基坑抗突涌穩(wěn)定性分析及處理方法(圖)

1、基坑抗突涌穩(wěn)定性分析及處理方法（圖）【摘要】隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，高層建筑的地下室基坑開挖深度隨之增加，由此而產(chǎn)生的基坑邊坡的穩(wěn)定性問題、基底隆起問題以及基坑突涌問題等越來越受到廣泛關(guān)注。特別是承壓水條件下的基坑突涌問題，安全隱患大，處理困難。本文結(jié)合工程實例簡要介紹基坑突涌發(fā)生的機理，以及發(fā)生突涌后采取的處理方法和有效措施。【關(guān)鍵詞】承壓水；基坑突涌；穩(wěn)定性分析；處理方法1.前言近年來,城市建設(shè)日新月異,高層建筑拔地而起,為更好的利用城市土地資源，滿足國家抗震要求,高層建筑地下室的基坑開挖深度逐漸增加,隨之而產(chǎn)生的基坑邊坡支護問題、基底隆起問題以及基坑突涌問題等受到工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注。

2、濟南是山東省省會城市,素有泉城”美譽，城因泉名,泉以水生,泉水復(fù)涌,城魂歸來。濟南泉水數(shù)量之多，在中國城市之中，可謂罕見。泉水是濟南的象征,是濟南的特色和靈魂。泉是濟南文化的淵源，也是濟南的驕傲和自豪。但濟南的高層建筑群大多位于泉水保護區(qū)范圍內(nèi),為節(jié)水保泉，深基坑施工前應(yīng)進行保泉方案論證，針對基坑開挖施工過程中產(chǎn)生的基坑突涌等問題應(yīng)及時采取措施,以防對泉水產(chǎn)生不良影響。2.工程概況香港恒隆地產(chǎn)擬建的濟南市恒隆廣場項目位于黑虎泉西路以北、泉城路以南、榜棚街以東、天地壇街以西的區(qū)域，為濟南市重點招商引資項目，建設(shè)場地西距趵突泉東門約500m,四周由趵突泉、珍珠泉、五龍?zhí)逗秃诨⑷拇笕涵h(huán)繞，位于濟

3、南市泉水保護區(qū)范圍之內(nèi)，場地的水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，根據(jù)勘察資料，場地內(nèi)地下水主要有：第四系潛水、風化裂隙水和基巖裂隙水。本工程地下2層，地上7層?；娱_挖形狀總體呈近似矩形。場區(qū)地形較為平坦，自然地坪標高在30.9531.59之間。建筑物總高度為45m,0.00標高相當于絕對標高為31.30m。地下室開挖面積為46248.39m2,基坑開挖周長為925.53m,開挖深度為12.10m,土石方量為56萬m3,設(shè)計抗浮錨桿4000多棵?；又ёo設(shè)計方案既要保證基坑的安全與穩(wěn)定，又要最大限度的減少基坑開挖后對周邊環(huán)境的影響。根據(jù)周邊環(huán)境條件，結(jié)合國內(nèi)外大型基坑的先進設(shè)計施工經(jīng)驗和工程結(jié)構(gòu)顧問公司的

4、概念性設(shè)計要求，本基坑支護方案總體上采用支護排樁加內(nèi)支撐的支護結(jié)構(gòu)體系。見圖1。由于基坑開挖深度較大，基坑開挖過程中控制與預(yù)防地下承壓水是基坑支護和土方開挖的關(guān)鍵。特別是在抗浮錨桿施工過程中，由于場地內(nèi)存在承壓水，泉水的出露標高可達26.49m,施工過程中穿透隔水底板產(chǎn)生突涌的可能性非常大?？紤]到基坑底部的隔水層厚度不均，經(jīng)計算，局部厚度不能滿足抗?jié)B流、抗突涌穩(wěn)定性驗算,本工程經(jīng)過地質(zhì)雷達檢測,對局部隔水層厚度不能滿足設(shè)計要求的部位采用了注漿加固處理。但我單位在該工程的抗浮錨桿施工中,620號錨桿在施工至8m時突然出現(xiàn)大量涌水（見圖2）,據(jù)初步估算,涌水量可達65m3/h。為了節(jié)水保泉，從而又

