深基坑流沙处理专项方案

深基坑流沙处理专项方案1工程概况本项目为某城市轨道交通10号线XX站主体基坑工程，基坑总长186m，标准段宽22.4m，开挖深度16.8~19.2m，支护结构采用800mm厚地下连续墙+3道钢管内支撑，地下连续墙嵌固深度12m，设计等级为一级。根据项目详细地质勘察报告，场地地层自上而下分布为：①素填土层，厚度2.1~3.5m，松散状态；②粉质黏土层，厚度3.2~4.8m，可塑状态，渗透系数k=1.2×10^-6cm/s；③粉细砂层，厚度4.5~7.2m，层顶埋深6.8~8.5m，层底埋深12~15m，饱和松散状态，孔隙率0.42，不均匀系数Cu=2.8，渗透系数k=2.8×10^-3cm/s，属于强透水层，该层全部处于基坑开挖范围内；④中粗砂层，厚度3.5~5.2m，层顶埋深14~16m；⑤粉质黏土隔水层，厚度大于8m，层顶埋深18~21m，渗透系数k<1×10^-7cm/s。场地地下水类型为第四系孔隙潜水，主要补给来源为东侧XX运河侧向补给与大气降水，稳定水位埋深3.2~4.5m，水头高度12~14m；基坑东侧距离XX运河驳岸仅85m，含水层与运河水体水力连通性好，补给量充足。原地下水控制方案采用坑内管井降水，井间距15m，设计单井出水量15m³/h，基坑开挖至11m深度时，东侧Z34与Z35幅地下连续墙接缝处出现渗流沙现象，日流出粉细砂量约1.2m³，坑外东侧地面累计最大沉降12mm，未开挖段全范围粉细砂层存在大面积流沙风险，为控制险情、防范后续开挖风险，编制本专项处理方案。2编制依据(1)本项目场地工程地质勘察报告、主体基坑支护设计图纸、原降水专项方案；(2)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012；(3)《建筑与市政工程地下水控制技术标准》JGJ111-2016；(4)《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB50202-2018；(5)《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011；(6)《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015。3流沙成因与风险分析3.1流沙成因分析本项目流沙产生的根本原因为动水压力大于粉细砂颗粒有效自重应力，具体成因可分为三类：(1)地质内因：开挖范围内分布厚层饱和松散粉细砂，颗粒粒径小（d50=0.18mm），颗粒间无粘聚力，根据现场水文地质参数计算，粉细砂层浮重度γ'=9.8kN/m³，开挖至12m深度时，坑外地下水头差为9m，平均渗径长度7.5m，水力梯度i=1.2，动水压力Gd=iγw=12kPa，而开挖临空面处粉细砂颗粒有效自重应力仅为8~10kPa，满足流沙发生的力学条件，具备流沙产生的内在基础。(2)水文外因：东侧XX运河常年水位稳定，与场地潜水含水层水力连通，单宽补给量达到2.1m³/(d·m)，远大于原设计计算补给量1.1m³/(d·m)，原降水体系无法满足降深要求，开挖过程中粉细砂层地下水位始终高于开挖面0.5~1.0m，水头压力无法有效释放。(3)工程缺陷：Z34与Z35幅地下连续墙施工过程中，接缝位置清刷不到位，夹有泥渣，形成宽度10~30mm的连续渗流通道，水流沿通道渗出过程中携带粉细砂流出，形成局部流沙险情。3.2风险分析流沙若未得到有效控制，会产生以下风险：(1)坑外土体持续流失，导致地面沉降扩大，东侧距坑边18m位置铺设有DN800市政给水管，累计沉降超过30mm会导致管道变形断裂，引发大面积停水事故；(2)流沙掏空地下连续墙墙后土体，会导致地下连续墙受力失衡，水平位移超标，引发支护结构失稳坍塌；(3)大面积流沙会导致坑底土体隆起，破坏开挖面稳定，造成基坑整体失稳，引发重大安全事故。因此必须严格按照本方案处理，消除流沙风险。