某临河基坑止水帷幕失效案例分析

浦春林，李苏春，刘 晖

(1.江苏省纺织工业设计研究院有限公司，江苏苏州215128;2.中铁建工集团有限公司，江苏苏州215009)

苏州是个水网密集的城市，多数商业建筑选址于河边。苏州地区微承压含水层(粉土、粉砂层)的顶板埋深大多为6 m～8 m左右，河底与微承压含水层顶板的距离较近(约1 m～2 m)，对临河地下2层的基坑，需考虑微承压水及河水对基坑开挖的双重不利影响[1]。河道驳岸前期施工时常回填不均匀的填土，且不密实，对后期止水帷幕的施工会造成不利影响。临河基坑的围护结构紧邻河道，对采用内支撑体系的围护结构，有限土体主动区土压力的减少[2－3]使整个体系受力不平衡对止水帷幕的不利影响不可轻视。文献[4－8]指出常规止水帷幕失效主要原因大多为水泥土搅拌桩施工冷缝未补强或补强不连续，未待搅拌桩达到初期强度即进行基坑大面积降水使搅拌桩水泥浆被稀释而影响桩体质量，因搅拌桩施工时未进行“两次提升、两次下沉”的施工工艺而影响成桩质量，桩体入土深度过小等。对临河基坑，因其所处的特殊周边环境及地质条件，止水帷幕的失效有其特殊原因，如何做好临河基坑围护结构特别是止水体系的设计，尤为重要。

本文将以苏州市某基坑的止水帷幕失效事故并结合监测成果进行原因分析，从中得到一些启示，供类似基坑在设计、施工时参考。

1 工程、地质、水文概况

1.1 工程概况

苏州市某基坑为地下2层，基坑呈正方形，东西最长处约54 m，南北最宽处约50 m，基坑周长约210 m，基坑总面积约2 700 m2，挖深为11 m。基坑北侧距离用地红线约5.1 m，红线外为市政道路，路下埋设多种管线;东侧距离用地红线为2.7 m，红线外为区内道路，红线外13.5 m为已建大楼(10－11层、下设1层地下室，基底埋深约4 m);西侧距离用地红线为2.4 m，红线外为区内道路，红线外6.0 m为已建大楼(2－11层、下设1层地下室，基底埋深约4.5 m);南侧为河道，围护结构距离河道驳岸约3 m。河道驳岸为浆砌片石结构，驳岸深约5 m，河道水位标高约为+0.00 m，河水深约2 m。基坑周边环境详见图1。

图1 基坑周边环境图

1.2 工程地质概况

根据勘察报告，场地内对本基坑开挖及变形产生影响的典型土层物理力学性质见表1。

表1 典型土层物理力学性质表

本基坑底标高位于(4－2)粉土夹粉砂层中，场地典型工程地质剖面图见图2。

图2 场地典型工程地质剖面图

1.3 水文地质概况

根据勘探揭露的地层结构，基坑影响范围内场地地下水主要为潜水、微承压水。

拟建场地浅层孔隙潜水赋存于表层填土层中，勘察期间测得稳定水位标高为1.51 m～1.75 m。下伏②粘土、③粉质粘土层透水性差，是潜水含水层与微承压含水层之间的相对较好的隔水层。

场地内较浅的微承压水主要贮存于④－1粉土及④－2粉土夹粉砂层中，测得水头标高0.50 m～0.70 m。

2 基坑围护结构概况

根据基坑挖深、周边环境、地质条件等特点，确定本基坑支护结构的安全等级为一级[9]，采用Φ850 mm@1 050 mm的钻孔灌注桩+两道水平钢筋混凝土内支撑作为挡土结构，采用临时角钢格构柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑的竖向支承构件。考虑到基坑面积较小，支撑以角撑为主，辅以边桁架加强刚度。北侧在桁架上设置了栈桥，供出土及料场之用。坑内设置8口疏干管井，采用全封闭落底式Φ850@600三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。支撑平面布置见图1、基坑南侧围护剖面图见图3。

图3 基坑南侧围护剖面图(单位:m)

对一级基坑，须布设桩体深层水平位移监测孔[10－11]，现选取北侧、南侧边跨中位置的监测孔作后续分析之用，具体位置详见图1中的“桩体深层水平位移监测孔CE04、CE08”。

3 止水帷幕失效事故

土方开挖至近坑底后，在侧壁8 m～9 m的深度处(即第二道支撑下约2 m处)出现三处漏水点，并伴有少量的流砂，见图2。因漏水点及流砂量并不大，加之驳岸侧的坡顶位移、桩体深层水平位移、水位观测孔的变化量均未达到报警值，施工方并未引起足够的警觉，在对漏水点进行了简单的引流处理(引流管端部设置过滤层，阻止流砂、流土)后继续施工。两天后，先前的侧壁渗漏点突然增大，河水大量涌入，坑外土体塌陷，当天晚上渗漏点越来越大，驳岸坍塌，涌水量猛增，河水倒灌，直至灌满基坑。