5、不影響工程繼續(xù)施工，必須盡快采取積極有效的措施處理發(fā)生的基坑突涌問題。Y圖1菇坑支護結(jié)構(gòu)實景圖3.場地巖土工程條件3.1地層結(jié)構(gòu)。場地地層條件較為復(fù)雜,層位變化較大,原始地貌單元屬第四系沖、洪積地圖2坑底突涌貌單元。根據(jù)鉆探揭露，場區(qū)內(nèi)地層可分為10層。地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1。表1地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)地層承載力特征值KPii壓縮模撤MPa內(nèi)魔擦角()粘聚力KPa天然重度KNm3雜垃層/205!19素填土100/|18IB.6粉質(zhì)牯土150/2022193碎石240J0.1356Q；18.5膠結(jié)礫巖60055356018.5粘土2309,3g4018.5殘積土2005.22.320V)全鳳化

6、閔長巖2305.822,617.1強風化閔艮巖50025/強風化石京巖goo30/中鳳化石東巖3000/3.2水文地質(zhì)條件。根據(jù)含水層的性質(zhì)及賦存條件，本場區(qū)地下水分為3種類型：上部碎石層(膠結(jié)礫巖)和填土內(nèi)的第四系潛水、中部閃長巖內(nèi)賦存于風化裂隙、構(gòu)造裂隙內(nèi)的承壓水和下部奧陶系灰?guī)r內(nèi)存在的基巖裂隙承壓水。上部第四系潛水來源主要為大氣降水和上升泉水的側(cè)向的補給,滲透系數(shù)為1.1x10-55.3x10-3cm/s,同時場區(qū)內(nèi)的該層潛水還受到距場區(qū)南側(cè)約30m的護城河內(nèi)的常年流水的側(cè)向補給影響較強；中部的風化裂隙水來源主要來自地下徑流及第四系滲透補給，該層滲透系數(shù)為5.86x10-39.85d0-

7、4cm/s;下部的基巖裂隙水來源主要受大氣降水和南部山區(qū)地下水徑流入滲補給，局部由于連通裂隙存在而使基巖裂隙水與上層潛水局部聯(lián)系較強,根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗井抽水測試,一般揭露該含水層后單井涌水量大于5000m3/d。直接卄給徑流氏古II世4閭搖撲緒區(qū)-J艸tfE圖3濟南泉水的形成機理4.1濟南泉水的形成機理。現(xiàn)代地質(zhì)工作者調(diào)查研究認為，濟南泉水來源于市區(qū)南部山區(qū)。在南部山區(qū)灰?guī)r出露和裂隙巖溶發(fā)育的地方，吸收大量的大氣降水和地表徑流，滲人地下形成了豐富的裂隙巖溶水。這些裂隙巖溶水，受基底太古界變質(zhì)巖的隔阻,沿單斜構(gòu)造巖層的傾斜方向,向北作水平運動,由于可溶性灰?guī)r,經(jīng)過多次構(gòu)造運動和長期溶蝕，巖溶地貌

8、發(fā)育,形成地下潛流,至城區(qū)遇到侵入巖巖體的阻擋和斷層堵截。燕山期輝長巖一閃長巖侵入體,質(zhì)地細密,巖質(zhì)堅硬,隔水性能好,千佛山斷塊西有通過緯一路的千佛山斷層；東有穿過解放橋圖4計算簡圖4.基坑突涌的發(fā)生機理和老東門的羊頭峪斷層,這樣就組成了東西北三面阻水巖體，構(gòu)成了三面封閉的排泄單元。地下潛流大量匯聚,并由水平運動變?yōu)榇怪毕蛏线\動，促進了巖溶發(fā)育和水位抬高,在強大的靜水壓力下,地下水穿過巖溶裂隙,在灰?guī)r和侵入巖體的接觸地帶及第四系沉積層較薄弱處奪地而出，涌出地表，形成天然涌泉圖&鋼管引流設(shè)置成功注漿管出水口述注水泥漿誨帶絲纏繞出水孔位置鋼管設(shè)童4.2基坑突涌機理分析?；油挥渴腔拥装灞怀袎核?/p>

