深基坑止水帷幕事故分析及处理实例J.彭城职业大学学报,1999,(6:81 84.(Y angBocheng . T he ana lysis and process o f wa ter stop curta i n fa ilure i n deep f ounda ti on p itJ.Journal o f Peng cheng V oca

22、ti ona l U n i versity , nese 6 许烈文, 庄奇锐. 广州市天辉大厦基坑止水帷幕效果检测和分析J.广东地质, 2002, 17(2:23 27. (X u L ie w en , Zhuang Q i ru. i T esti ng and ana l ysis o f t he effect on foundati on p it w ater sea led curta i n for T ianhui buil d i ng of Guangzhou C ity J.G uangdong G eo logy , 2002, 17(2:23 27. (i n

23、Ch i nese 7 毛根海, 宋建锋, 姚懿伦, 等. 回灌技术在基坑工程中的应用研究J.浙江大学学报(工学版, 2005, 39(1:165 168. (M ao G enha , i Song Jian f eng, Y ao Y il un , et a l. R esearch on appli cation o f recharg i ng techn i que i n excavati on eng i nee ri ngJ.Journa l o f Zhe jiang U n i ve rs i ty (Eng i neeri ng Science Ed iti on, 3

24、9(1:165 168. (i n Ch i nese 8 孙淑贤. 深基坑抽水回灌的二次效应分析J.建筑技术, 1999, 30(2 :101 102.(Sun Shux i an . Thesecondary effectiveness ana l ys i s of dra i nag e recy cli ng i n dra i n i ng of deep foundation pit pro jectJ.A rch itect ure T echno l ogy , 1999, 30(2:101 102. (i n Ch i nese 9 陈愈炯, 温彦锋. 基坑支护结构上的水土

25、压力J.岩土工程学报, 1999, 21(2:139 143. (Chen Y u ji ong , W en Y anfeng . W ate r and earth pressures on t he suppos i ng struc t ure a round a foundati on p itJ.Ch i nese Journal of G eotechnica l Eng i neeri ng , 139 143. (i n Chinese 1999,21(2:(下转第1284页2005,1999,(6 :81 84.(i n Chi(6:160 161,163.(i n从上述基

26、坑监测结果可以看出, 该工程所采取的处理措施有效的确保了基坑及周边既有建筑物的安全。6 结语本文在分析了地下车库基坑场地地下水的分布及降水对环境影响的基础上, 成功解决了基坑止水帷幕失效的问题, 通过这一实例得到以下几点启示:(1 深搅桩止水帷幕作为一项隐蔽工程, 其施工质量受机具、施工工艺、施工人员责任心等多种因素影响, 因此必须加强施工全过程的质量控制与检测, 如不符合设计要求应立即采取补救措施, 确保止水帷幕的有效性。(2 基坑大面积降水必须在止水帷幕封闭且具有初期强度后进行, 避免因降水而引起的地下水尤其是承压水流速过大, 使得搅拌桩水泥浆被稀释而造成桩质量差或不成桩。(3 针对基坑止

27、水帷幕失效的情况, 应在详细分析失效原因的基础上, 结合场地土层及地下水的特性有针对性的制定处理措施, 使止水帷幕的处理做到最安全、最经济、最有效。参考文献(R eferences1 李启民, 孔永安. 我国深基坑工程事故的综合分析J.科技情报开发与经济, 1999, 29(2:55 56. (L i Q i m i n , K ong Y ongan . Com prehensi ve analysis on eng i nee ri ng acc i den ts o f deep foundation pits i n Ch i na J.Sc i T ech Infor m ation

28、 D eve l op m ent &Econo m y , 1999, 29(2:55 56. (i n Ch i nese 2 刘利民. 基坑工程事故的原因与对策J.建筑安全, 2001, (8 :9 10. (L i u L i m i n . R easons and coun o on1284 地下空间与工 程学报 第 6卷 射式水 力混合 器的生 产量。所以, 镰 刀形 ( 新月 状 喷嘴更能提高喷射 式水力混合器配置水泥浆 的生产能力。 3 a.l R esearch on applying so lid flu id doub le phase theo ry to w

29、 ater J. Coa lM ine M ach inery 2006 27( 7: , , 172 175. ( in Ch inese 杜嘉鸿. 高压喷射注浆 技术应 用现状 及新进展 J. 探矿 工 程, 1995 ( 4: 4 10. ( D u Jiahong , . Exp loration Eng ineering , Present 1995 , applica tion and ne advances of h igh pressure je t g rou w ting technique J . 4 ( 4: 4 10 ( in Ch inese . 刘大有. 两相流

30、体动 力学 M . 北京: 高 等教 育出 版 社, 1993. ( L iu Dayou Two phase flo dynam ic M . . w Be ijing H igher Education P ress : , 1993. ( in Chi nese 5 K rothapalliA, B agano ff D, K a ram chetic K, D eve lopm ent and structure o f a rec tangu la r je t in a mu ltiple jet con figuration J . 945 950. 6 7 W lezien R

31、 W. N ozzle geo e try e ffects an supe rson ic jet m interaction, A I AA J 1989 27( 10: 1 361 1 367 , , . ShiH onghu,i W ang X iao liang ItohM o toyuk. U nsteady , i liquid jet flow ing through a rectangu lar nozzle J . Ex per i ents and M easure ents in F luid M echan ics m m , 2001 15( 2: 59 70 ,

32、. 8 管 志 川, 陈 庭 根, 蔡 镜 仑. 用 矩 形 出 口喷 嘴 改 善 PDC钻头水力结构的研究 J . 石油大学学报 ( 自然 科学 版 , 1992, 16 ( 2 : 20 28 ( G uan Zh ichuan . , Chen T ing gen, C ai Jing lun. Experi enta l study on i m m prov ing PDC bit hydrau lics by using rectangu lar no zzles J. 9 Journa l o f the U niversity o f P etro leum ( N a tur

33、e Sc ience Edition, 1992, 16( 2: 20 28. ( in Chinese 刘根凡, 陈良 才. 递推式 变高 度矩形 喷嘴 射流模 型 J. 华中 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 , 2002, 30 ( 2: 45 47 ( L iu G en fan, Chen L iangca.i Je t model . fo r recursive rectangu lar nozzle w ith inc reasing he ight J. Journa l of H uazhong U n iversity o f Sc ience &

34、T echno logy( N ature Science Ed ition, 2002, 30( 2: 45 47. ( in Ch inese 10 董 志勇. 射流 力 学 M . 北 京: 科 学 出 版 社, 2005 . ( Dong Zh iyong . Jet dyna ics M . Be ijing: Science m Press, 2005. ( in Chinese AI AA J, August 1980 , 18 ( 8 : 1# 射流核 2# 射流的 扩散部分 3# 混合室的入口 图 3 采用新月状喷嘴时, 混合器吸入室内颗粒 材料密度的分布情况 F ig 3 The gra in m a terial density in