4 原因分析及处理措施

4.1 原因分析

(1)查阅施工日志，基坑南侧驳岸区施工止水帷幕前未进行清障处理。止水帷幕遇障碍时强行搅拌，桩身垂直度无法得到保证，致使相邻搅拌桩的搭接宽度受影响，尤其是在砂层分布段，搭接处帷幕的止水性能被削弱。查阅三轴水泥土搅拌桩的取芯报告，临河侧的三轴水泥土搅拌桩单轴抗压强度低于其它侧边的强度。基坑开挖前的抽水试验时虽坑外水位孔的水位变化量未达到报警值(1 m)，但抽水时间过短(仅2 d)未能可靠地验证止水帷幕有效性。

(2)基坑南侧主动区有效土体宽度仅为3 m，基坑围护结构设计忽视了有效土体土压力的减少使整个体系受力不平衡的不利影响。根据北侧、南侧边跨中的桩体深层水平位移监测孔CE04、CE08资料分析，基坑开挖至第二道支撑标高时，南侧、北侧桩体深层水平位移最大值约6 mm，方向均指向坑内，位于第二道支撑上方约1 m处。基坑开挖至坑底标高时，北侧、南侧桩体深层水平位移曲线截然不同，北侧CE04桩体深层水平位移变化为常规曲线，而南侧CE08桩体深层水平位移呈现“S”形，坑内方向最大位移约9 mm，位于坑底下约2 m处，坑外方向最大位移约7 mm，位于第二道支撑标高处，上述两种开挖工况下的桩体深层水平位移曲线见图4。当工况1发展为工况2时，围护体系在不平衡土压力的作用下，南侧边虽桩体深层水平位移的绝对值不大(均未超出监测报警值)，但围护桩在约深度8.5 m界限处上下呈现坑内、坑外双向剪切变形，此深度恰为发生漏水、流砂的深度。由此可见止水帷幕在原本较为薄弱的区域因围护体的变形而发生剪切错动并开裂，坑壁的灌注桩桩缝内出现漏水、流流砂，此外，因河底距微承压含水层较近，在流砂到一定程度后河底下陷决裂，河水与承压水贯通，最终帷幕开裂处在水压力的作用下被冲出空洞，进而河水灌入基坑。

图4 桩体深层水平位移监测图

(3)当基坑侧壁出现少量渗流点时，施工单位并未引起足够的重视，未及时采取坑内被动区回土、注浆加固等应急措施，这也是导致河水倒灌的一个重要因素。

4.2 处理措施

驳岸坍塌区立即回填素土至地面，并进行双液注浆加固[12]，沿河道测设置三排双液注浆孔，间距为1 m，梅花形布设，注浆深度为6 m～8 m，注浆时先注内、外两排孔，后注中间排孔，使浆液充分填充空洞。待注浆体达到一定强度后对先前塌方区的钻孔灌注桩后侧进行双重管高压旋喷桩补强止水帷幕[13－14]。高压旋喷桩设置2 排，桩间距控制在 0.5 m左右，深度为15 m，进入粉质粘土层约2 m，注浆时适当下调压力，以防损坏先前止水帷幕。

待旋喷桩达到强度后进行坑内长达2周的抽水试验，期间坑外水位观测孔的水位变化较小，验证了坑内外基本无水力联系[15]，及时浇筑基础底板，进行后续施工。

5 结论

本文通过对某临河基坑止水帷幕失效的案例分析，得到以下几点启示:

(1)施工前应详细查明河道驳岸区的地层情况，特别是对先前驳岸开挖回填后填土的成分、密实度等性质的判断。如遇杂填土等障碍，三轴搅拌桩止水帷幕施工前务必进行清障处理，确保搅拌桩的垂直度及搭接宽度。施工前需进行科学的抽水试验，待验证止水帷幕有效后方可进行土方开挖。

(2)对基坑主动区是有限土体特别是临近河道的围护结构设计，需考虑有限土体土压力的减少而产生围护体系不平衡受力的不利影响，减少围护结构的双重变形进而剪碎止水帷幕，此时需对有限土体侧采取加大围护桩桩径、支撑围檩(尤其是第二道支撑的围檩)截面尺寸等措施以增强该侧的抗变形刚度。此外，可在有限土体侧坡顶增设一定荷重的堆载(在设计允许荷载范围内)，以弥补土压力的不足。

(3)基坑的空间效应不能忽视，本基坑临河道侧变形最大处发生在围护侧边的中间区域，故在跨中位置建议设置一定的加固墩以较少基坑侧边的长边效应。

(4)临河侧的填土段用压密注浆加固，作为止水帷幕破坏时的第二道止水防线。临河侧建议增设坑外降水管井作为备用应急措施，当发生漏水时可及时启用，尽可能地减少大规模漏水事故发生的概率。

(5)双液注浆+高压旋喷桩加固可作为三轴水泥土搅拌桩止水帷幕失效的有效补救处理措施。

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