9、裂或沖破而形成噴水冒砂的現(xiàn)象，此現(xiàn)象一旦發(fā)生,基坑將喪失穩(wěn)定性。因而在基坑開挖中是必須嚴格注意的問題。確切的說：當hhcr時，承壓水的浮力小于或等于隔水土層的重力，此時是安全的；當基坑開挖至h如圖4,本基坑工程隔水底板主要為6層粘土，隔水土層的臨界厚度為：Hcr=KYWHWy(1)式中：Y隔水土層的重度；YW水的重度；HW承壓水頭高于含水層頂板的高度；K安全系數(shù)。根據(jù)本次基坑突涌結(jié)果，HW=15.29m,Y=18.5KN?m-2,YW=10KN?m-2,K=1.0,把以上數(shù)據(jù)代入(1)式，經(jīng)計算得Hcr=8.2m。這一計算結(jié)果與錨桿施工至8m發(fā)生突涌非常吻合。5.基坑發(fā)生突涌的處理方法5.1注

10、漿方法。根據(jù)有關(guān)文獻，對承壓水而言，基坑抗突涌穩(wěn)定的處理方法基本有兩種：（1）降壓，即通過降壓井降低承壓水的水頭；（2）對基底進行加固處理，可采用化學(xué)注漿法或高壓旋噴注漿法，即通過對基底隔水土層加固，形成具有一定厚度和一定強度的隔水底板，利用壓力平衡防止突涌發(fā)生。由于本工程位于濟南市泉群保護區(qū),基坑開挖范圍較大，為了節(jié)水保泉,顯然采用設(shè)置降壓井的方法來抽取大量承壓水以降低承壓水水頭不是理想方法，為此，本工程根據(jù)物探結(jié)果對局部地段進行了封底注漿，但由于不是對基底全部進行封底注漿處理，所以在基坑開挖后施工抗浮錨桿時發(fā)生基坑突涌在所難免。對發(fā)生的突涌同樣采用注漿加固法進行處理。5.2注漿過程。首先，

11、對產(chǎn)生突涌的出水孔內(nèi)下鋼管，并用海帶、注漿加固出水孔周圍，使水經(jīng)過鋼管流出減少對孔壁沖刷。如下圖5。其次，對出水口4m范圍內(nèi)進行壓力注漿。壓力注漿目的是：封堵地下滲水、孔隙水,從外向里行成一個封閉的止水帷幕,以達到減小泄水口水流量并為最后一步強行堵管創(chuàng)造條件。同時，也是對出水口附近土體的加固。第三，進行強行封堵壓力實驗，結(jié)果封堵出水口后三分鐘內(nèi)孔壁無滲水、涌水現(xiàn)象。最后采用雙管注漿方案：雙管注漿方案是采用利用兩個相同直徑注漿管，采取雙管等壓力高壓（泵壓力必須大于水壓力,1.5MPa）注入水泥漿和水玻璃，使兩種漿液在泄水管底部高濃度混合迅速行成凝固體，從而達到從孔底堵水的目的。漿液配置，水泥漿液

12、采用0.5的水灰比，水玻璃摻入量為50%,逐漸減少，水玻璃濃度越高水泥凝固速度越快。注漿過程見下圖7。S7注漿施工中5.3注漿效果。注漿完成2小時后打開閥門封堵成功，未見異常，注漿效果良好。為了及時檢測注漿期間出水口附近地層的的變形情況，防止由于注漿壓力過大引起基底隆起，注漿前在出水口四周5米范圍內(nèi)設(shè)置了8個觀測點，根據(jù)注漿前后和注漿過程中的檢測結(jié)果分析，由于壓力注漿引起的基坑隆起量一般在310cm,沒有對基底產(chǎn)生較大影響。注漿完成后的現(xiàn)場情況見下圖8。圖6鋼宵引流設(shè)置成功6.結(jié)語隨著城市高層建筑及地鐵、隧道的建設(shè),基坑開挖的深度不斷增加,基坑周邊環(huán)境條件更加復(fù)雜,由此而產(chǎn)生的巖土工程問題也愈來愈多、愈來愈受到關(guān)注。承壓水條件下的基坑抗突涌問題應(yīng)引起充分重視,目前這類問題理論分析方法和計算模型多樣，但都存在一定的局限和缺點。根據(jù)不同的工程特