4处理方案选型针对本项目局部已发生流沙、大范围潜在流沙的特点，对常用流沙处理方法进行比选：冻结法施工成本高、工期长，不适用于本项目明挖基坑的处理需求；单纯降水法无法抵消运河的充足补给，降深达不到设计要求；防渗帷幕法仅能截断侧向补给，无法消除坑内已有的流沙风险；最终确定采用“局部险情反压封堵+侧向补给截断+坑内砂层超前固结+优化降排水”的组合处理方案，具体如下：(1)针对已发生的地下连续墙接缝渗流沙，采用“坑内反压平衡→坑外双液注浆封堵→验收后开挖”工艺；(2)针对东侧运河侧向补给，采用坑外全深度双液注浆帷幕截断补给通道；(3)针对未开挖范围内全断面粉细砂层，采用分层超前双液注浆固结，将松散砂层转化为固结整体，消除流沙产生的力学条件；(4)优化原坑内管井降水体系，加密降水井，配套坑外回灌井，控制坑外水位变化，保护周边环境。5主要施工工艺及参数5.1局部接缝流沙处理施工(1)坑内反压平衡：出现流沙后立即停止该区域开挖，快速采用掺5%水泥的级配碎石回填反压，反压高度高出流沙点顶面不小于1.5m，反压范围超出流沙点周边不小于2m，反压分层夯实，压实度不低于90%，平衡动水压力，阻止流沙继续发展。本项目接缝流沙点反压总用量为12m³级配碎石+3t水泥，反压后观察24h，无继续渗流沙即可进行下一步施工。(2)注浆孔布置：在坑外地下连续墙墙外侧布置注浆孔，距墙面0.5m，沿接缝方向布置3排，排间距0.5m，孔间距0.3m，孔深超过渗流通道最低点不小于2m，本项目渗流通道最深为13m，设计孔深15m，成孔直径110mm，采用地质钻机跟管成孔，避免成孔过程中塌孔。(3)注浆材料及参数：采用水泥-水玻璃双液注浆，水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为3.0~3.2，浓度35Be'；水泥浆水灰比1:1，水泥浆与水玻璃体积比为4:1，凝胶时间控制在60~90s，初始注浆压力0.8~1.2MPa，终止注浆压力为1.5MPa，达到终止压力后稳定10min，单孔吸浆量小于5L/min即可终止注浆。(4)注浆顺序：采用隔孔跳注、从下向上注浆的顺序，先注外侧两排孔，再注中间排孔，避免串浆，保证封堵密实；施工过程中若出现冒浆、串浆，立即降低注浆压力，采用间歇注浆法，待凝胶时间达到后再恢复注浆，或缩短凝胶时间封堵漏点后继续施工。(5)验收开挖：注浆完成后养护7d，采用钻孔取芯法检测封堵效果，渗流通道完全封堵，无渗漏水，芯样抗压强度不低于1MPa即可分层开挖，开挖过程中若发现局部渗漏点，及时补注处理。5.2侧向补给截断帷幕施工在基坑东侧边线与运河之间，施工全深度咬合注浆帷幕，截断运河对基坑的水力补给，参数如下：(1)帷幕设计：帷幕深度进入下部⑤粉质黏土隔水层不小于1m，本项目⑤层顶埋深22m，设计帷幕深度23m，帷幕总厚度1.2m，共布置两排注浆孔，排间距0.8m，孔间距0.5m，梅花形布置，相邻孔咬合厚度不小于200mm，保证帷幕连续性。(2)注浆参数：水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比1:1，水泥浆与水玻璃体积比3:1，凝胶时间控制在120~180s，注浆压力1.0~1.5MPa，终止压力2.0MPa，保证帷幕密实度，渗透系数不大于1×10^-6cm/s。(3)施工顺序：分两序施工，先施工I序孔，再施工II序孔，II序孔施工在I序孔注浆完成4h后进行，保证咬合位置密实。5.3坑内粉细砂层分层超前固结注浆施工基坑已开挖至8m深度，剩余开挖深度为8.8~11.2m，对未开挖粉细砂层采用分层超前注浆固结，每次注浆固结范围对应下一次3m开挖深度，随开挖分层进行，具体参数：(1)注浆孔布置：在当前开挖面清理平整后，按梅花形布置注浆孔，孔间距1.2m，排间距1.0m，孔深超过本次开挖段底面不小于2m，即每次设计孔深为5m，钻孔倾角控制在10°~15°，保证固结范围覆盖开挖轮廓线，最靠近地下连续墙的注浆孔距墙面不大于50cm，消除边角盲区。(2)成孔工艺：采用风动潜孔钻机成孔，成孔直径90mm，成孔后立即下入φ50mm注浆花管，花管开孔率不小于15%，端部封闭，避免塌孔堵塞注浆通道。(3)注浆参数：采用P.O42.5R早强普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.8:1~1:1，水泥浆与水玻璃体积比为5:1~3:1，凝胶时间控制在3~5min，初始注浆压力1.2~1.5MPa，终止注浆压力2.0MPa，达到终止压力或周边相邻孔冒浆即可终止注浆。注浆顺序为先注靠近地下连续墙的周边孔，后注中间孔，跳孔施工，避免串浆。