黄 建 宝

(福建东辰综合勘察院，福建 龙岩　364021)



·岩土工程·地基基础·

岩溶区基坑抗突涌稳定性分析及处理方法

黄 建 宝

(福建东辰综合勘察院，福建 龙岩364021)

结合某项目场地的岩土工程条件，介绍了岩溶区基坑突涌发生的机理，从隔水帷幕、降压降水、封底加固三方面，阐述了基坑抗突涌常用的处理方法，并提出了该工程的处理方案，达到了良好的治理效果。

岩溶区，基坑突涌，地质条件，注浆

近年来随着龙岩中心城市快速发展，高层建筑拔地而起，设计的地下室层数由早期1层，逐步向2层～3层发展。基坑开挖深度和面积逐渐增加，基底下不透水土层的厚度越来越薄，随之而产生的基坑边坡支护问题、基底隆起问题以及岩溶承压水引起的基坑突涌问题也越来越多，最终有的项目因岩溶承压水顶破坑底上覆土层而发生突涌，酿成基坑工程的危险事故。龙岩中心城区为山间盆地地貌，地下基岩为二叠系栖霞组石灰岩，地下岩溶水十分发育，深基坑施工前应进行施工方案论证，针对基坑开挖施工过程中产生的基坑支护、降水、突涌等问题应及时采取措施。文章结合某工程实例简要介绍岩溶区基坑突涌发生的机理，以及发生突涌后采取的处理方法和有效措施。

1　工程概况

某小区项目为十多栋19层～29层住宅楼，框架—剪力墙结构，设计2层地下室，地下室占地面积约20 000 m2。基础形式为CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)加筏板基础。基坑开挖形状总体呈近似矩形。场区地形较为平坦，自然地坪标高在331.31 m～332.25 m之间。建筑物总高度约89 m，室外设计标高331.30 m。开挖深度为11.80 m，除东侧为已建17层住宅小区外，其余的三面为空地。本基坑支护方案为东侧采用排桩支护，南北侧因无建筑物，采用放坡加挂网锚喷支护。由于基坑开挖深度较大，基坑开挖过程中控制与预防地下岩溶承压水是基坑支护和土方开挖的关键。当基坑开挖至8.2 m深度时，在东南侧有4个部位出现基底土层渗水开裂，有地下水从裂隙中涌出，后续出现“沸腾”突涌现象。发生基底涌水后，刚开始紧急采用水泵抽排基坑涌水，但无法降低地下水位，后现场启动应急预案处理，及时疏散人员，挖掘设备，最终在日排水量达2万m3仍无法降低地下水位时，只好暂停抽水等待采取措施。突涌发生后，最终稳定水位在地面下3.5 m处，水位标高327.80 m。

2　场地岩土工程条件

2.1地层工程地质条件

勘察钻探中④次生红粘土和⑤含角砾粉质粘土层局部发育有土洞，⑥中风化灰岩局部钻孔见溶洞发育。在本场地灰岩埋深在14 m～80 m之间，岩面起伏大，属于浅～深覆盖型岩溶区，岩溶、土洞较发育。岩溶形态以石笋、溶洞、溶沟、溶槽形态分布。

2.2水文地质条件

根据含水层的性质及赋存条件，本场区地下水分为两种类型：上部③含泥卵石层的第四系孔隙型潜水，水位埋深约3 m，水位标高328.30 m，富水性一般，透水性较好，补给来源主要为大气降水，渗透系数为20 m/d；下部灰岩内存在的岩溶裂隙承压水，水位埋深3.5 m，水位标高327.80 m。补给来源主要为大气降水、地表水及浅部地下水补给。根据现场抽水试验，揭露该含水层单井涌水量大于5 000 m3/d。

3　基坑突涌的发生机理

3.1岩溶承压水的形成和特征

承压水是指上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，亦称层间水。灰岩中因顶板倾斜、含水层厚度变化，特别是补给区水位高于本区隔水层顶板时，该含水层形成压力水头并高于顶板。岩溶水是指赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的水，又称喀斯特水(karst water)。岩溶水的基本特征是：水量丰富而不均一；含水系统中多重含水介质并存。水量受岩溶发育程度的控制，在岩溶强烈发育区，受大气降水或地表水的补给快，水量丰富。岩溶水的运动速度变化很大，因此其流态变化也很复杂。在溶孔、溶隙中，地下水缓慢地渗流，水流流态属于层流状态；而在溶洞、暗河等岩溶管道中，地下水流速大，处于紊流状态；在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。

