论文部分内容阅读
[摘要]本文以某基坑工程止水帷幕失效事故为例，介绍了该基坑复杂的地质和环境条件、止水帷幕设计和施工方案、止水帷幕失效的发现经过以及止水帷幕失效对工程和环境的影响，并对止水帷幕失效的原因进行了分析，文章最后介绍了止水帷幕失效事故的处理措施。
[关键词]止水帷幕 双排搅拌桩 钻孔工艺 防渗连续墙
[中图分类号] TV640.34 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-254-2
1 工程概况
拟建工程用地面积约7000m2，设置2层地下室，地下室平面基本上呈“7”字形，总周长约320m。基坑开挖深度为9.40～9.80m。
1.1工程地质条件
根据场地岩土工程勘察报告，场地地貌条件为珠江三角洲平原，地基土自上而下为人工填土层、冲积层和残积层，基岩为白垩纪上统泥岩、砂岩，现分述如下：
⑴人工填土层：层厚0.80～5.40m，平均厚度约2.50m。
⑵冲积层：场地东侧内有一条古冲沟，呈NW-SE向，宽约30m，场地冲积层顶板埋深0.80～5.40m，底板埋深12.60～19.90m，总厚度8.30～17.90m，冲积层自上而下可细分为淤泥质土（或粉质粘土）、粉（细）砂、中砂、淤泥等亚层，具体如下：
①淤泥质土（或⑵-2粉质粘土）：层顶埋深1.50～4.80m，层厚0.50～5.50m，平均厚度约2.80m。
②粉细砂：层顶埋深0.80～6.00m，层厚1.00～7.50m，平均厚度约3.00m。
③中砂：层顶埋深6.80～9.20m，层厚3.40～7.60m，平均厚度约5.60m，
④淤泥：层顶埋深13.50～15.60m，层厚1.40～6.00m，底部夹1.00～1.10m厚的中砂薄层。
⑶ 残积粉质粘土层：层顶埋深12.60～17.80m，层厚1.45～9.50m。
⑷ 基岩：场地基岩为白垩纪泥岩、粉砂岩和粗砂岩等，层顶埋深12.90～23.40m，按其风化程度可划分为全、强、中和微风化基岩，其岩性特征分述如下：
①全风化基岩：层顶埋深12.90～18.60m，层厚0.90～11.50m。
②强风化基岩：层顶埋深13.60～24.40m，层厚1.10～22.90m。
基坑开挖主要揭露地层为淤泥质土、粉细砂、中砂，揭露地层软弱土层发育，透水砂层发育，并且临近珠江，所以基坑围护土体为流塑状或松散～稍密状软弱土体。
1.2水文地质条件
场地地下水主要为赋存于冲积砂层（承压水）和人工填土层中的孔隙水，其补给来源主要为珠江河水、大气降水，其中冲积砂层孔隙水与珠江潮汐存在紧密的水力联系，残积层的富水性较差为相对隔水层。地下水混合水位为0.80～1.95m。
1.3 周边环境概况
基坑四侧建（构）筑物和地下管线情况很复杂，有给水管线、雨污管线等市政重要管线，其中西侧建筑物多为多层的砖混结构，木桩基础，对沉降较敏感，下面根据方向分述如下：
⑴北侧：距离地下室外墙边线9.50～19.00m市政道路下埋藏有铸铁水管及砼排水管。
⑵东侧：距離地下室外墙边线距离6.00～9.10m埋藏Φ100mm、Φ300mm铸铁给水管，埋深约0.35m、1.32m。
⑶南侧：距离地下室外墙边线12.00～18.00m污水处理提升泵站，埋深约8.00m，排桩咬合支护形式。
⑷西侧：距离地下室外墙边线5.50～8.50m外为密排的3～4层建筑物。其中南段外为4层框架结构建筑（梁板基础、埋深约2m）；其他部位均为3层旧居民住宅楼，砖混结构，木桩基础。中段基坑外侧距离地下室外墙边线约4.00m埋藏有Φ300mm铸铁排水管线（J），埋深约0.98m。
