上海軟土地區(qū)深基坑施工承壓水風(fēng)險(xiǎn)及其控制【摘要】隨著工程建設(shè)基坑開(kāi)挖越來(lái)越深,地下承壓水帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。闡述了承壓水對(duì)深基坑工程危害的形式,上海地下承壓水分層類型,通過(guò)地鐵車站深基坑施工出現(xiàn)圍護(hù)墻漏水險(xiǎn)性及處理方法的工程實(shí)例,指出深基坑施工時(shí),要注重對(duì)承壓水的防范及防水害采取的措施。【關(guān)鍵詞】軟土地區(qū)深基坑承壓水風(fēng)險(xiǎn)1承壓水的危害形式1.1基坑突涌破壞 當(dāng)基坑開(kāi)挖深度足夠大,承壓含水層頂板以上土層的重量不足以抵抗承壓含水層頂板處的承壓水頭壓力時(shí),基坑開(kāi)挖面以下的土層將發(fā)生突涌破壞,承壓含水層中的地下水和砂土大量涌入基坑,導(dǎo)致坑外地面嚴(yán)重塌陷,地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重下沉,支撐體系嚴(yán)重破壞,相鄰建(構(gòu))筑物發(fā)生破壞等(如圖1所示)。
1.2環(huán)境巖土工程問(wèn)題 減壓降水后,建筑場(chǎng)地下伏承壓含水層中形成了承壓水降落漏斗,必然在基坑周圍引起或多或少的地面變形,對(duì)相鄰環(huán)境造成一定程度的不利影響。地面變形如果被控制在某一范圍內(nèi),其對(duì)相鄰環(huán)境的影響較小;反之,地面變形如果超出某一范圍,其對(duì)相鄰建(構(gòu))筑物將產(chǎn)生具有危害性的影響。承壓水位下降引起的地面沉降的分布形態(tài)與承壓水降落漏斗的分布形態(tài)基本上是相似的(如圖2所示)。1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、空洞引起的流砂 在飽和含水地層中,尤其在砂層、粉砂層、砂質(zhì)粉土或其他透水性較好的夾層中,止水帷幕或圍護(hù)墻如產(chǎn)生開(kāi)裂、空洞等不良現(xiàn)象,造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果不佳或止水結(jié)構(gòu)失效,致使大量的地下水夾帶砂粒涌入基坑,坑外產(chǎn)生水土流失。嚴(yán)重的水土流失可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)以及在基坑外側(cè)發(fā)生嚴(yán)重的地面沉陷,還可能在圍護(hù)墻后形成洞穴后突然發(fā)生地面塌陷(如圖3所示)。1.4坑底砂性土層的管涌破壞 在砂、粉砂、或砂質(zhì)粉土等土層開(kāi)挖基坑,如不采取井點(diǎn)降水措施或井點(diǎn)降水未達(dá)到預(yù)定效果,在坑內(nèi)外的水頭差作用下,基坑底部可能產(chǎn)生冒水翻砂現(xiàn)象(即產(chǎn)生管涌),嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致基坑失穩(wěn)或影響施工進(jìn)程(如圖4所示)。1.5地下結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題 降水工程結(jié)束后,地下結(jié)構(gòu)的重量以及基礎(chǔ)底面至承壓含水層頂板之間的殘留土層的重量不足以抵抗承壓水頭的頂托力或潛水含水層的浮力時(shí),地下結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生上浮。一旦發(fā)生了上浮現(xiàn)象,地下結(jié)構(gòu)的復(fù)位將十分艱難。2上海地區(qū)常見(jiàn)砂性土層類型及特點(diǎn)2.1深層承壓水層 上海市地表下(深度大于30.0 m)分布有5個(gè)承壓含水層,它們對(duì)應(yīng)的土層編號(hào)分別為7層、9層、11層、13和15層。雖然含水層在局部地區(qū)缺失,但總厚度大、水量豐富,除第Ⅰ承壓含水層外,水質(zhì)好,適宜飲用,解放前即有小量開(kāi)采。上世紀(jì)50年代到60年代初,曾大量開(kāi)采地下水作為供水水源。