龙岩盆地四面环山，周边山体岩性多为文笔山组泥岩、粉砂岩和童子岩组的泥岩、粉砂岩等煤系地层，为隔水岩组，区内受断层切割影响，周边山体形成阻水岩体。龙岩中心城区下覆的石灰岩受区域构造和长期溶蚀影响，溶蚀裂隙经长期发育成为地下暗河。在区内灰岩出露和浅覆盖型裂隙发育区，吸收大量的大气降水和地表径流，补给形成了丰富的岩溶裂隙水。区内整体地势呈南高北低，地下水流向由南侧向北侧径流排泄。地下水大量汇聚，并由水平方向变为垂直方向向上运动，因岩溶发育和水位进一步抬高，在强大的静水压力下，岩溶承压水在第四系冲积层较薄弱处涌出地表，形成天然涌泉。

3.2基坑突涌机理

基坑突涌是指建筑场地基坑开挖后，因其下部存在承压含水层，基坑底面以下的隔水土层在下部承压水的水头压力作用下，引起基底土体隆起开裂并同时发生涌水涌砂的现象。基坑开挖过程中，基底下不透水土层厚度越来越薄，承压水可能顶破坑底而发生隆起、突涌，酿成基坑工程的重大危险事故，因而在基坑开挖中是必须严格注意的问题。目前，关于承压水基坑抗突涌稳定的定量分析方法很多，除了经典压力平衡法(规范法)外，还有土体剪切破坏理论、土体挠曲破坏理论、综合考虑土体强度和刚度理论及统计预测法等，但不同方法的假设条件不一致，具一定的局限性。事实上，不难理解隔水土层的抗剪强度、基坑的平面尺寸、开挖时有无支护等都是影响基坑突涌的重要因素。

针对本工程实际情况，我们选择GB 50021—2001岩土工程勘察规范2009版7.3条经典压力平衡法(规范法)来分析本次基坑突涌问题。确切的说，当H≥Hcr时，上覆土层的重力不小于承压水的浮力，此时是安全的；当基坑开挖至H

如图1所示，本基坑工程隔水底板主要为④次生红粘土和⑤含角砾粉质粘土层，隔水土层的临界厚度为：

Hcr=K·(γω/γ)·h

(1)

式中：γ——隔水土层的重度；

γω——水的重度；

H——基坑开挖后不透水层的厚度，m；

h——承压水头高于含水层顶板的高度；

K——安全系数，计算临界厚度时取1.0。

根据本次基坑突涌结果，h=10.5 m，γ=18.5 kN/m3，γω=10 kN/m3，K=1.0，把以上数据代入式(1)，经计算得Hcr=5.7 m。这一计算结果与基坑开挖至8.2 m时发生突涌非常吻合。

4　基坑发生突涌的处理方法

4.1常用处理方法

突涌处置措施方面，根据龚晓南等主编的《深基坑工程设计施工手册》介绍，通常有“隔水帷幕”“降压降水”及“封底加固”三种技术措施。

1)隔水帷幕。

对于承压含水层埋藏深度相对较浅的深基坑工程，设计中可设置较深的地下连续墙作为隔水帷幕，并进入下部不透水层一定的深度，达到隔断基坑内外承压水的水力联系的目的，然后采用常规的基坑疏干降水法排水措施。

2)降压降水。

对于基坑底部承压含水层以上覆土不足以抵抗承压水头而又不适合隔断承压水的工程，可采用降压降水的方法。降压降水方案应结合周边环境条件等因素并通过计算综合确定。设计降压井后，应使基底以下含水层上部保留的覆盖层土体重力大于承压含水层的水头压力。

3)封底加固。

封底加固措施一般适用于开挖至基底标高时，承压水的浮托力略大于上覆土重时，不能满足抗承压水稳定性的基坑。封底加固一般可采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩等加固体，利用地基处理后，基底土体重度、土层抗剪强度的提高，以及基坑内部密布基桩的类似加筋作用，起到抵抗承压水压力的目的。