基坑周边环境条件异常复杂，建筑物及管线等设施较为老旧，基础埋深较浅，基本无抵抗变形的能力，对地基沉降敏感，所以保护周边环境的稳定，控制位移为基坑支护考虑的重点问题。
2支护方案简介
2.1基坑止水方案
考虑到：①场区冲积砂层发育，地下水量大，且直接受到南侧珠江河水的直接补给；②基坑位于广州市老城区内，有着周边建筑物较为密集、市政设施发育等较为复杂的环境条件。所以本基坑围护必须采取可靠的围闭截水方案，采取双排水泥土连续壁墙，墙体穿过冲积层进入残积层不少于1m。为解决搅拌桩在深厚砂层中的分叉漏水问题，采取在搅拌桩搭接中部施工压密注浆孔的办法，压密注浆孔深度与搅拌桩长度一致，其优点如下：解决搅拌桩的搭接不良问题；通过在分叉处的高压注浆，可以加固墙体周围的软弱土体；通过钻压密注浆孔的施工，可以探明搅拌桩的施工质量，为下一步的基坑开挖提供信息。
2.2基坑支护方案
⑴ 1-1支护剖面段位于基坑西侧中段、南段临近密排的3～4层居民住宅楼部位及其基坑对面清平路侧、梯云路侧相对应地段，采取φ800@1500钻孔灌注排桩加1道对撑、2排预应力锚索挡土。支撑设置在-1.2m的钻孔顶冠梁处，相邻撑水平间距约15m，对撑端点设八字，节点间距约5m；锚索竖向间距为3.00m，水平向间距为1.50m，钻孔桩外侧为双排φ600@450水泥土搅拌桩形成止水帷幕。
⑵ 2支护剖面段为1-1支护剖面段外的基坑其余部位，采取双排φ600@450水泥土搅拌桩截水同时兼具挡土功能，在双排搅拌桩中部搭接部位，每450mm施工一排直径为φ75和φ150间隔的压密注浆孔，φ150注浆孔内插入14工字型钢。面层外设5排预应力锚索，竖向间距为1.60m，水平向间距为1.80m。
3止水帷幕失效的判断依据及临时控制措施 3.1止水帷幕失效的判断依据
⑴基坑周边房屋开裂：东、西两面建筑为浅基础的砖木结构，且年久失修，距离基坑围护结构16～4m。当基坑开挖至-5.5m时，较多房屋墙体出现持续增长的裂缝，个别较严重的房屋纵墙与山墙交接部位出现V字形的裂缝，如果继续发展下去，房屋的安全将无法得到保证。
⑵基坑周边沉降加剧：基坑开挖至-5.5m时，基坑出现了多处管涌点，最大的管涌口径将近80cm，个别管涌点日抽水量达1600m3。从管涌情况可以看出搅拌桩施工遇障碍物较多的部位管涌点较为集中，管涌过程携带粉砂从坑外流进坑内，所以紧贴围护结构部位多处出现0.5m左右的空洞。随着抽水量的加大，坑外水位急剧下降，周边道路、管线也出现持续的沉降。
⑶由于长时间强降水作业，坑外与坑内形成动水水流，预应力锚索施工过程加剧了水土流失，进而加剧地面沉降，为了保护周边环境，预应力锚索必须停止施工。
为了保护周边建筑物及地下管线，基坑暂不深挖，先采取临时补救措施，再根据施工情况、监测数据重新对止水帷幕的效果进行分析及评估，采取可靠的补救措施后才能继续开挖。
3.2臨时控制措施
停止坑内抽水及土方开挖，基坑周边全面实施回灌；对局部地面开裂较严重部位和沉降较明显位置打入垂直注浆花管进行压力灌浆加固及回填中砂；在-4.5m处施工15～18m水平注浆花管，对房屋下卧土体进行灌浆加固。局部回填和反压，减小支护体系受力等。通过努力，基本稳定了基坑周边建筑物的沉降速率，接下来必须采用可靠的方案对止水帷幕进行加强。
4 止水帷幕失效原因分析