上部第7、9、11層屬上海地區(qū)的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓含水層,厚度大、顆粒細(xì)(以粉、細(xì)、中砂為主),含大量云母,呈中密—密實(shí)狀態(tài)。當(dāng)承壓水頭大幅度下降后,不僅含水層自身發(fā)生壓縮,而且由于承壓水水頭與潛水水位的水頭差加大,使軟土中孔隙水壓力降低,軟土發(fā)生固結(jié)。含水層及相關(guān)軟土的壓縮,導(dǎo)致地面變形。2.2微承壓水層 在現(xiàn)場(chǎng)工作中無(wú)論是基巖還是松散層,經(jīng)常遇到壓頭不高的承壓水,有的僅在雨季為承壓水,而旱季則淪為層間無(wú)壓水。在上海地區(qū)厚層松散堆積層的淺部,存在著多層以粉性、砂性土為主的咸水含水層,在長(zhǎng)年的上海市地面沉降研究工作中將上海地區(qū)的地層按地面沉降特性分層時(shí)均未專門處理,僅視為第一和第二壓縮層中的夾層。 近年來(lái),是迅速發(fā)展的上海城市建設(shè)工程,引起了巖土工程師對(duì)這些含水層的重視,尤其是深基坑工程,經(jīng)常遇到②3、③2和⑤2層細(xì)顆粒承壓含水層帶來(lái)的“麻煩”。為此,在1994版《上海市巖土工程勘察規(guī)范》中出現(xiàn)了上海“部分地區(qū)淺部的粉性土或砂土層中的微承壓水”的提法,并把②3、③2和⑤2層劃入。 從水文地質(zhì)概念出發(fā)“,微承壓水”似應(yīng)是一種承壓水頭很小的承壓水。它可能是天然的,也可能是現(xiàn)代人類活動(dòng)大幅度抽吸地下水的結(jié)果。它在地下水的開(kāi)采利用,相關(guān)的巖土工程問(wèn)題乃至環(huán)境地質(zhì)、旅游地質(zhì)方面都和正常承壓水有所區(qū)別。因而如何用壓頭大小與一般承壓水區(qū)別開(kāi)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。從基坑工程而言,似水頭小于3 m的承壓水可稱為“微承壓水”。因?yàn)榇藭r(shí),基坑底部只需有2m厚的隔水層既可維持底板穩(wěn)定,或者稍作降水即可將承壓水頭降下去,進(jìn)入正常施工。但具體的界定標(biāo)準(zhǔn),似還應(yīng)匯集供水水文地質(zhì),環(huán)境地質(zhì)和旅游地質(zhì)諸方面意見(jiàn)為宜。 按上述理解,上海地區(qū)全新世晚期及近期堆積,埋藏很淺的②3和③2兩層粉土,應(yīng)歸屬“微承壓水”。而⑤2層粉性土似應(yīng)屬正常的承壓含水層,因?yàn)樵搶訛槿率涝缙谔畛溆诖罄肀谀┕艣_刷槽內(nèi)的溺谷相堆積,以粉土、粉砂為主,夾不等量粘性土;其空間分布多呈條塊狀、發(fā)育于⑥層暗綠色硬土層缺失區(qū),故有時(shí)直接疊置于⑦層砂性土含水層上。該層頂板埋深一般大于20 m,經(jīng)多年諸多工點(diǎn)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)承壓水頭埋深一般在地面下2.3～7.0 m,即一般具有高達(dá)近15 m的承壓水頭。在上海規(guī)范中將⑤2層歸入“微承壓水”可能出于以下原因: (1)在早期上海地區(qū)沉降研究中已按地基土層對(duì)地面沉降影響,將上海地區(qū)⑦層砂性土和⑨層含礫粉細(xì)砂二個(gè)承壓含水層分別命名為“第一承壓含水層”和“第二承壓含水層”。這樣,位于第一承壓含水層之上,呈條帶狀分布的承壓含水層⑤2層只能歸入“微承壓含水層”。 (2)20世紀(jì)90年代初上海的基坑工程尚少,遇到⑤2層的基坑工程更少,⑤2層承壓水對(duì)基坑的影響尚不十分突出,所積累的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料也不多。3工程實(shí)例分析 下面以上海市軌道交通某車站險(xiǎn)情為例,具體分析承壓水對(duì)基坑本體及其周邊環(huán)境造成的危害。3.1工程概況 車站主體為地下2層矩形框架結(jié)構(gòu),全長(zhǎng)193.0 m。標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約16.3 m,端頭井深約18.3 m。