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1、深基坑工程技术讲座(8) 沈保汉 (北京市建筑工程研究院) 第八讲 深基坑工程常见事故(下1) 与地下水治理不当有关的事故 811地下水的基本特征 深基坑工程中经常会遇到地下水,为确保 深基坑工程施工的正常进行,必须对地下水进 行有效的治理,为此必须了解场地的地层岩性 结构,查明含水层的厚度、 渗透性和水量;研究 地下水的性质、 补给和排泄条件;分析地下水 的动态特征及其与区域地下水的关系;寻找人 工降水的有利条件,从而制定出切实可行的最 佳降水方案。 与深基坑工程有关的地下水按其埋藏条 件一般可分为包气带的上层滞水、 饱和带的潜 水和承压水三类。 上层滞水分布于上部松散地层的包气带 之中,含
2、水层多为微透水至弱透水层,无统一 水面,水位随季节变化,不同场地不同季节的 地下水位各不相同;涌水量小,且随季节和含 水层性质的变化而有较大的变化;与区域地下 水无水力联系,与邻近的地表水体可能有水力 联系,但联通性较差。上层滞水一般说来是深 基坑降水的第一含水层,由于其埋藏浅、 水量 小,只要采取合适的降水措施后,治水效果较 好,对深基坑施工影响不大。如果对上层滞水 的治理不重视或治理不妥,也可导致深基坑事 故。 潜水分布于松散地层、 基岩裂隙破碎带及 岩溶等地区,含水层可为弱透水强透水层; 一般无压,局部为低压水;具有统一自由水面, 水位受气象因素影响变化明显,同一场地的水 位在一定区域内
3、基本相同或变化具有规律性; 水量变化较大;地下水的补给一般以降雨为 主,同时接受上部含水层的入渗和场地外同层 地下水的径流补给,对降水较有利,可用各种 方法进行地下水的治理,对深基坑施工危害不 大。 承压水分布于松散地层,基岩构造盆地、 向斜、 断裂及岩溶等地区。一般埋藏于场地下 部,具有承压性;水头随场地位置而变化,一般 不受当地气候因素的影响,场地内的水头保持 相对稳定;水量由含水层或含水构造的性质、 渗透性等决定。承压水由于其埋深大、 水头 高、 水量大等原因,对深基坑底板及深基坑施 工危害较大,给深基坑治水工作带来一定困 难,但只要精心设计和精心治理,仍可保证深 基坑工程施工顺利地进行
4、。 对地下水治理不当,将会使深基坑工程发 生严重事故。从实际统计资料看,多数深基坑 事故与地下水治理不当有关,尤其是暴雨入 渗、 管道漏水等突发事件的危害更大,可以说 地下水是深基坑工程的天敌,是导致深基坑工 程事故的最直接的重大影响因素之一。深基 坑工程的止水、 降水和排水是一项事关大局的 工作。 812与地下水治理不当有关事故的基本特 征和种类 与地下水治理不当有关的深基坑工程事 故的基本特征 : (1) 往往具有突发性 ; (2) 多数 事故伴随着挡土支护结构及地基的变形,危害 性较大。 54 第24卷 5 建筑技术开发 1997年10月 1995-2004 Tsinghua Tongf
5、ang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 与地下水治理不当有关的事故,可从以下 两个侧面加以考虑 : (1) 由于地下水的存在使 深基坑工程难度增大,即地下水对深基坑工程 的影响 ;(2) 由于深基坑工程使地下水流(如潜 水水流)方向改变,造成污染,即深基坑工程对 地下水的影响。 与地下水治理不当有关的事故,通常发生 在以下三个部位 : (1) 挡土结构 ; (2) 基坑底面; (3)基坑周边。 813发生在挡土结构上的事故 图811 止水帷幕未设或 挡土结构与止水帷幕有 缺损造成细粒土流出 (1)挡土结构未 作止水帷幕或虽设置 止水帷幕,
6、但挡土结 构或止水帷幕存在缺 损(空洞、 蜂窝、 开叉 等 ) , 在地下水作用 下,水携带淤泥质土、 松砂、 粉土等细粒土 从基坑以上的挡土结 构的背部流入基坑 内,如情况严重,则造 成 坑 壁 坍 塌(图 81 1) 。 实例1 湛江市半球太新广场大厦,基坑 深910m ,采用钻孔桩(直径112m ,桩中心距 115m ,桩长 32m) 和单层锚杆挡土支护结构;地 表向下为填土(约2m厚 ) , 其下为淤泥质土,地 下水位在地表下2m处。由于未设止水帷幕, 尽管基坑内外降水,但基坑面积大,大雨滂沱, 因此,大量泥浆从桩间流入基坑,从而造成坑 周地基土流失,地面开裂及下沉,使邻近楼房 向基坑