结合本工程实际，“隔水”法因基岩埋深起伏大，在岩层浅的地方难以设置地下连续墙隔水帷幕，不宜采用。经专家论证，综合考虑，优先选用封底加固措施适时结合降压措施。

4.2本工程突涌处理方案

首先，整个开挖基坑进行全面回填至稳定承压水头以上约1.0 m，标高至328.70 m；充分考虑对东侧已建17层建筑的影响，在东侧已建的排桩支护体系中设计多道内斜支撑，在东侧基坑外围小区路面施工3排梅花形钻孔，进行止水帷幕灌浆，外围再施工多个地下水回灌井，减少对东侧建筑的影响。其次，在开挖基坑边界施工3排梅花形钻孔，孔间距为3 m，进行止水帷幕高压注浆；整个基坑范围内按孔间距3 m进行高压旋喷注浆；在4个突涌点范围周边一定范围内加密注浆钻孔，孔间距加密到2 m。注浆孔深度进入设计地下室基底下约10 m～15 m，在灰岩比较浅的地方穿过破碎层进入完整岩层一定深度。采用双管注浆方案，压力注浆目的是：封堵地下渗水、孔隙水，加固土体，提高土体重度和抗剪强度。第三，加强对周边临近建筑的变形观测。

4.3注浆效果检测和补救方案

注浆一段时间后，选取其中一个突涌点进行钻孔抽水试验，检测注浆的效果，经试抽水，发现孔内水位难以降低，该点注浆止水效果不明显。考虑到该项目工期延误较久，急于开工，且大面积注浆已对土体起到一定的加固作用，后经专家再次论证，确定分段开挖，先开挖突涌点外围，基底设置多道排水盲沟，在地下室边界外侧的基坑底设置4个～5个集水坑。开挖至突涌点时，遇涌水导入排水盲沟进入外侧集水坑，抽排出基坑外。最终基坑开挖完时经测算总涌水水量达4.8万m3/d。抽水工作直到上部结构重量大于地下水浮力时，准备回填基坑外侧填土时才停止。

5　结语

1)随着龙岩中心城市高层建筑地下室及地下工程的建设，基坑开挖的深度不断增加，基坑周边环境条件更加复杂，由此而产生的岩土工程问题也愈来愈多，岩溶承压水条件下的基坑抗突涌问题应引起充分重视。在该区进行工程建设，基坑开挖前应充分分析和论证基坑开挖和地下水控制方案，特别对于基坑发生突涌时的处理方法要得当，要及时，否则将造成巨大的损失。

2)处理岩溶水基坑突涌的隔水帷幕、降压降水、封底加固三种方法，存在各自的适用条件和优缺点，如隔水帷幕方法虽然安全，但地下连续墙存在造价高，施工质量难以保证等缺点；降压降水法易造成基坑周边建筑沉降开裂；封底加固宜进入一定深度等，选用时要综合考虑经济、安全及对周边环境的影响。

3)规范采用的压力平衡法来验算基坑的抗突涌稳定性，即把承压含水层水头压力与上覆土层单位面积质量相等作为基坑突涌破坏的判断标准，并未考虑基底土层自身的抗剪强度、基坑平面尺寸和坑内桩基等作用。该方法在实际使用中偏保守，易造成经济上的不必要的浪费。目前这类问题理论分析方法和计算模型多样，但都存在一定的局限和缺点。根据不同的工程特点和场地岩土工程条件合理选用计算模型，才能使计算结果更接近实际。

[2]GB 50007—2012，建筑地基基础设计规范[S].

[3]JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

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[1]GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].

Stability analysis and handling method of anti-uprush of foundation pit in the karst area

Huang Jianbao

(FujianDongchenComprehensiveInvestigationInstitute,Longyan364021,China)

Combining with the geotechnical engineering conditions of the project field, the paper introduces the foundation water-gushing mechanism of karst area, describes common foundation water-gushing processing methods from three aspects of water-isolating curtain, step-down and precipitation, bottom-sealing reinforcement, and puts forward the engineering processing scheme, so as to achieve great treatment effect.

karst area, foundation water-gushing, geological conditions, grouting

1009-6825(2016)19-0047-03

2016-04-25

黄建宝(1972- )，男，高级工程师

TU463

A