深基坑工程流沙管涌事故原因分析及防范处理

摘要：深基坑是建筑施工过程中危险性较大的一项工程。在施工中，一旦技术上、安全防护措施上出现纰漏就有可能引发各种安全事故。本文结合深基坑工程实例，就深基坑开挖中出现流沙管涌事故的原因进行了分析，给出预防这类事故的防范措施，并制定了处理流沙管涌事故的方法，可供施工人员参考。

关键词：深基坑工程；流沙；管涌；原因；防范；处理

1 工程概况

某建筑工程，总建筑面积为114632.73m2，为剪力墙结构体系，地下2层，地上26层，基础采用静压预应力高强混凝土管桩和冲孔灌注桩，设计桩端持力层为残积粘性土和碎块强风化花岗岩层。

本工程主楼区域坑底标高按承台垫层标高-12.30m考虑，基坑开挖深度约为11.30m，裙房及纯地下室区域坑底标高按承台垫层标高-11.00m考虑，基坑开挖深度约为10.00m。基坑总面积约为15200m2，总周长约681m。基坑侧壁安全等级为一级。基坑围护结构形式采用以下支护形式：基坑采用smw工法桩加一道钢筋混凝土内支撑的支护形式，桩顶约3m高度自然放坡，局部桩顶无空间处采用槽钢超前支护。swm工法中，φ850@600三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕及挡土措施，内插的支护桩采用hn700×300×13×24规格的h型钢桩。

2 深基坑工程流沙管涌原因分析

2.1 流沙的原因

土体在受水浸泡饱和时，土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小，当在动水压力的作用下，动水压力超过土粒的重力时，土粒产生悬浮流动，即形成流沙。动水压力是产生流沙的一个重要因素。

2.2 管涌的原因

当深基坑距离河塘较近或基坑底下土层中存在承压含水层时，在水位差的作用下，基坑土体中存在渗透水流，由于土体的不均匀性，土体中某一部位的土颗粒在渗透水流的作用下会发生运动，使填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走而形成涌水通道，即形成管涌。当主渗漏涌水通道上的细颗粒被基本带走后，在较强的水流冲刷下，主通道两侧的细颗粒进入涌水主通道，使涌水主通道逐渐变宽。管涌持续时间越长，通道的宽度越宽，继而发生大量涌水和塌方事故

3 流沙、管涌的防范措施

3.1 施工方案的设计编制与论证

（1）为保证深基础施工时基坑不积水，在深基础施工之前，首先应根据地质勘察资料和工程实际情况，设计深基础施工的降水方案。通常采用人工降水、抗渗围护等。无论采用什么方案，方案中应对坑中待挖土中的地下水位变化情况进行必要的验算，使降水措施满足地下水位浸润线低于开挖底标高以下500mm的施工条件。

（2）凡在深基坑开挖施工中，如发现有地下承压水，应事先探明承压水头、透水层的标高和厚度，并对坑底土体进行抗浮托能力验算。

（3）对工程所在地的类似深基础施工情况进行必要的调研，吸取其他工程在深基础施工中的经验与教训。

3.2 深基础施工实施过程的措施

3.2.1 预防和处理流沙、管涌的原则

预防和处理流沙、管涌的原则是“减少或平衡动水压力”。地下室基坑开挖时，当进行电梯井基坑垫层施工时出现管涌现象，并带有流沙性质，出水流量大约达到50m3/h。建设单位马上组织专家及相关单位进行讨论，最终提出的处理措施要求：电梯基坑底立即停止抽水，并立即采用淤泥或粘性土回填至底板底标高，同时加强观测密度及日常巡视。并在电梯基坑范围内设置2～3个轻型降水井，采用局部降水的方式将水位控制在开挖面以下500～1000mm，形成降水漏斗后再重新进行电梯基坑的开挖，一边降水一边回灌，同时加强基坑监测和巡视。如以上方式无法有效解决电梯基坑底的管涌，或者局部降水造成基坑周边监测数据异常，则可采取在电梯基坑四周施打双排双向旋喷桩，形成小范围止水帷幕，再重新进行电梯基坑的开挖。

本工程最终采取在电梯基坑范围内设置4个轻型降水井进行局部降水，一边降水一边回灌，马上开挖，马上施工垫层，另外等垫层有一定强度时，在电梯深基坑中立即进行钢筋混凝土部分先施工，以确保深坑施工的安全性，最终取得成效。

3.2.2 预防流沙、管涌的基本方法

（1）井点降水法：①当出现流沙时，应立即停止开挖，并回填深坑将流沙埋没或在深坑中注水，以平衡渗流的动水压力。然后在深坑周围立即补下二级（或三级）井点，待二级井点降水使地下水浸润线低于开挖范围以下500mm后，再继续开挖施工。②当深坑接近承压水层时或经计算坑底土体的抗浮不能满足稳定要求时，可采用井点管穿过不透水层直接抽取不透水层下的承压水，以降低承压水头，从而避免因承压水头过大而形成管涌。由于地下承压水流量，不宜采用轻型井点，应采用出水量较大的喷射井点或管井降水。③井点降水法要根据深井的布置量、布置深度进行。

