富水砂层深基坑墙体渗漏灾害与对策分析.pdf
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1、 年 月上第 卷 第 期施工技术(中英文):富水砂层深基坑墙体渗漏灾害与对策分析刘俊城,谭 勇(同济大学地下建筑与工程系,上海)摘要 为研究富水砂层深基坑施工期间止水帷幕渗漏事故频发的原因及有效对策,以某地铁车站深基坑工程发生的 起渗漏事故为例,详细回顾了事故发展过程,对其主要原因进行探究,同时系统总结了事故预防处理措施。结果表明:地层自身复杂的水文地质条件、施工质量及人为因素是导致渗漏事故频发的主要原因;根据“提前预防、应急堵漏和后续加固”的处置方法可有效控制灾害发展,降低对邻近敏感建(构)筑物的危害。关键词 地铁;富水砂层;深基坑;止水帷幕;渗漏;预防中图分类号 文献标识码 文章编号(),
2、(,):,:;国家自然科学基金()作者简介 刘俊城,博士研究生,:收稿日期 引言 深基坑工程施工由于涉及到土体结构地下水的相互作用,同时受到人为因素的干扰,一旦控制不当极易引发严重的工程灾害事故,造成显著的经济损失和人员伤亡。周红波等对 例地铁深基坑工程事故原因进行统计分析得出,因地下水处理不当引起的渗流破坏是最为常见的事故类型之一。近年来频繁发生的深基坑止水帷幕渗漏、管涌和坑底突涌事故是渗流破坏的主要表现形式,若事故发生后未及时采取有效措施进行控制,极易导致基坑失稳破坏和坑外地表塌陷等严重后果。在我国富水砂层地区,由于具有地下水位高、砂层厚度大、稳定性差等复杂的水文地质条件,深基坑止水帷幕存
3、在缺陷的情况较为普遍。一旦形成贯通的渗流通道,坑外大量的砂土颗粒将随地下水快速涌入坑内,造成严重的地层损失,因此相应的事故前预防措施和事故后处理措施显得尤为重要。但目前已有的深基坑渗漏事故分析主要集中在软土或软土局部夹砂地层,对于深厚富水砂层鲜有报道。以富水砂层某地铁深基坑的 起墙体渗漏事故为例,对事故主要原因进行探讨,并总结该类特殊地层基坑渗漏事故的预防、应急堵漏和后续加固措施,以对日后类似工程灾害提供参考。施工技术(中英文)第 卷 工程概况 基坑概况 本地铁车站基坑工程沿东西向布置,为岛式站台地下 层车站。基坑由西端头井、标准段和东端头井 部分组成,长约,宽约,标准段开挖深度约,端头井开挖
4、深度 。在基坑西北侧有 栋敏感建筑物(筏板基础,距基坑最近处约),基坑及监测点平面布置如图 所示。图 基坑及监测点布置 表 土层主要物理特性参数 土层厚度()固结快剪渗透系数 ()()()砂质粉土 粉砂夹砂质粉土 粉砂 砂质粉土夹粉质黏土 粉质黏土夹粉土 粉砂夹粉土 粉质黏土夹粉土 砂质粉土夹粉质黏土 粉砂夹粉土 粉砂 注:为含水率;为土体容重;为孔隙比;为 范围内的土体压缩模量;为黏聚力;为摩擦角;为竖直向渗透系数;为水平向渗透系数 工程地质和水文地质条件 该车站基坑地貌类型属于长江下游冲积平原,地形平坦,地貌较为单一。坑底位于粉质黏土夹粉土,开挖深度范围内以砂土为主,依次为填土、砂质粉土、
5、粉砂夹粉土、粉砂和粉质黏土夹粉土;开挖面以下则依次为砂质粉土夹粉质黏土、粉砂夹粉土、粉质黏土夹粉土、砂质粉土夹粉质黏土、粉砂夹粉土、粉砂。各土层的主要物理特性参数如表 所示。根据地下水埋藏条件,本基坑场址内主要涉及上层潜水和微承压水。其中,潜水水位埋深为 ,平均水位埋深为,地下水位较高;承压水主要赋存于层和层下部的粉砂层中,即层、层、层和层,水头埋深。由于隔水层层和层厚度较薄且夹杂粉土,因此承压水和潜水之间存在一定的水力联系。基坑支护方案 本基坑采用半盖挖顺作法施工,围护支撑体系为地下连续墙内支撑的形式,其中内支撑包括钢筋混凝土支撑和钢支撑。本工程地下连续墙不仅作为围护结构同时兼作止水帷幕,因