圍護(hù)采用地下連續(xù)墻,厚度800 mm,標(biāo)準(zhǔn)段成槽深度約30.5 m,內(nèi)襯厚度400 mm;端頭井段成槽深度約33.5 m,內(nèi)襯厚度600 mm。地下連續(xù)墻墻址位于⑦1層。頂圈梁800 mm×800 mm。 根據(jù)地質(zhì)資料,本站基坑范圍內(nèi),⑤2層砂質(zhì)粉土層為微承壓水層,水位埋深為18.0～19.5 m,⑦1層草黃～灰色粉細(xì)砂、⑦2層草黃～灰色粉細(xì)砂為第一承壓含水層,水位埋深28.3～37.2 m,承壓水水頭為地表下3.0～10.0 m。微承壓水、承壓水水位均呈幅度不等的周期性變化。⑤2層與⑦層承壓水在車站南部局部連通,并且基坑開(kāi)挖底面進(jìn)入⑤2層內(nèi)。②3褐黃灰色砂質(zhì)粘土層及⑤2灰色砂質(zhì)粘土層為可液化土層,在動(dòng)水壓力的作用下易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,對(duì)車站基坑開(kāi)挖是不利的因素。基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況如圖5所示。3.2險(xiǎn)情經(jīng)過(guò) 2008年4月13日17∶00,車站南端頭井DQ-63和DQ-64地墻接縫在坑底以下位置出現(xiàn)大量漏水(該部位墊層在上午10∶00左右已澆筑完成),基坑和周邊管線均有加大的沉降。由于在南端頭井開(kāi)挖過(guò)程中,施工單位已將Atlas及搶險(xiǎn)物資進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng),因此在漏水情況發(fā)生后的45 min之內(nèi),施工單位即采取了內(nèi)外封堵的搶險(xiǎn)措施,坑內(nèi)漏水位置使用袋裝水泥進(jìn)行回填封堵,坑外使用Atlas引孔壓注聚氨酯及雙液漿,總計(jì)使用聚氨酯2.25 t,水泥50 t。由于處理及時(shí)、措施到位基坑漏水情況逐漸得到了有效控制,4月14日3:00基坑基本不再漏水,周邊環(huán)境變形區(qū)域穩(wěn)定。分析基坑事故原因有: (1)坑外⑤2層微承壓水通過(guò)地墻上薄弱點(diǎn)滲漏進(jìn)入基坑。盡管南端頭井在開(kāi)挖之前在坑外地墻接縫位置做了旋噴樁止水處理,但在地墻向坑內(nèi)變形40 mm之后,其與坑外接縫位置的旋噴樁之間即產(chǎn)生了滲漏通道,加上本區(qū)域地質(zhì)條件較差,⑤2層與⑦2層承壓水連通,造成⑤2層微承壓水水量豐富且水壓較大,通過(guò)地墻上的薄弱點(diǎn)滲漏進(jìn)入基坑。 (2)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于施工等原因可能存在裂縫,或者空洞等不良現(xiàn)象,止水效果不佳。大量地下水夾帶砂粒沿連續(xù)墻裂縫向基坑內(nèi)涌入,滲流路徑減小,水力坡度增大,造成坑內(nèi)外水土流失。3.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析3.3.1水位變化 基坑漏水側(cè)設(shè)有水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)SW01。該點(diǎn)變形曲線如圖6所示。在圖中可以看出,4月13日,該水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)有很大的降幅,大約1 200 mm/d左右,并且累計(jì)值超過(guò)了1 000 mm的警戒值,水位達(dá)到最低值-1950 mm。發(fā)生漏水后,處理措施及時(shí),4月14日水位有明顯的上升,并在隨后趨于穩(wěn)定。3.3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形4月13日,P01測(cè)斜點(diǎn)具體變形情況見(jiàn)表1和圖7。 測(cè)斜點(diǎn)在漏水當(dāng)天,變形速率超過(guò)了3 mm/d的警戒值。4月12日,13日,14日P01測(cè)點(diǎn)變形情況見(jiàn)圖7。