某基础维护工程侧壁流土原因及处理

PAGE某基坑维护工程事故原因分析及处理摘要：基坑维护是一项复杂的系统工程，它涉及到勘察、设计、基坑维护施工及开挖过程中的各相关单位，只有密切合作才能确保基坑的安全可靠。本文通过对某基坑维护工程基坑开开挖过程中侧壁流土、坑底“涌砂”原因分析，处理方案选择及实施方法的论述，表明了在本工程中各相关单位应注意的问题，对今后类似基坑维护工程具有一定的指导及借鉴意义。关键词：基坑维护；流土；涌砂；原因分析；处理方案０前言：随着城市建设高层建筑物的增多，建筑基坑维护与开挖问题越来越引起工程界特别是岩土工程界的广泛重视。近年来，由于基坑支护结构失稳而引起的工程事故的报导屡见不鲜。鉴于基坑维护体系中岩土体及周围环境的复杂性，在基坑维护中更应加强勘察、设计、施工单位紧密配合，特别是在基坑开挖过程中应根据“信息法”施工的理念，使基坑开挖过程中的问题及时反馈到勘察、设计及施工单位，以便及时处理，避免因基坑维护体系失稳而产生严重工程事故。本文所举实例基坑开挖不深，但周围环境较为复杂，基坑失稳会产生后果。１工程概况拟建的建筑物位于市区，四周场地条件较为复杂，西侧距18层建筑物约45米,南侧距6层家属楼约13m，西侧距民房约15～20m。基坑宽约66m，长约140m，场地面积16780m2,基坑开挖深度约5.4m。此工程地下一层,地上五层,钢结构,总建筑面积33000m2,地下室面积880m2。(详见平面布置示意图1)施工场地条件平面布置示意图1２场地工程地质与水文地质条件2.1工程地质条件施工场地地面下12．5m内地层主要由6层组成，现按自上而下的顺序描叙如下：①层杂填土：[Q42ml]灰褐色，湿，松散，上部以粉质粘土为主，下部为白灰色杂物，分布不均匀。厚度：1．00—2．50m，平均1．96m；层底标高52．82—54．39m，平均53．45m；层底埋深1．00—2．50m，平均1．96m。②一l层粉砂含粉土：[Q42（al+pl）]黄褐色，湿，饱和，砂粒成份主要为石英和长石，分选一般，级配不连续，粘粒含量较高。厚度：1．50—4．90m，平均3．05m；层底标高：48．59—51-9lm，平均49．96m；层底埋深：3．50—6．90m，平均5．28m。②层粉质粘土：[Q42（al+pl）]黄褐色，可塑一软塑，切面稍光滑，韧性中等，干强度中等。厚度：0．40—4．00m，平均1．68m；层底标高：48．52—51．12m，平均50．11m；层底埋深：4．30—6．80m，平均5．28m。③一l层粉砂含粉土：[Q42（al+pl）]黄褐色，湿，饱和，砂粒成份主要为石英、长石和云母，分选一般，级配不连续，粘粒含量较高。厚度：1．60—1．80m，平均1．70m；层底标高：48．62—48．81m，平均48．72m；层底埋深：6．60—6．80m，平均1．75m。③层粉质粘土：[Q42（al+pl）]灰褐色，软塑—可塑，切面稍光滑，韧性中等，干强度中等，偶见青瓦片，局部夹粘土薄层。厚度：2．60—2．70m，平均2．67m；层底标高：45．82—45．99m，平均45．91m；层底埋深：9．50。④层粉质粘土：[Q41（al+pl）]黄褐色，可塑，切面稍光滑，韧性中等，干强度中等，含少量姜石，该层未揭穿。2.2水文地质条件地下水初见水位埋深3.40m—3.60m，平均为3.50m，稳定水位埋深3．O—3.1m，平均为3.05m，对基坑开挖有影响的含水层主要为②一l层粉砂含粉土及③一l层粉砂含粉土，基坑内外水位差约2.0—2.4m,地下水补给主要为河流侧向补给及大气降水补给。