6、此采用防水性能相对较好的工字钢接头;此外,富水砂层由于含水层的厚度过大,止水帷幕难以完全隔断坑内外的水力联系,同时考虑到施工成本,故在地下连续墙底部另加一段素混凝土墙。基坑标准段和端头井的典型剖面如图 所示。刘俊城等:富水砂层深基坑墙体渗漏灾害与对策分析 图 基坑典型剖面(单位:)(:)渗漏事故案例 渗漏点 年 月 日上午 时左右,基坑已开挖至坑底,开挖深度约 ,施工人员准备浇筑底板,突然发现地下连续墙 和 之间的接缝处严重漏水,并夹带泥砂,渗漏点位置如图 所示,漏水情况如图 所示。由于此时已准备浇筑底板,施工单位为加快进度,仅在渗漏位置采用砂袋进行初步反压,未采取其他措施。年 月 日下午 时
7、左右,初始渗漏点处的涌水涌砂量明显加大,施工单位迅速在坑内反压砂袋、水泥和双快水泥,并在坑外钻孔注浆进行加固,下午 时左右,渗漏点封堵工作基本完成,坑内堵漏措施如图 所示。图 漏水现场 图 坑内反压堵漏现场 通过对事故期间的现场监测数据进行回顾分析,在 年 月 日当天:坑外地表明显开裂(见图);渗漏点 附近的地表沉降测点 发生高达 的严重突沉,最大沉降量达到,远远超出监测控制要求(最大值为,日变化速率为),如图 所示;地表沉降测点 出现 的突沉,仍大于监测控制要求;邻近测点 处的地下水位突然下降 (见图)。图 路面严重开裂 由此可见,渗漏点 由于渗漏初期未及时采取有效的措施对墙体内部及墙后的渗
8、漏通道进行封堵,导致墙体漏水事故再次发生,产生显著的坑外地表沉降和水位下降,造成了较为严重的水土流失。渗漏点 年 月 日上午 时左右,基坑西端头 施工技术(中英文)第 卷图 坑外地表沉降 图 坑外地下水位变化 井土方开挖至埋深约 处,地下连续墙 和 之间的接缝处突然出现涌水、涌砂现象,渗漏点位置如图 和 所示。鉴于渗漏点 的事故经验,施工单位立即组织现场工人进行渗漏事故应急处置:上午 时 分开始,安排相关人员对邻近道路和建(构)筑物进行加密监测;上午 时至 时 分,进行坑内砂袋、水泥和双快水泥反压堆码以及坑内墙体的水平注浆;上午 时 分至 时 分,坑外引孔注入聚氨酯;下午 时至 时 分,坑外引
9、孔注入水泥水玻璃双液浆;当日 时 分左右,渗漏点封堵基本完成。通过对事故期间的现场监测数据进行回顾分析,发现在 年 月 日当天:渗漏点 附近的地表沉降测点 日变化速率均小于,小于监测控制要求(),如图 所示;基坑西北侧筏板基础建筑物距渗漏点 相对较近的沉降测点 和 的日变化率均小于 ,小于监测控制要求;如图 所示,渗漏点 邻近的测点 日变化量仅 ,即水位波动不大。由此可见,渗漏点 在事故发生后立即采取相图 坑外竖向位移 图 坑外地下水位 应的处理措施,大幅降低了坑外的水土流失量,从而有效控制了坑外地表沉降和敏感建筑物沉降变形的发展。因此,对于富水砂层深基坑而言,发生穿墙透水渗漏事故后,若能及时
10、采取措施进行处理,能有效避免灾害恶化,否则将对周边环境造成严重损害。富水砂层渗漏事故原因分析 对富水砂层基坑渗漏事故的原因进行分析,以便后续采取针对性措施降低事故的发生率和影响程度。本文重点从地层因素、施工因素和人为因素三方面展开分析。地层因素 该基坑所处的富水砂层地下水位高,潜水水位埋深 ,承压水水位埋深;以粉土和粉砂为主,渗透性强,土颗粒间的黏聚力较小、易液化且呈流塑状。在地下连续墙成槽施工期间,由于砂土颗粒自稳性相对较差,容易导致壁面塌孔,因此墙体或接缝处往往存在一些严重缺陷。当坑内土方开挖至缺陷处时,一旦揭露其上方土体,坑外地下水将携 刘俊城等:富水砂层深基坑墙体渗漏灾害与对策分析 带
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