從圖中可以看出,4月14日,P01點(diǎn)的最大變形速率為1.86 mm/d,與13日的8.01 mm/d相比,已經(jīng)趨于穩(wěn)定,在警戒值之內(nèi),說(shuō)明對(duì)基坑本身而言,險(xiǎn)情已經(jīng)得到了較好的控制。3.3.3地表沉降及管線沉降變形 漏水點(diǎn)P01點(diǎn)附近設(shè)有一組地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1-3～A1-4,間距5 m。該組沉降點(diǎn)累計(jì)變形曲線如圖8。周邊的3條管線累計(jì)變形曲線如圖10、11、12所示。不難看出在4月14日漏水點(diǎn)附近的管線都有了較大的沉降。 從上述圖表可以看出,發(fā)生漏水時(shí),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形曲線形狀相近,總的變化趨勢(shì)相同。與基坑測(cè)斜點(diǎn)不同的是,地表沉降點(diǎn)及管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率突然增大的時(shí)間不是發(fā)生在4月13號(hào),而是在14號(hào)。這驗(yàn)證了基坑土體變形的規(guī)律,地面和管線沉降對(duì)圍護(hù)墻體變形的響應(yīng)確實(shí)有一定的滯后。同時(shí)也說(shuō)明了基坑搶險(xiǎn)與基坑開(kāi)挖一樣,具有一定的時(shí)空效應(yīng)。本次搶險(xiǎn)采用先對(duì)基坑進(jìn)行堵漏、再注漿是一種合理并行之有效的方法。4結(jié)語(yǔ) 隨著基坑開(kāi)挖越來(lái)越深,承壓水所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。在基坑開(kāi)挖和施工過(guò)程中,承壓水極容易對(duì)基坑造成危害,稍有不慎會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性后果。為防止水害,應(yīng)采取以下措施: (1)在基坑施工前,應(yīng)做好勘查工作,必須搞清場(chǎng)區(qū)及附近各含水層的特征,及含水層間、與地表水體間的水力聯(lián)系,并做好降水設(shè)計(jì)。 (2)在施工過(guò)程中,要確保地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量,并按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行降水。做好監(jiān)測(cè)工作,隨時(shí)注意監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化,發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取搶險(xiǎn)措施。 (3)水溶性聚氨酯是一種很好的堵漏劑,親水性好,遇水后會(huì)立即進(jìn)行聚合反應(yīng),分散乳化或發(fā)泡膨脹,并與砂石泥土固結(jié)成彈性固結(jié)體,迅速堵塞裂縫,永久性止水,在基坑的搶險(xiǎn)過(guò)程中能發(fā)揮有效的作用。 (4)基坑發(fā)生滲漏時(shí),應(yīng)采取“先堵漏,再注漿”的搶險(xiǎn)措施。因?yàn)榛勇┧畷r(shí),過(guò)大的承壓水頭會(huì)引起基坑水位、地下連續(xù)墻測(cè)斜、附近地表沉降、房屋沉降等多種變形速率突然加劇。搶險(xiǎn)要遵循一定的時(shí)空效應(yīng),基坑出現(xiàn)險(xiǎn)情首先體現(xiàn)在測(cè)斜點(diǎn)的數(shù)據(jù)異常上,一段時(shí)間后,地表沉降、房屋沉降等周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)才相繼發(fā)現(xiàn)異常;先對(duì)基坑進(jìn)行堵漏,在一定時(shí)間內(nèi)再對(duì)周邊進(jìn)行注漿是一種合理并行之有效的方法。參考文獻(xiàn)[1]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1997.[2]劉濤.基于數(shù)據(jù)挖掘的基坑工程安全評(píng)估與變形預(yù)測(cè)研究[D].同濟(jì)大學(xué),2007.[3]劉國(guó)彬,王洪新.上海淺層粉砂地層承壓水對(duì)基坑的危害及治理,巖土工程學(xué)報(bào).2002.[4]丁春林宮全美孟曉紅.地鐵車站深開(kāi)挖施工中下層承壓水的處理技術(shù)研究.[R].同濟(jì)大學(xué)路基與土工技術(shù)研究所,2004.