4.1施工因素
4.1.1 障碍物清除影响：
开挖导槽、清障工作：在开挖导槽过程中发现地面以下0～3m内较多旧基础，有三种形式，分别是砖基十木桩、钢筋砼十桩和石条十木桩，由于部分木桩埋深较大和地下水位埋深较浅，在开挖清障过程中为了保护相邻房屋的地基，致使局部位置的木桩未能完全清除，为止水帷幕的挡水效果埋下了隐患。导槽深约1m左右，但清障大部分地区已开挖2～3m，多挖部分用中砂回填。
4.1.2 桩体搭接问题
（1）垂直度
木桩危害最大，由于搅拌桩钻头遇到木桩时垂直度受影响，致使相邻桩体不能紧密咬合。
（2）相邻工作段止水帷幕墙的衔接
如果被搭接桩体完成时间超过24小时，接桩质量难以保证，因为接桩时先完成桩桩体强度比刚施工完桩体高，所以桩会偏向一侧而造成分叉。开挖后在搭接部位发现漏水。开挖前也对搭接部位做过相应的补救措施，在搭接部位进行压密注浆施工，但压密注浆效果达不到预期效果。
（3）不同施工机械的影响
搅拌桩共用了三中不同的机械：
①武汉生产的PH-5B单轴搅拌桩机；
②浙江生产的滚筒式深层搅拌桩机（型号不详）。
第一种桩机工作面要求稍高，第二种桩机可以紧贴围墙施工。由于部分支护段搅拌桩紧贴围墙，需采用第三种设备，第三种设备钻杆刚度小，靠自重压迫钻进，容易使桩体分叉。
4.2 潮汐影响
由于地下水与珠江水有紧密的水力联系，涨潮与退潮期间地下水有流动趋势，推测在该段时间内施工的止水桩桩体部分水泥浆被流动水冲淡，成桩质量受一定的影响。
4.3压密注浆效果
压密注浆孔是作为滚筒机及有明显偏桩工作段的补救措施，在注浆时发现注入的水泥浆无规律性的从其他地方涌出，可以估计粉砂、中砂层的可注性差，注浆的浆液大多从压力薄弱部位流失，难以保证注入浆液能充分充填于搅拌桩分叉位置。
5止水帷幕失效事故的处理
5.1原止水帷幕桩体补强的可行性分析
目前采用的止水帷幕有双排φ600搅拌桩，如果对原止水帷幕桩体进行补强，常规的手段有高压旋喷、压密注浆等，但压密注浆方法可靠程度不高，浆液容易从压力薄弱部位流失，难以充满桩体薄弱部位。所以重新做一排工艺可靠的止水帷幕为最佳方案。
5.2止水帷幕方案选择
根据现场条件及止水帷幕不同部位失效程度，最终选择了高压旋喷桩及钻孔工艺成孔的快凝防渗连续墙。高压旋喷桩用于施工空间狭窄及管涌较轻微的部位，施工参数：设计孔径600mm，搭接200mm，压力>20MPa，流量80-120L/min，喷嘴直径及个数？2-3（2个）；钻孔工艺成孔快凝防渗连续墙用于管涌较严重及具备施工空间的部位，该种防渗墙的配料为水泥、粉煤灰及膨润土等搅拌而成的稠性浆体，采用普通钻孔灌注桩机械成孔，工艺流程也大体相同，其突出的优点：采用钻孔灌注工艺可以保证成桩质量，另外该种浆体难以被地下水稀释，有快凝的特性，应用于该工程具有很好的适用性和针对性，施工参数：成孔口径600，搭接150mm。
6总结
经过后期基坑开挖证明，补救方案止水效果好，特别是快凝防渗连续墙成桩质量高，在特定的地质条件下采用该种止水桩具有很好的效果，值得推广。该基坑的事例提醒我们，在复杂的周边环境及不利的工程地质与水文地质条件下，必须采用较成熟、可靠的止水方案，并且在基坑开挖前应对止水帷幕质量进行抽芯或坑内试抽水等多种手段检验，确保效果的情况下才能进行土方开挖。
参考文献
[1]JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S]中国建筑工业出版社，1999年.