7、倾斜。 实例2 南京交通银行,基坑深61 7m( 实 施时为714m) ,挡土桩为钻孔桩(直径018m ,桩 中心距110m ,桩长13m) ;其后设直径013m的 旋喷桩作止水帷幕;坑壁土依次为填土、 粉土 与粉质粘土、 淤泥质粉质粘土;地下水位在地 表下1m处。由于钻孔桩和止水桩质量差,止 水帷幕未形成,基坑开挖后,东南角桩间出现 大量涌泥和流砂,挡土桩向基坑内侧倾斜达 20cm以上,桩后形成了510cm的地面裂缝, 边坡滑移,使东南面的和平电影院严重开裂破 坏,被迫停业拆除。 (2)基坑以下的挡土结构或止水帷幕存在 缺损(空洞、 蜂窝、 开叉等)而漏水造成水及细 粒土流出(潜蚀及管涌 )
8、 , 见图812。 812 基坑以下挡土结构或 止水帷幕漏水 实例3 上海东 方龙邸大厦,基坑深 10m ,挡土结构为深 20m的地下连续墙。 基坑开挖后,发现33 幅地下连续墙中有11 幅深度不到位,最浅 的仅11m;23幅有严 重蜂窝、 露筋等,造成 6处漏水;结果有28幅发生墙壁倒塌,致使相 邻建筑发生不均匀沉降。 实例4 南京人民商场改建一期工程,基 坑深51356150m ,挡土桩采用直径018m ,间 距11 0m( 西面与北面)和直径016m ,间距018m (东面与南面)的钻孔桩,桩长1520m;其外 侧采用直径为015m单头单排粉喷水泥土搅拌 桩,长度10m ,形成半封闭止水
9、帷幕,有三段因 地下障碍物采用压密注浆代替搅拌桩,从地表 下至- 20m处的土质依次为填土、 粉土、 粉土 夹粉细砂和淤泥质粉土、 粉质粘土。基坑开挖 后,北侧有三处发生严重的坑壁、 坑底涌水和 流砂现象,使邻近建筑物产生不均匀沉陷,墙 体产生多道裂缝,缝宽115cm。事故原因: 采 用单头单排粉喷水泥土搅拌桩的止水效果不 可靠,有些地段粉细砂层深达1118m ,粉喷桩 未能穿透;粉喷桩沿基坑四周没有全封闭, 三段缺口处采用压密注浆取代,而后者在砂性 土中不易形成止水帷幕,而且粉喷桩排与钻孔 桩排有50cm的间隙,水从三段缺口流入后,在 此间隙形成通道而涌入基坑; 粉喷桩竖向均 匀性差,桩身存
10、在缺陷;粉喷桩垂直度控制 不好,桩间不能很好搭接,形成水流通道; 为 抢工期,在粉喷桩龄期仅15天就开始挖土,使 龄期短、 强度低的水泥土桩易发生渗漏;基 64 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 坑侧原给水管道破裂,大量水流携带泥砂突然 涌入基坑,形成局部空洞。 (3)在挡土结构的转角处发生潜蚀现象 图813 挡土结构的转角 处发生潜蚀现象 所谓潜蚀现象通 常产生于粉细砂、 粉土 地层中,即在施工降水 等活动过程中产生水 头压差,在动水压力作 用下,土颗粒受到冲 刷,将细颗粒冲走,使
11、土的结构破坏。 在日本,以SMW 工法为代表的水泥土 柱列式挡土墙应用广泛,国内亦已引进。所谓 SMW工法式挡土墙是指用多轴(三轴、 四轴或 六轴)长螺旋钻孔机造成水泥土柱列式(亦称 桩排式)地下连续墙后,再按一定间隔往其中 插入芯材(通常为H型钢 ) , 所形成的抗弯刚度 大、 止水性好的挡土墙工法。 但采用此工法时,需要注意的是,随开挖 深度加大,侧压力随之增加,由于拉应力的作 用,在转角处容易被拉开而漏水造成潜蚀现象 (图81 3) 。 (4)挡土结构在背面侧向水压力作用下产 生较大变形 814 在侧向水压力作用 下挡土结构产生变形 在挡土支护结构设 计时,期望通过基坑底 部的排水工法来
12、降低挡 土结构的背面侧向水压 力,实际施工中,由于不 透水的夹层或竖向透水 性小的土层存在,使实 际水压比设计水压高得 多,造成挡土结构产生 较大的挠曲变形,见图 814。 (5)在软土地区,当坑内工程桩和挡土桩 均采用打入式或压入式桩时,如果基坑降水措 施不力,形成的超静水压力短期内不会消散, 基坑开挖将改变坑内土体应力平衡,将促使淤 泥质土流动并引起桩的水平位移。 实例5 天津无缝钢管总厂主轧机基础, 平均深度- 910m ,基础工程桩210根,桩长 31m ,断面01450145m;基坑周边设置挡土桩 218根,桩 长15m ,入 土9m ,断 面0145 0145m;地面下- 315m