1.2環(huán)境巖土工程問(wèn)題 減壓降水后,建筑場(chǎng)地下伏承壓含水層中形成了承壓水降落漏斗,必然在基坑周圍引起或多或少的地面變形,對(duì)相鄰環(huán)境造成一定程度的不利影響。地面變形如果被控制在某一范圍內(nèi),其對(duì)相鄰環(huán)境的影響較小;反之,地面變形如果超出某一范圍,其對(duì)相鄰建(構(gòu))筑物將產(chǎn)生具有危害性的影響。承壓水位下降引起的地面沉降的分布形態(tài)與承壓水降落漏斗的分布形態(tài)基本上是相似的(如圖2所示)。1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、空洞引起的流砂 在飽和含水地層中,尤其在砂層、粉砂層、砂質(zhì)粉土或其他透水性較好的夾層中,止水帷幕或圍護(hù)墻如產(chǎn)生開(kāi)裂、空洞等不良現(xiàn)象,造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果不佳或止水結(jié)構(gòu)失效,致使大量的地下水夾帶砂粒涌入基坑,坑外產(chǎn)生水土流失。嚴(yán)重的水土流失可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)以及在基坑外側(cè)發(fā)生嚴(yán)重的地面沉陷,還可能在圍護(hù)墻后形成洞穴后突然發(fā)生地面塌陷(如圖3所示)。1.4坑底砂性土層的管涌破壞 在砂、粉砂、或砂質(zhì)粉土等土層開(kāi)挖基坑,如不采取井點(diǎn)降水措施或井點(diǎn)降水未達(dá)到預(yù)定效果,在坑內(nèi)外的水頭差作用下,基坑底部可能產(chǎn)生冒水翻砂現(xiàn)象(即產(chǎn)生管涌),嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致基坑失穩(wěn)或影響施工進(jìn)程(如圖4所示)。1.5地下結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題 降水工程結(jié)束后,地下結(jié)構(gòu)的重量以及基礎(chǔ)底面至承壓含水層頂板之間的殘留土層的重量不足以抵抗承壓水頭的頂托力或潛水含水層的浮力時(shí),地下結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生上浮。一旦發(fā)生了上浮現(xiàn)象,地下結(jié)構(gòu)的復(fù)位將十分艱難。2上海地區(qū)常見(jiàn)砂性土層類型及特點(diǎn)2.1深層承壓水層 上海市地表下(深度大于30.0 m)分布有5個(gè)承壓含水層,它們對(duì)應(yīng)的土層編號(hào)分別為7層、9層、11層、13和15層。雖然含水層在局部地區(qū)缺失,但總厚度大、水量豐富,除第Ⅰ承壓含水層外,水質(zhì)好,適宜飲用,解放前即有小量開(kāi)采。上世紀(jì)50年代到60年代初,曾大量開(kāi)采地下水作為供水水源。上部第7、9、11層屬上海地區(qū)的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓含水層,厚度大、顆粒細(xì)(以粉、細(xì)、中砂為主),含大量云母,呈中密—密實(shí)狀態(tài)。當(dāng)承壓水頭大幅度下降后,不僅含水層自身發(fā)生壓縮,而且由于承壓水水頭與潛水水位的水頭差加大,使軟土中孔隙水壓力降低,軟土發(fā)生固結(jié)。含水層及相關(guān)軟土的壓縮,導(dǎo)致地面變形。