[2]DBJ15-38-2005 建筑地基处理技术规范[S]中国建筑工业出版社，2005年.
[关键词]止水帷幕 双排搅拌桩 钻孔工艺 防渗连续墙
[中图分类号] TV640.34 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-254-2
1 工程概况
拟建工程用地面积约7000m2，设置2层地下室，地下室平面基本上呈“7”字形，总周长约320m。基坑开挖深度为9.40～9.80m。
1.1工程地质条件
根据场地岩土工程勘察报告，场地地貌条件为珠江三角洲平原，地基土自上而下为人工填土层、冲积层和残积层，基岩为白垩纪上统泥岩、砂岩，现分述如下：
⑴人工填土层：层厚0.80～5.40m，平均厚度约2.50m。
⑵冲积层：场地东侧内有一条古冲沟，呈NW-SE向，宽约30m，场地冲积层顶板埋深0.80～5.40m，底板埋深12.60～19.90m，总厚度8.30～17.90m，冲积层自上而下可细分为淤泥质土（或粉质粘土）、粉（细）砂、中砂、淤泥等亚层，具体如下：
①淤泥质土（或⑵-2粉质粘土）：层顶埋深1.50～4.80m，层厚0.50～5.50m，平均厚度约2.80m。
②粉细砂：层顶埋深0.80～6.00m，层厚1.00～7.50m，平均厚度约3.00m。
③中砂：层顶埋深6.80～9.20m，层厚3.40～7.60m，平均厚度约5.60m，
④淤泥：层顶埋深13.50～15.60m，层厚1.40～6.00m，底部夹1.00～1.10m厚的中砂薄层。
⑶ 残积粉质粘土层：层顶埋深12.60～17.80m，层厚1.45～9.50m。
⑷ 基岩：场地基岩为白垩纪泥岩、粉砂岩和粗砂岩等，层顶埋深12.90～23.40m，按其风化程度可划分为全、强、中和微风化基岩，其岩性特征分述如下：
①全风化基岩：层顶埋深12.90～18.60m，层厚0.90～11.50m。
②强风化基岩：层顶埋深13.60～24.40m，层厚1.10～22.90m。
基坑开挖主要揭露地层为淤泥质土、粉细砂、中砂，揭露地层软弱土层发育，透水砂层发育，并且临近珠江，所以基坑围护土体为流塑状或松散～稍密状软弱土体。
1.2水文地质条件
场地地下水主要为赋存于冲积砂层（承压水）和人工填土层中的孔隙水，其补给来源主要为珠江河水、大气降水，其中冲积砂层孔隙水与珠江潮汐存在紧密的水力联系，残积层的富水性较差为相对隔水层。地下水混合水位为0.80～1.95m。
1.3 周边环境概况
基坑四侧建（构）筑物和地下管线情况很复杂，有给水管线、雨污管线等市政重要管线，其中西侧建筑物多为多层的砖混结构，木桩基础，对沉降较敏感，下面根据方向分述如下：
⑴北侧：距离地下室外墙边线9.50～19.00m市政道路下埋藏有铸铁水管及砼排水管。
⑵东侧：距離地下室外墙边线距离6.00～9.10m埋藏Φ100mm、Φ300mm铸铁给水管，埋深约0.35m、1.32m。
⑶南侧：距离地下室外墙边线12.00～18.00m污水处理提升泵站，埋深约8.00m，排桩咬合支护形式。
⑷西侧：距离地下室外墙边线5.50～8.50m外为密排的3～4层建筑物。其中南段外为4层框架结构建筑（梁板基础、埋深约2m）；其他部位均为3层旧居民住宅楼，砖混结构，木桩基础。中段基坑外侧距离地下室外墙边线约4.00m埋藏有Φ300mm铸铁排水管线（J），埋深约0.98m。