由于基坑东侧靠近居民生活区，地下排水管线老化，渗漏较大，也是地下水补给的主要来源（由于基坑渗水量每天上午6—7点，下午5—7点明显增大，且水质明显变差可证明）。３支护结构设计3.1支护方案本基坑围护工程,护坡采用悬臂式排桩(灌注桩)支护,桩径φ600mm,有效桩长14.4m,成孔深度16m,桩间距1.2m,混凝土标号C25,桩顶设600×600m的冠梁,同标号混凝土连梁,连梁顶面按1:0.3放置加挂网喷浆支护,基坑防水采用双排咬合（咬合15cm）水泥土搅拌桩(湿法)隔水帷幕，桩径500mm，孔深：8.5m,桩长6.5m。施工期间，基坑东南角，由于场地的限制，基坑防水设计改为单排咬合（咬合30cm），高压旋喷桩为隔水帷幕，桩径600mm，孔深8.5m,桩长6.5m。3.2施工技术要求a.灌注桩根据设计要求、场地条件及本地区长螺旋干成孔桩施工经验，考虑到成桩质量、工期、排浆及环境污染因素，经对比分析认为：该场地采用长螺旋干成孔，压灌混凝土，后置钢筋笼施工方案。要求长螺旋干成孔桩成桩后桩径不小于设计要求，有效桩长满足设计要求，桩身混凝土强度为≥C25。桩的施工偏差满足下述要求:桩长允许偏差≥5cm；桩径允许偏差:不得小于设计桩径；垂直度允许偏差〈1％；桩位允许偏差≤20cm；虚土沉渣必须满足设计要求；正式施工前由技术人员再次复核测量基线、水准点及桩位。混凝土配比及搅拌：开盘前由技术人员根据混凝土配合比，确定现场配比，调整磅秤，经检查各方面工作都准备好后，允许开盘。每盘混凝土搅拌时间在120秒以上，坍落度控制在18～20cm。搅拌过程由技术人员专项负责。b.搅拌桩桩位布置与设计图误差不得大于5cm。桩底标高不得高于设计标高，桩顶标高不得低于设计标高。搅拌桩垂直度偏差≤1%。单位喷浆量不得低于设计喷浆量。每根桩开钻后必须连续施工，严格控制喷浆及停浆时间，不得间断。严禁在未喷浆的情况下进行钻杆提升作业以确保喷浆桩质量和长度。如遇停电,机械故障等原因而喷浆中断应及时记录中断深度，待恢复正常后必须进行复打，复打重叠段长度不小于1m。定期检查钻头直径，其钻头直径磨损量不得大于1cm。认真做好施工记录，发现喷灰量不足或过大及机械故障或停电等原因影响该桩质量的，应立即采取有效的补救措施。c.高压旋喷桩旋喷桩施工前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。施工时，钻孔的倾斜度一般不得≤1.5%。接插管和旋喷施工过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时动作要快，水、气、浆的压力和流量必须符合设计值，否则要拔管清洗重新进行插管和旋喷。施工时，要做好压力、流量和冒浆量的量测工作，并按要求逐项记录。钻杆的旋转和提升必须连续不中断。拆卸钻杆继续旋喷时，要注意保持钻杆有0.1m的搭接长度，不得使旋喷固结体脱节。深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断。搅拌水泥浆时，水灰比要按设计规定，不得随意更改，在旋喷过程中应防止水泥浆沉淀，使浓度降低。禁止使用受潮或过期水泥。施工完毕，立即拔出注浆管彻底清洗注浆管和注浆泵，管内不得有残存水泥。d.冠梁本工程混凝土强度等级为C25，应符合系列要求：塌落度要求150至180mm初凝时间5至7个小时，水灰比W/C≤0.4;标准条件下，混凝土7天龄期强度30N/m2。混凝土施工的一般要求：混凝土自吊头口的自由倾落高度不得超过2m,插入式振捣，快插慢拔，逐点移动，顺序进行，均匀振实。