2.2微承壓水層 在現(xiàn)場(chǎng)工作中無(wú)論是基巖還是松散層,經(jīng)常遇到壓頭不高的承壓水,有的僅在雨季為承壓水,而旱季則淪為層間無(wú)壓水。在上海地區(qū)厚層松散堆積層的淺部,存在著多層以粉性、砂性土為主的咸水含水層,在長(zhǎng)年的上海市地面沉降研究工作中將上海地區(qū)的地層按地面沉降特性分層時(shí)均未專門處理,僅視為第一和第二壓縮層中的夾層。 近年來(lái),是迅速發(fā)展的上海城市建設(shè)工程,引起了巖土工程師對(duì)這些含水層的重視,尤其是深基坑工程,經(jīng)常遇到②3、③2和⑤2層細(xì)顆粒承壓含水層帶來(lái)的“麻煩”。為此,在1994版《上海市巖土工程勘察規(guī)范》中出現(xiàn)了上海“部分地區(qū)淺部的粉性土或砂土層中的微承壓水”的提法,并把②3、③2和⑤2層劃入。 從水文地質(zhì)概念出發(fā)“,微承壓水”似應(yīng)是一種承壓水頭很小的承壓水。它可能是天然的,也可能是現(xiàn)代人類活動(dòng)大幅度抽吸地下水的結(jié)果。它在地下水的開(kāi)采利用,相關(guān)的巖土工程問(wèn)題乃至環(huán)境地質(zhì)、旅游地質(zhì)方面都和正常承壓水有所區(qū)別。因而如何用壓頭大小與一般承壓水區(qū)別開(kāi)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。從基坑工程而言,似水頭小于3 m的承壓水可稱為“微承壓水”。因?yàn)榇藭r(shí),基坑底部只需有2m厚的隔水層既可維持底板穩(wěn)定,或者稍作降水即可將承壓水頭降下去,進(jìn)入正常施工。但具體的界定標(biāo)準(zhǔn),似還應(yīng)匯集供水水文地質(zhì),環(huán)境地質(zhì)和旅游地質(zhì)諸方面意見(jiàn)為宜。 按上述理解,上海地區(qū)全新世晚期及近期堆積,埋藏很淺的②3和③2兩層粉土,應(yīng)歸屬“微承壓水”。而⑤2層粉性土似應(yīng)屬正常的承壓含水層,因?yàn)樵搶訛槿率涝缙谔畛溆诖罄肀谀┕艣_刷槽內(nèi)的溺谷相堆積,以粉土、粉砂為主,夾不等量粘性土;其空間分布多呈條塊狀、發(fā)育于⑥層暗綠色硬土層缺失區(qū),故有時(shí)直接疊置于⑦層砂性土含水層上。該層頂板埋深一般大于20 m,經(jīng)多年諸多工點(diǎn)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)承壓水頭埋深一般在地面下2.3～7.0 m,即一般具有高達(dá)近15 m的承壓水頭。在上海規(guī)范中將⑤2層歸入“微承壓水”可能出于以下原因: (1)在早期上海地區(qū)沉降研究中已按地基土層對(duì)地面沉降影響,將上海地區(qū)⑦層砂性土和⑨層含礫粉細(xì)砂二個(gè)承壓含水層分別命名為“第一承壓含水層”和“第二承壓含水層”。這樣,位于第一承壓含水層之上,呈條帶狀分布的承壓含水層⑤2層只能歸入“微承壓含水層”。 (2)20世紀(jì)90年代初上海的基坑工程尚少,遇到⑤2層的基坑工程更少,⑤2層承壓水對(duì)基坑的影響尚不十分突出,所積累的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料也不多。3工程實(shí)例分析 下面以上海市軌道交通某車站險(xiǎn)情為例,具體分析承壓水對(duì)基坑本體及其周邊環(huán)境造成的危害。3.1工程概況 車站主體為地下2層矩形框架結(jié)構(gòu),全長(zhǎng)193.0 m。標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約16.3 m,端頭井深約18.3 m。圍護(hù)采用地下連續(xù)墻,厚度800 mm,標(biāo)準(zhǔn)段成槽深度約30.5 m,內(nèi)襯厚度400 mm;端頭井段成槽深度約33.5 m,內(nèi)襯厚度600 mm。地下連續(xù)墻墻址位于⑦1層。頂圈梁800 mm×800 mm。 根據(jù)地質(zhì)資料,本站基坑范圍內(nèi),⑤2層砂質(zhì)粉土層為微承壓水層,水位埋深為18.0～19.5 m,⑦1層草黃～灰色粉細(xì)砂、⑦2層草黃～灰色粉細(xì)砂為第一承壓含水層,水位埋深28.3～37.2 m,承壓水水頭為地表下3.0～10.0 m。