基坑周边环境条件异常复杂，建筑物及管线等设施较为老旧，基础埋深较浅，基本无抵抗变形的能力，对地基沉降敏感，所以保护周边环境的稳定，控制位移为基坑支护考虑的重点问题。
2支护方案简介
2.1基坑止水方案
考虑到：①场区冲积砂层发育，地下水量大，且直接受到南侧珠江河水的直接补给；②基坑位于广州市老城区内，有着周边建筑物较为密集、市政设施发育等较为复杂的环境条件。所以本基坑围护必须采取可靠的围闭截水方案，采取双排水泥土连续壁墙，墙体穿过冲积层进入残积层不少于1m。为解决搅拌桩在深厚砂层中的分叉漏水问题，采取在搅拌桩搭接中部施工压密注浆孔的办法，压密注浆孔深度与搅拌桩长度一致，其优点如下：解决搅拌桩的搭接不良问题；通过在分叉处的高压注浆，可以加固墙体周围的软弱土体；通过钻压密注浆孔的施工，可以探明搅拌桩的施工质量，为下一步的基坑开挖提供信息。
2.2基坑支护方案
⑴ 1-1支护剖面段位于基坑西侧中段、南段临近密排的3～4层居民住宅楼部位及其基坑对面清平路侧、梯云路侧相对应地段，采取φ800@1500钻孔灌注排桩加1道对撑、2排预应力锚索挡土。支撑设置在-1.2m的钻孔顶冠梁处，相邻撑水平间距约15m，对撑端点设八字，节点间距约5m；锚索竖向间距为3.00m，水平向间距为1.50m，钻孔桩外侧为双排φ600@450水泥土搅拌桩形成止水帷幕。
⑵ 2支护剖面段为1-1支护剖面段外的基坑其余部位，采取双排φ600@450水泥土搅拌桩截水同时兼具挡土功能，在双排搅拌桩中部搭接部位，每450mm施工一排直径为φ75和φ150间隔的压密注浆孔，φ150注浆孔内插入14工字型钢。面层外设5排预应力锚索，竖向间距为1.60m，水平向间距为1.80m。
3止水帷幕失效的判断依据及临时控制措施 3.1止水帷幕失效的判断依据
⑴基坑周边房屋开裂：东、西两面建筑为浅基础的砖木结构，且年久失修，距离基坑围护结构16～4m。当基坑开挖至-5.5m时，较多房屋墙体出现持续增长的裂缝，个别较严重的房屋纵墙与山墙交接部位出现V字形的裂缝，如果继续发展下去，房屋的安全将无法得到保证。
⑵基坑周边沉降加剧：基坑开挖至-5.5m时，基坑出现了多处管涌点，最大的管涌口径将近80cm，个别管涌点日抽水量达1600m3。从管涌情况可以看出搅拌桩施工遇障碍物较多的部位管涌点较为集中，管涌过程携带粉砂从坑外流进坑内，所以紧贴围护结构部位多处出现0.5m左右的空洞。随着抽水量的加大，坑外水位急剧下降，周边道路、管线也出现持续的沉降。
⑶由于长时间强降水作业，坑外与坑内形成动水水流，预应力锚索施工过程加剧了水土流失，进而加剧地面沉降，为了保护周边环境，预应力锚索必须停止施工。
为了保护周边建筑物及地下管线，基坑暂不深挖，先采取临时补救措施，再根据施工情况、监测数据重新对止水帷幕的效果进行分析及评估，采取可靠的补救措施后才能继续开挖。
3.2臨时控制措施
停止坑内抽水及土方开挖，基坑周边全面实施回灌；对局部地面开裂较严重部位和沉降较明显位置打入垂直注浆花管进行压力灌浆加固及回填中砂；在-4.5m处施工15～18m水平注浆花管，对房屋下卧土体进行灌浆加固。局部回填和反压，减小支护体系受力等。通过努力，基本稳定了基坑周边建筑物的沉降速率，接下来必须采用可靠的方案对止水帷幕进行加强。
4 止水帷幕失效原因分析
4.1施工因素
4.1.1 障碍物清除影响：
