杭州地铁秋涛路站基坑施工管涌分析处理摘 要 以杭州地铁秋涛路站东区基坑施工两次管涌为例,分析发生管涌的原因、处理措施,并介绍深基坑降水的重要性、围护结构渗漏的检验和加固以及安全性验算方法等。关键词 基坑施工 涌水涌砂 分析处理1 工程概况 杭州地铁一号线试验段秋涛路站,位于杭州市秋涛路与婺江路交叉路口,沿婺江路地下布置,穿过秋涛路和新开河。该站为地下双层岛式车站,车站总长259.6m,车站宽度18.9m,采用双层双跨箱形框架结构,顶板覆土埋深约5.0m,底板埋深约18.0m,车站围护结构采用φ1000@750钻孔咬合灌注桩,插入比约为1∶0.8。2工程地质和水文地质 根据工程详细勘察报告,基坑开挖影响范围内各土层的岩土物理力学指标如表1所示。
场区地下水分布为浅层潜水和深层承压水。 浅层潜水属孔隙性潜水类型,主要赋存于上部①层填土和②层粉土、粉砂中,补给来源主要为大气降水及地表水,地下水位随季节性变化,勘探期间测得地下水位埋深0.85～3.45m。承压水主要分布于深部的⑧-1层中细砂和⑧-3层圆砾夹卵石中,水量较丰富。隔水层为上部的粘性土层(⑤、⑥层),承压水头埋深约在地表下5.00m,即黄海高程3.62m。3 工程特点 (1)基坑开挖深度较大,最深达18m; (2)基坑周围地下管线密集,邻近建筑物多,环境条件较差; (3)基坑地层主要为砂质粉土,开挖时极易产生侧向变形、开挖面隆起而引起边坡失稳及基坑涌水等不利现象; (4)基坑底有淤泥质粉质粘土下卧层(层面距离坑底约5m),该层物理力学性质指标尚可,渗透系数较小,对于坑底抗管涌比较有利。 总之,场区地下水位高、土渗透系数大。同时粉土、粉砂地层对基坑涌水极为敏感,围护结构一旦漏水影响范围很大,因此地下水位的控制和保证围护结构的止水性能是工程成败的关键。4管涌情况 工程由于受拆迁及秋涛路交通疏解的影响,为确保总工期不变,将车站以秋涛路为界,分为东、西两区施工。在秋涛路中心(主体17轴处)设临时封堵墙(咬合桩墙),先封闭东区基坑,进行东区基坑开挖和主体结构施工。 开挖自2004年8月11日开始,2005年1月6日结束。施工期间共出现2次管涌,第一次管涌时间为2004年11月2月下午17∶10,管涌点位于第11段基坑南侧273号～274号桩间坑底,到20∶30处理完共涌出泥砂约240m3。涌水前第11段基坑已基本开挖到设计标高,开始进行清底。273号～274号桩间渗漏处理也接近基底。 管涌造成基坑南侧(距基坑边约20m)1幢三层居民楼向北侧倾斜,围墙出现裂缝,裂缝宽度最大达10cm左右;南侧原婺江路面下沉,最大下沉量约50cm;婺江路地下水管开裂,造成自来水供应中断。管涌波及范围:273号～274号桩向南最远达44.5m,向东约39.7m,向西约12m。 第二次管涌时间为2005年1月10日下午14∶10,管涌点位于第8段基坑内,距第9段底板(已浇注完成)端头约5m处。管涌前第8段基坑垫层、防水板及细石砼保护层已施工完。到20∶10处理完共涌出泥砂约40m3左右。处理过程中发现基坑南侧距第一次管涌点以西约10m处地面出现轻微裂缝,最大裂缝宽约5mm,长约10m,沿基坑纵向分布,影响范围向南最远达20m左右。地面最大沉降3cm。未造成其它建筑物损坏。 两次管涌点平面位置示意如图1,立面示意见图2、图3。
5 管涌原因5.1 第一次管涌 主要原因为咬合桩开叉,根据施工记录,273号、274号桩成孔过程中因套管钻头变形,造成桩垂直度偏差。8m以后两桩之间出现开叉,开挖到坑底后开叉量达15cm左右。根据施工记录和实际开挖情况,基坑开挖到7m后,即提出在桩后施作3根高压旋喷桩,旋喷深度根据经验确定为基底下3m的止水加固方案。根据抗管涌稳定性验算,此时实际水力梯度大于临界水力梯度,随着基坑开挖深度的增加随时可出现管涌失稳破坏。如图4所示,可通过式(1)验算基坑底部稳定性。