13、415m设一层 25钢 筋锚拉杆,间距019m。基础桩和挡土桩均为 打入式钢筋混凝土桩。桩打入后35天,基坑开 挖完毕,由于没有进行有效降水,加之钢筋锚 拉杆呈松驰状态,结果,基础桩和挡土桩均向 基坑方向位移、 倾斜,边坡出现裂缝。挡土桩 位移8001200mm ,基础桩位移超过400mm 的占7815 % ,超过600mm的占4218 %。 814发生在基坑底面内的事故 发生在基坑底面内、 由地下水引起的典型 事故,如图815所示,以下分项加以说明。 图815 由地下水引起、 发生在基坑底面内的事故 (1)在无粘性土中,基坑开挖后,当地下水 的向上渗流力(动水压力)大于土的浮重力密 度时,在
14、挡土结构近端的基坑底面处,就会出 现管涌(piping) ,而其结果将会使坑底出现 “流 砂”(boiling)状态,见图815的右端。造成此类 事故的原因: 由于挡土结构插入深度不够造 成地下水流路长不足; 采用排水工法时地下 水位降得不够。 实例6 珠海市香洲渔委商住楼,基坑最 74 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 深处(电梯井 )6 135m ,挡土桩采用振动灌注桩, 直径0148m ,桩长9m ,桩距018m;止水桩采用 35排粉喷水泥土搅拌桩,桩长1113m ,相 互搭接5
15、0100mm;地层土质自地表下依次为 填土(厚 2m) 、 海砂沉积层(厚 7m) 、 密实中粗砂 (厚 10m) 和粘土(厚6m) , - 25m以下为起伏 岩层;地下水与海水相通,水位为- 210m。当 局部挖至- 4m时,基坑涌水涌砂,坑周土体下 陷,无法继续施工,只得回填基坑,等待处理。 造成事故原因:止水桩质量差(桩间形成缝 隙、 空洞 ) ; 止水桩未打到不透水层,坑内降 水危及邻近建筑物和道路。 (2)当基坑内外侧的地下水位差较大,并 且基坑下部有承压水层时,应评价基坑开挖引 起承压水头压力冲毁基坑底板造成突涌 (pip 2 ing ,boiling ,heaving的总称)的可
16、能性。如果地 下水位差超过地下水流的水力坡度时,就会产 生突涌,如图816所示。 (3)在承压水头压力作用下,从未填埋的 废旧井口或地质钻探孔口出现管涌,见图815。 (4)如果集水坑设置在透水性和地下水位 (b)加压层为粉细砂层的场合 图816 由承压水引起的突涌(上升力 U大于土承压力 W) 高的基坑底下面,则会发生水抽不尽从而导致 管涌,流砂等现象。见图815。 (5)进入基坑底面以下高水头承压水层的 暂设桩及基础桩,如果桩与土层之间有空隙的 话,则会发生地下水和砂粒的喷出现象(桩周 管涌 ) , 见图815。 建筑技术开发文摘 卫生间渗漏的原因分析和防止措施 近年来,我局为改善职工住房
17、现状,兴建了许多住 宅楼,但是一些建筑投入使用不久,就出现了卫生间渗 漏现象,有的沿上下水立管渗水,有的因地面积水沿墙 渗漏,造成板底墙面抹灰脱落,既影响了住户的正常使 用,又损坏了建筑物本身。现已成为建筑工程质量的一 项通病。 现浇板沿墙容易产生裂缝,首先设计方面应采取措 施,在现浇板四边设一道板上圈梁与板整浇,保证圈梁 和板的刚度,不致因混凝土的物理性能变化或建筑物沉 陷而产生开裂渗漏现象。其欠:施工时要保证钢筋的位 置,特别是支座处负弯矩钢筋的位置,要严格按混凝土 的施工工艺进行施工,振捣密实,保证现浇板的密实程 度。对管道及卫生器具要杜绝使用不合理材料和设备。 安装大便器排水管时,甩口
18、高度必须合适,并高出 楼面10mm ,不得偏斜和低于楼面;蹲便上水连接口应经 试水无渗漏后再做水泥抹面,其上水接口处应填干砂, 以便维修。 在蹲便凹池钢筋混凝土底板的上下水立管预留孔 处,用C20细石防水混凝土(掺5 %水泥量的防水粉)填 补捣实,立管四周填补混凝土做成高出底板面30mm的 圆锥体泛水。 卫生间地面防水应按照设计要求施工,穿过楼板的 立管根部地面应抹平,以免积水。卫生器具安装前要将 管道内部清理干净,施工中切不可使砂浆溢入地漏及下 水管中。为此,需找出卫生间漏水原因,制定有效的防 漏措施,在施工中严格按设计和规范要求施工,就能杜 绝卫生间的渗漏现象,延长房屋的使用年限,保证居民 的住用水平。 (来稿摘登,原作者:程志雄) 84 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.