开挖导槽、清障工作：在开挖导槽过程中发现地面以下0～3m内较多旧基础，有三种形式，分别是砖基十木桩、钢筋砼十桩和石条十木桩，由于部分木桩埋深较大和地下水位埋深较浅，在开挖清障过程中为了保护相邻房屋的地基，致使局部位置的木桩未能完全清除，为止水帷幕的挡水效果埋下了隐患。导槽深约1m左右，但清障大部分地区已开挖2～3m，多挖部分用中砂回填。
4.1.2 桩体搭接问题
（1）垂直度
木桩危害最大，由于搅拌桩钻头遇到木桩时垂直度受影响，致使相邻桩体不能紧密咬合。
（2）相邻工作段止水帷幕墙的衔接
如果被搭接桩体完成时间超过24小时，接桩质量难以保证，因为接桩时先完成桩桩体强度比刚施工完桩体高，所以桩会偏向一侧而造成分叉。开挖后在搭接部位发现漏水。开挖前也对搭接部位做过相应的补救措施，在搭接部位进行压密注浆施工，但压密注浆效果达不到预期效果。
（3）不同施工机械的影响
搅拌桩共用了三中不同的机械：
①武汉生产的PH-5B单轴搅拌桩机；
②浙江生产的滚筒式深层搅拌桩机（型号不详）。
第一种桩机工作面要求稍高，第二种桩机可以紧贴围墙施工。由于部分支护段搅拌桩紧贴围墙，需采用第三种设备，第三种设备钻杆刚度小，靠自重压迫钻进，容易使桩体分叉。
4.2 潮汐影响
由于地下水与珠江水有紧密的水力联系，涨潮与退潮期间地下水有流动趋势，推测在该段时间内施工的止水桩桩体部分水泥浆被流动水冲淡，成桩质量受一定的影响。
4.3压密注浆效果
压密注浆孔是作为滚筒机及有明显偏桩工作段的补救措施，在注浆时发现注入的水泥浆无规律性的从其他地方涌出，可以估计粉砂、中砂层的可注性差，注浆的浆液大多从压力薄弱部位流失，难以保证注入浆液能充分充填于搅拌桩分叉位置。
5止水帷幕失效事故的处理
5.1原止水帷幕桩体补强的可行性分析
目前采用的止水帷幕有双排φ600搅拌桩，如果对原止水帷幕桩体进行补强，常规的手段有高压旋喷、压密注浆等，但压密注浆方法可靠程度不高，浆液容易从压力薄弱部位流失，难以充满桩体薄弱部位。所以重新做一排工艺可靠的止水帷幕为最佳方案。
5.2止水帷幕方案选择
根据现场条件及止水帷幕不同部位失效程度，最终选择了高压旋喷桩及钻孔工艺成孔的快凝防渗连续墙。高压旋喷桩用于施工空间狭窄及管涌较轻微的部位，施工参数：设计孔径600mm，搭接200mm，压力>20MPa，流量80-120L/min，喷嘴直径及个数？2-3（2个）；钻孔工艺成孔快凝防渗连续墙用于管涌较严重及具备施工空间的部位，该种防渗墙的配料为水泥、粉煤灰及膨润土等搅拌而成的稠性浆体，采用普通钻孔灌注桩机械成孔，工艺流程也大体相同，其突出的优点：采用钻孔灌注工艺可以保证成桩质量，另外该种浆体难以被地下水稀释，有快凝的特性，应用于该工程具有很好的适用性和针对性，施工参数：成孔口径600，搭接150mm。
6总结
经过后期基坑开挖证明，补救方案止水效果好，特别是快凝防渗连续墙成桩质量高，在特定的地质条件下采用该种止水桩具有很好的效果，值得推广。该基坑的事例提醒我们，在复杂的周边环境及不利的工程地质与水文地质条件下，必须采用较成熟、可靠的止水方案，并且在基坑开挖前应对止水帷幕质量进行抽芯或坑内试抽水等多种手段检验，确保效果的情况下才能进行土方开挖。
参考文献
[1]JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S]中国建筑工业出版社，1999年.
[2]DBJ15-38-2005 建筑地基处理技术规范[S]中国建筑工业出版社，2005年.