(4)效果检测：每段注浆完成后养护3d，抽检不少于3点/1000㎡，检测指标为：固结后粉细砂层承载力特征值不小于120kPa，渗透系数不大于1×10^-6cm/s，检测不合格的区域，在不合格点周边0.5m范围内补注，直至达到要求。5.4降排水体系优化施工(1)坑内降水井加密：原坑内共布置12口降水井，间距15m，新增12口降水井，调整后井间距为8m，新增降水井深度22m，进入⑤隔水层1m，成孔直径600mm，采用φ300mm桥式滤水管，孔隙率35%，滤料采用粒径2~4mm石英砂，含泥量不大于3%，洗井后单井出水量不小于18m³/h，满足降水要求。(2)坑外回灌井设置：在基坑东侧坑外布置6口回灌井，井深度20m，兼做水位观测井，当坑外水位下降超过0.5m时，立即启动回灌，回灌水位控制在原水位标高±0.2m范围内，回灌用水采用基坑抽出的经沉淀的清水，避免杂质堵塞回灌通道。(3)降水运行要求：开挖前提前72h降水，开挖过程中保持地下水位稳定在开挖面以下不小于1.5m，安排专人24h值班，每天观测记录4次水位、出水量，定期每15d对所有降水井洗井一次，防止滤管堵塞降低出水量。6质量控制标准(1)原材料质量控制：水泥进场必须提供质量合格证，按规范要求复试强度、安定性，合格后方可使用；水玻璃模数、浓度每批次检测一次，不合格材料严禁进场；滤料含泥量必须控制在3%以内，每500m³检测一次。(2)成孔质量控制：注浆孔位偏差不大于50mm，孔深偏差不大于100mm，钻孔垂直度偏差不大于1%，成孔后经监理验收合格后方可下管注浆。(3)注浆过程控制：现场安排专人记录每孔的注浆压力、注浆量、凝胶时间，单孔注浆量偏差不得超过设计值的±5%，未达到设计压力和注浆量不得终止注浆。(4)降水质量控制：开挖过程中地下水位必须低于开挖面1.5m以上，水位达不到要求的，及时洗井或新增降水井，回灌水位偏差不得超过±0.2m。7安全保证措施(1)基坑荷载控制：流沙处理期间，坑边10m范围内严禁堆载，重型机械设备、车辆不得在坑边通行，坑边防护栏杆高度不低于1.2m，设置18cm高挡脚板和密目安全网，悬挂明显警示标识。(2)施工用电安全：所有施工机械进场必须验收合格，用电系统采用TN-S接零保护，三级配电两级保护，开关箱漏电保护器动作电流不大于30mA，动作时间不大于0.1s，基坑内作业照明采用12V安全电压。(3)监测联动：日常施工期间严格按照监测方案开展监测，日变形量超过预警值立即停止施工，分析原因采取措施后才可继续施工。(4)人员安全防护：所有作业人员必须经过专项安全教育培训，考核合格后方可上岗，作业时必须佩戴安全帽、防滑安全鞋，坑内作业上下必须走专用爬梯，严禁攀爬内支撑，风力6级以上、暴雨天气停止基坑内作业。8监控量测与应急预案8.1专项监控量测要求流沙处理区域加密监测频率，具体要求：地下水位监测坑内每2h测一次，坑外每天测4次；地下连续墙水平位移每天测2次，险情期间每1h测一次；坑外地面沉降、管线变形每天测1次，险情期间每4h测一次。本项目预警值：累计水平位移25mm，日变化量2mm；累计地面沉降15mm，日变化量1mm；坑外水位降深超过原水位1.0m；报警值：累计水平位移30mm，日变化量3mm；累计地面沉降20mm，日变化量2mm；坑外水位降深超过原水位1.5m。达到预警值后加密监测，达到报警值立即停止施工，启动应急预案。8.2应急预案(1)应急组织机构：成立以项目经理为组长，技术负责人、安全总监为副组长的应急小组，24h值班，通讯保持畅通，提前与周边管线单位、应急医院建立联动机制。(2)应急物资储备：提前储备反压级配碎石500m³、P.O42.5水泥100t、水玻璃30m³、备用注浆设备2套、挖掘机2台、大功率抽水泵10台、编织沙袋2000袋、应急救援车辆1台，物资定期检查，严禁挪用。(3)险情处置：①一般险情：日流沙量小于0.5m³，无明显变形，立即停止开挖，进行坑内反压，补注浆封堵；②较大险情：日流沙量0.5~2m³，日变形量1~3mm，立即停止施工，反压流沙点，施工紧急注浆孔封堵，同步启动坑外回灌，控制水位沉降；③重大险情：日流沙量大于2m³，变形超过报警值，坑边出现裂缝，立即组织所有坑内作业人员撤离，封闭坑边危险区域，严禁人员进入，及时通知建设单位、设计单位、专家到场评审，调整处理方案，同步通知管线单位做好应急改线准备，落实风险管控措施。险情处理完成后，经五方验收合格方可恢