（2）土体抗渗加固截水法：当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑底井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。在土体开挖之前，对深基坑四周抗渗薄弱的土体进行抗渗加固。土体抗渗加固的方法有：深层搅拌桩加固法、粉喷桩加固法、压密注浆加固法及劈力注浆加固法等。土体抗渗加固的水泥掺量可根据试验确定，一般浆喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的15%～18%；粉喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的13%～16%；注浆加固的浆液注入率一般为被加固土体重量的15%～20%，浆液配合比：水泥：水玻璃：粉煤灰=1：1：0.04。加固的范围可经过计算确定，被加固的土体具有一定强度和较高抗渗能力，形成一截水帷幕，截水帷幕的渗透系数不宜小于1.0×10-6cm/s，可保证深坑开挖时，不会出现流沙或管涌现象。当采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案时，应对坑底加固土体的抗浮稳定进行验算。

4 出现流沙、管涌时的处理方法

4.1 基础出现管涌时的处理方法

4.1.1 集水井强排法

集水井强排法的前提是基坑底标高在不透水层以上，且待挖土体中的地下水浸润线标高低于坑底标高。如果由于地下承压水的作用基坑出现管涌，应立即采用细石或绿豆砂将管涌口覆盖以减少涌水口的砂土流失，同时在坑底挖临时集水坑用水泵进行明排水，对坑中土进行抢挖。当挖土至坑底标高后，集水井埋入坑底土中，采用潜水泵排水，并在管涌点到集水井之间做排水盲沟使管涌的流水沿盲沟流入集水井。如果管涌点过多，则应在坑底做细石或绿豆砂垫层。集水井可采用直径在600～800mm的铁皮管或塑料管做成，桶壁打有集水小孔，外侧为绿豆砂反滤层。当集水井排水使坑中水位低于基坑底设计标高时，立即进行混凝土垫层的浇筑。为了保证垫层混凝土下盲沟或细石垫层排水畅通，在混凝土垫层及砂垫层之间应隔有一层铁皮或30～50mm厚的预制混凝土板。垫层浇完以后，对集水井口采用钢板封没，并将水泵的出水管采用硬质管引出基坑，并保持水泵抽水连续不断，垫层混凝土具有一定的强度以后立即进行深坑中钢筋混凝土施工。必要时可以采用深坑混凝土单独先浇的方法，以确保深坑施工的安全性。

4.1.2 深井降水法

当基坑出现管涌现象时，立即停止开挖并将深坑回填到地下承压水头以上，采用钻孔下套的方法进行打深井，深井的深度一般在不透水层以下2～3m即可。采用深井抽水，以降低深坑部位的地下承压水头，使其降到坑底标高以下0.5m。深井的数量应根据深坑大小、压水头的高度、承压水土层的渗透系数等参数经计算确定。

4.1.3 注浆法

在开挖基坑中局部深坑时，如深坑底出现管涌，但承压水头较低时可采用注浆法。首先应立即停止对局部深坑的开挖，并对深坑进行部分土方回填，将流沙、管涌点埋没，回填高度应高于承压水头的高度。然后采用注浆法将坑中的土方进行注浆加固，注浆所用浆液的组成部分为水泥和水玻璃，正常情况下水泥为425号普通硅酸盐水泥，是否添加外加剂根据施工情况而定，水灰比为1：1～0.8：1，水玻璃浓度30～400be，模数2.4～2.8，水泥-水玻璃浆配比为1：1。其方法同2.2.2节中的土体抗渗加固截水法所述。但由于是应急措施，不宜采用需大型设备进场的深层浆喷搅拌或粉喷搅拌等方法。为加快注浆的凝固和提高早期强度，应在注浆液中掺入一定比例的水玻璃或早强剂。注浆加固土体具有一定的强度后即可进行深坑开挖，当深坑底接近于或穿过不透水层时，应当对坑底土体进行抗浮稳定验算，以确定注浆加固土层的厚度。

4.2 基坑出现流沙时的应急措施

当出现深坑流沙时，应立即停止开挖，用土回填或注水至地下水浸润线以上。在深坑周边补下闭合的二级或三级井点。当二级或三级井点开始运行一段时间后，深坑周边的地下水浸润线会逐步下降，从而防止流沙现象的出现。

5 结语

总之，深基坑施工是一项隐藏的工程，施工技术相对复杂，为了确保施工质量和保障施工的顺利完成，必须对每一个施工环节进行严格把关，防范事故的发生，并且还要有能力对事故进行即时处理，才是确保深基础施工顺利进行的有力保障，从而使工期延误和经济损失控制在最小范围内。

参考文献：

[1] 曾纪文.深基坑管涌实例分析及处理方法[j].探矿工程，2004年11期

[2] 刘翔；张晨；赵翔.由渗流引发的某软土深基坑事故原因分析[j].施工技术，2007年09期

深基坑工程流沙管涌事故原因分析及防范处理