Ks=ic/i(1) 式中:Ks———抗管涌或抗渗流稳定性安全系数,取1.5～2.0;ic———坑底土体临界水力梯度,ic=(Gs-1)/(1+e);Gs———土粒比重,取2.7; e———坑底土体天然空隙比,取0.85; i———坑底土体渗流水力梯度,i=hw/L; hw———基坑内外土体的渗流水头m,取坑内外水头差hw=14.5; L———最短渗径流线总长度m,L=14.5+2×3(旋喷桩深入基底下3m计)。 经验算,当旋喷桩深入基底下3m时: Ks=ic/i=0.919/0.71=1.29<(1.5～2.0) 验算结果表明,咬合桩开叉处旋喷桩止水帷幕的深度没有满足抗管涌稳定性要求(经验算止水帷幕深度应伸入基坑底以下不小于5m)。显然,咬合桩开叉以及旋喷加固措施不够是发生管涌的主要原因。5.2第二次管涌 管涌发生后立即将漏水处防水板揭开,发现漏水点位于接地网沟槽处,直径约20～30cm,水流方向自东向西(即由第9段底板下流出)。由于管涌前基坑内降水工作曾因停电而停止降水半小时,坑内水位升高,地下水沿接地网沟槽涌出并突破较薄弱的接地网沟槽垫层而涌入基坑。 管涌处理进行约2小时后,发现第10段基坑南侧(24轴处)地表有2～5mm宽裂缝,同时测得位于24轴处的坑外水位监测孔SW8水位下降了3m多。据此推断,基坑24轴附近的咬合桩在底板以下开叉,基坑外潜水从基底以下咬合桩开叉处进入基坑内。 此次管涌发生的主要原因: (1)由于坑底以下咬合桩开叉使坑内外地下水连通,1月10日中午停电后,基坑内降水中断,坑外水位升高,坑内外水头差增大,抗管涌稳定安全系数降低,从而导致管涌发生。 (2)坑内降水中断后,也使坑内水位上升,并对底板产生压力,结构较松散的接地网沟槽回填土受到破坏,形成空洞,使底板下高压水沿着接地网沟槽涌入第8段垫层下,从后浇注的强度低、较薄弱的接地网沟槽垫层处涌出。如图5所示。
6 抢补措施 为防止管涌对周围环境造成大的影响,暂停基坑开挖,采用“支、补、堵、降”的有效措施,迅速控制了险情。 (1)对支撑结构(钢支撑、钢围檩等)进行排查补强,确保围护的整体安全; (2)以渗漏点为中心,在四周堆码土袋墙反压封堵; (3)在四周扩大土袋墙围堵范围并浇注砼,在继续增加反压重量的同时将土袋墙连为一个整体遏止涌水; (4)基坑南侧原婺江路(现施工便道)禁止施工车辆通行; (5)加强坑内降水措施,降低水头差; (6)现场不中断监测,为进一步采取措施提供依据。 抢补措施完成后,及时采取高压旋喷及注浆的方法,对围护结构渗漏点外侧进行加固。 由于管涌的发生,围护结构变形较大,监测信息对施工运作和调整起到了积极的作用。监测内容包括:①围护结构水平位移;②地面沉降;③地下水位;④支撑轴力。以11月2日管涌为例综合如下。 (1)基坑变形情况。围护结构水平位移管涌前CX10累计最大位移29.02mm,管涌后最大位移为31.5mm,位于基坑深12.5m处(此时测点处已开挖到第五道支撑);土体水平位移CX6的位移呈直线递增,由管涌前的32.12mm增大为52.16mm;第一道支撑轴力减少1.5t,第二、三道支撑轴力分别增加9t和14t,支撑总轴力仍在设计预加值以内。说明此次管涌对基坑安全影响不大。(2)环境变化情况。漏水点处地面最大沉降量达500mm,距漏水点20多米以外各测点最大沉降量在3～12mm之间。管涌对环境影响较大。 (3)水位变化情况。坑内水位无明显变化。坑外漏水点附近的水位观测井SW8管涌后陡降5m左右,此时坑内外水位差由15m减少到10m左右,水位差对流砂的产生已失去作用。抢补措施完成约3小时后,水位又回升到原标高。SW8水位陡降证明围护体止水帷幕在SW8附近存在缺陷,坑内外地下水已连通。8 结语 (1)粉土、粉砂地层中基坑围护结构的止水效应对基坑安全和环境保护至关重要,围护体一旦出现涌水、涌沙,波及范围多在2～4倍基坑开挖深度,对环境危害极大。因此,围护结构施工质量的控制及基坑施工过程中对围护结构的排查与补强工作,必须认真细致。 (2)对围护体渗漏点的补强加固方案,须进行抗管涌稳定性验算分析,不能仅凭经验行事。 (3)降水是深基坑工程施工的重要环节,坑内降水可固结土体,提高土体的被动抗力,防止或减少坑底隆起。 (4)坑外水位监测对检验围护结构止水效果非常有效。当坑内降水发现坑外水位变化异常时,提前采取加固补强措施。