微承壓水、承壓水水位均呈幅度不等的周期性變化。⑤2層與⑦層承壓水在車站南部局部連通,并且基坑開(kāi)挖底面進(jìn)入⑤2層內(nèi)。②3褐黃灰色砂質(zhì)粘土層及⑤2灰色砂質(zhì)粘土層為可液化土層,在動(dòng)水壓力的作用下易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,對(duì)車站基坑開(kāi)挖是不利的因素。基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況如圖5所示。3.2險(xiǎn)情經(jīng)過(guò) 2008年4月13日17∶00,車站南端頭井DQ-63和DQ-64地墻接縫在坑底以下位置出現(xiàn)大量漏水(該部位墊層在上午10∶00左右已澆筑完成),基坑和周邊管線均有加大的沉降。由于在南端頭井開(kāi)挖過(guò)程中,施工單位已將Atlas及搶險(xiǎn)物資進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng),因此在漏水情況發(fā)生后的45 min之內(nèi),施工單位即采取了內(nèi)外封堵的搶險(xiǎn)措施,坑內(nèi)漏水位置使用袋裝水泥進(jìn)行回填封堵,坑外使用Atlas引孔壓注聚氨酯及雙液漿,總計(jì)使用聚氨酯2.25 t,水泥50 t。由于處理及時(shí)、措施到位基坑漏水情況逐漸得到了有效控制,4月14日3:00基坑基本不再漏水,周邊環(huán)境變形區(qū)域穩(wěn)定。分析基坑事故原因有: (1)坑外⑤2層微承壓水通過(guò)地墻上薄弱點(diǎn)滲漏進(jìn)入基坑。盡管南端頭井在開(kāi)挖之前在坑外地墻接縫位置做了旋噴樁止水處理,但在地墻向坑內(nèi)變形40 mm之后,其與坑外接縫位置的旋噴樁之間即產(chǎn)生了滲漏通道,加上本區(qū)域地質(zhì)條件較差,⑤2層與⑦2層承壓水連通,造成⑤2層微承壓水水量豐富且水壓較大,通過(guò)地墻上的薄弱點(diǎn)滲漏進(jìn)入基坑。 (2)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于施工等原因可能存在裂縫,或者空洞等不良現(xiàn)象,止水效果不佳。大量地下水夾帶砂粒沿連續(xù)墻裂縫向基坑內(nèi)涌入,滲流路徑減小,水力坡度增大,造成坑內(nèi)外水土流失。3.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析3.3.1水位變化 基坑漏水側(cè)設(shè)有水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)SW01。該點(diǎn)變形曲線如圖6所示。在圖中可以看出,4月13日,該水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)有很大的降幅,大約1 200 mm/d左右,并且累計(jì)值超過(guò)了1 000 mm的警戒值,水位達(dá)到最低值-1950 mm。發(fā)生漏水后,處理措施及時(shí),4月14日水位有明顯的上升,并在隨后趨于穩(wěn)定。3.3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形4月13日,P01測(cè)斜點(diǎn)具體變形情況見(jiàn)表1和圖7。 測(cè)斜點(diǎn)在漏水當(dāng)天,變形速率超過(guò)了3 mm/d的警戒值。4月12日,13日,14日P01測(cè)點(diǎn)變形情況見(jiàn)圖7。從圖中可以看出,4月14日,P01點(diǎn)的最大變形速率為1.86 mm/d,與13日的8.01 mm/d相比,已經(jīng)趨于穩(wěn)定,在警戒值之內(nèi),說(shuō)明對(duì)基坑本身而言,險(xiǎn)情已經(jīng)得到了較好的控制。3.3.3地表沉降及管線沉降變形 漏水點(diǎn)P01點(diǎn)附近設(shè)有一組地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1-3～A1-4,間距5 m。