插点移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍（一般为30-40cm），振捣上一层时插入下层5cm以消除两层间的接缝。混凝土浇筑应连续进行，间歇时间最长在前一层混凝土凝结之前将次层混凝土浇筑完毕。间歇时间有水泥的品种及混凝土凝结条件确定，超过2小时按施工接缝处理。混凝土浇筑是经常观察模板、钢筋、预埋孔洞、预埋件和插筋等有无移动，变形或堵塞情况，发现问题立即处理并在已浇筑的混凝土凝结前修正完好。3.3施工中出现的问题及方案变更由于维护工程施工时正值冬季，场地基坑东南角为市政供暖输配站。受场地及地下管线的限制，搅拌桩施工无法达到隔水效果。基坑防水设计后改为单排咬合（咬合30cm）高压旋喷桩隔水帷幕。４基坑降水及开挖4.1降水方案根据该工程水文地质资料及实际情况，选择管井基坑内井点降水方案，用理正降水设计软件计算，共设计管井18眼，管井井深8m；管井间距25--30m；井径480mm,管井直径为320mm。基坑抽水降水一周时间达到开挖要求。4.2开挖方案土方采取先中间后边缘的原则分层开挖，在开挖过程中按要求加强观测，现场留有一定量的土方备用，在开挖过程中保留好降水井。５基坑开挖过程中事故分析与处理在基坑开挖过程中，基坑整体稳定,基坑侧壁位移量很小，满足设计及规范要求。由水泥土搅拌桩形成的防水墙防水效果良好，未出现渗漏现象（图2）。但在开挖东南角处，基坑侧壁多处漏水、流土，并伴有基坑底部有渗水、“涌砂”现象，后因流土总量近8.0m3,不得已对东南角进行了回填。图2图35.1流土产生的原因分析①勘察单位未严格按《建筑基坑支护技术规程JGJ120－99》中的3·3条勘察范围的要求，在基坑开挖１－２倍的范围内布置勘察点，以查明岩土结构变化及上、下水及地下管线情况。在后来的补充勘察中加密了东南角的勘探孔，发现地层也有变化，在第2层粉质粘土中夹有粉砂及粉土。②设计单位在变更设计中未考虑地下管线及局部杂填土底层岩土变化对桩墙的搭接产生的不利影响及施工困难。③维护结构施工单位在将搅拌桩变为高压旋喷桩施工后，对遇见地下管线及大量的杂填土时，未及时修改设计参数，如增加喷浆压力，采用多次复喷或双管旋喷等施工方法，以便挡水墙更好搭接，确保防水效果。④地下水位原因基坑开挖时正值雨季，河水较往年上升约2.0m，造成基坑内外水位差较设计值增大，是造成坑底渗水漏沙的直接原因。⑤环境原因基坑侧壁漏水，流土处存在多处周围村民的污水排水井渗漏，在用水高峰时，集中排放，也是造成基坑侧壁涌水、流土的直接原因。5.2处理方案选择及实施处理方案采用综合治理的原则，围绕着三个目的进行，一是尽快注浆，回填由于“流土”造成的空洞，确保周围建筑物的安全。二是封堵涌水通道，防止流土的进一步发生。三是采用降低地下水位及增长渗流路径，降低基坑内外水位势能差，有效地防止基坑底部渗水及“涌砂”现象。①在基坑侧壁流土严重部位，采用150型钻机成孔，在空洞较大处，填注水泥砂浆，渗漏较小时采用压力注浆。根据注浆量变化情况，在水灰比0.5：1的水泥浆中加入3%—5%的水玻璃。成孔深10—12米，孔间距5—10m,填注水泥沙浆约8m3。②采用压力注浆的方法，封堵涌水通道，为保证注浆效果，在基坑由侧壁漏水区排桩上固定钢板（见图3），并在钢板后填注水泥土夯实后，再行注浆。注浆孔深穿透第3层粉土层，到达第4层粉质粘土层上，并分段分时多次注浆。其目的一是减少粉土层的渗透系数。二是增长渗流路径以减少基径底部渗流压力，防止“涌沙”现象的发生。三是有效地封堵基坑渗水通道。③在基柱内边角增设内降