該組沉降點(diǎn)累計(jì)變形曲線如圖8。周邊的3條管線累計(jì)變形曲線如圖10、11、12所示。不難看出在4月14日漏水點(diǎn)附近的管線都有了較大的沉降。 從上述圖表可以看出,發(fā)生漏水時(shí),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形曲線形狀相近,總的變化趨勢(shì)相同。與基坑測(cè)斜點(diǎn)不同的是,地表沉降點(diǎn)及管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率突然增大的時(shí)間不是發(fā)生在4月13號(hào),而是在14號(hào)。這驗(yàn)證了基坑土體變形的規(guī)律,地面和管線沉降對(duì)圍護(hù)墻體變形的響應(yīng)確實(shí)有一定的滯后。同時(shí)也說(shuō)明了基坑搶險(xiǎn)與基坑開(kāi)挖一樣,具有一定的時(shí)空效應(yīng)。本次搶險(xiǎn)采用先對(duì)基坑進(jìn)行堵漏、再注漿是一種合理并行之有效的方法。4結(jié)語(yǔ) 隨著基坑開(kāi)挖越來(lái)越深,承壓水所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。在基坑開(kāi)挖和施工過(guò)程中,承壓水極容易對(duì)基坑造成危害,稍有不慎會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性后果。為防止水害,應(yīng)采取以下措施: (1)在基坑施工前,應(yīng)做好勘查工作,必須搞清場(chǎng)區(qū)及附近各含水層的特征,及含水層間、與地表水體間的水力聯(lián)系,并做好降水設(shè)計(jì)。 (2)在施工過(guò)程中,要確保地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量,并按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行降水。做好監(jiān)測(cè)工作,隨時(shí)注意監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化,發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取搶險(xiǎn)措施。 (3)水溶性聚氨酯是一種很好的堵漏劑,親水性好,遇水后會(huì)立即進(jìn)行聚合反應(yīng),分散乳化或發(fā)泡膨脹,并與砂石泥土固結(jié)成彈性固結(jié)體,迅速堵塞裂縫,永久性止水,在基坑的搶險(xiǎn)過(guò)程中能發(fā)揮有效的作用。 (4)基坑發(fā)生滲漏時(shí),應(yīng)采取“先堵漏,再注漿”的搶險(xiǎn)措施。因?yàn)榛勇┧畷r(shí),過(guò)大的承壓水頭會(huì)引起基坑水位、地下連續(xù)墻測(cè)斜、附近地表沉降、房屋沉降等多種變形速率突然加劇。搶險(xiǎn)要遵循一定的時(shí)空效應(yīng),基坑出現(xiàn)險(xiǎn)情首先體現(xiàn)在測(cè)斜點(diǎn)的數(shù)據(jù)異常上,一段時(shí)間后,地表沉降、房屋沉降等周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)才相繼發(fā)現(xiàn)異常;先對(duì)基坑進(jìn)行堵漏,在一定時(shí)間內(nèi)再對(duì)周邊進(jìn)行注漿是一種合理并行之有效的方法。參考文獻(xiàn)[1]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1997.[2]劉濤.基于數(shù)據(jù)挖掘的基坑工程安全評(píng)估與變形預(yù)測(cè)研究[D].同濟(jì)大學(xué),2007.[3]劉國(guó)彬,王洪新.上海淺層粉砂地層承壓水對(duì)基坑的危害及治理,巖土工程學(xué)報(bào).2002.[4]丁春林宮全美孟曉紅.地鐵車站深開(kāi)挖施工中下層承壓水的處理技術(shù)研究.[R].同濟(jì)大學(xué)路基與土工技術(shù)研究所,2004.
