施桥三线船闸基坑管涌问题的处理

施桥三线船闸基坑管涌问题的处理
李士彦;张敏
【摘要】以施桥三线船闸工程施工为例,重点阐述了船闸深基坑施工中降水井出现管涌险情的处理措施.提出在深基坑施工前必须针对可能存在的风险制定完善的应对处理措施,施工现场准备充足的应急抢险设备、物资,施工期间一旦出现险情,便可立即采取应对措施,减小风险损失.
【期刊名称】《交通科技》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】4页(P57-60)
【关键词】施桥三线船闸;基坑;管涌
【作者】李士彦;张敏
【作者单位】苏北航务管理处淮安 223002;苏北航务管理处淮安 223002
【正文语种】中文
施桥船闸位于扬州市施桥镇，三线船闸位于现有一线船闸西侧，两闸中心距为100m。

船闸为II级船闸标准，规模（口门宽×闸室长×最小门槛水深）为
23m×260m×5m，工程项目总概算投资为58 716.98万元。

工程自2009年4月10日开工建设，于2011年12月16日交工验收。

主体工程闸塘墙后地下水位一般在▽3.0m左右，渗水补给及潜水丰富，基坑易产生渗透变形。

揭示的岩土层可分为12层，土分类按《渠道工程地质勘察规范》命
名，其中①层为素填土，其下诸层为第四系全新统（Q4）冲、洪积层。

1 施工条件及采取措施
工程地处集镇，相邻单位及居民多，拆迁范围广，协调难度大；地质条件复杂，呈层状交替分布的粉砂土、淤泥质粘土；基坑内外水位高差达12 m，降水困难；基坑开挖、降水须保证一线船闸运营及周围建筑物的安全；工程量集中、施工场地狭小。

在建设中采取了以下措施保证工程顺利实施。

1.1 防渗帷幕
防渗帷幕见图1、2，其主要特点及技术数据为：整个闸塘采用地连墙与垂直防渗帷幕形成一个封闭式结构；上闸首支护结构采用钢筋混凝土地下连续墙结构，顶标高▽5.6m，底标高▽－12.0m，深入不透水层淤泥质粘土层，离土层④－2层底
1m左右，不穿透隔水层；总长约100m，混凝土地下连续墙起到挡土和防渗双重效果，其余为单排多头小直径水泥搅拌桩防渗墙；上闸首混凝土地下连续墙支护结构与水泥搅拌桩防渗帷幕采用高压旋喷衔接接合；闸室东侧及下闸首中心线东侧防渗结构采用双排多头小直径搅喷式水泥土防渗墙，底标高闸室东侧为底标高▽－12.0m和▽－19.0m，下闸首由于处在第⑥层粉砂性土上，底标高为▽－19.0m。

图1 三线船闸平面示意图
图2 闸室基坑开挖图
1.2 基坑降水
根据设计地质资料，结合地质报告各层渗透系数统计值和区域内各土层渗透系数经验值，闸区土层渗透系数K取5m／d。

采用均质含水层完整井计算基坑涌水量，管井最终顶标高位于▽－3.47m平台，井底高程上下闸首为－19.0 m；闸室为－16.5m。

根据计算确定本工程共打设43口深井降水井，沿闸塘基坑四周均布。

降水标准见表1。

表1 施工期地下水位控制一览表［1］序号部位控制水位／m 备注1234上闸首
底板浇筑前下闸首底板浇筑前闸室底板浇筑前闸室底板封铰后－8.17－8.97－8.07－4.77施工期保持一线船闸原有的墙后水位（不低于▽3.0m）5 闸墙后排水系统
完成后可逐步拆除深管井等排水设施
1.3 施工监测
（1）位移监测。

一线船闸建于20世纪50年代，在三线船闸施工期间，须对一线船闸的结构物进行连续、高精度地监测。

监测分为垂直位移和水平位移2种，通
过仪器设备，连续定期测量船闸上的特定测点在垂直和水平方向上位置的变化，以分析船闸整体的状态变化。

通常船闸的垂直位移是由于自重及外荷作用下的闸体压缩变形，以及温度、湿度变化引起混凝土涨缩等原因所造成的；水平位移异常是由于闸体裂缝、基础面或深层基岩滑动、地基局部破坏等原因造成的，因此，通过监测垂直位移和水平位移的大小和变化，及配合其他项目的监测和综合分析，可以掌握地基的异常状态，及时发现险情，对保证一线船闸的安全畅通起到关键作用。

（2）施工期地下水位监测。

在施工期间，对不同部位、不同的时期，根据工程施工的需要控制不同的水位标准，以满足闸塘干地施工，以及一线船闸建筑物的安全。

2 12号降水井管涌事件回顾
2.1 基本情况
12号降水井底标高为▽－19.0m，顶标高▽－3.47m，外径40cm，外裹80目滤
布1层，成孔直径为60cm，目布与井壁间填粗砂，成孔采用冲水自沉法。

12号降水井出现管涌过程：12号降水井于2009年10月8日下午17：00出现
浑水现象后，立即将抽水泵上提至－14.0m左右，浑水现象减轻出现清水，为保
证安全，项目部派人24h值班观察。

9日下午又出现浑水，再次上提水泵至－11.0m左右，浑水现象再次减轻出现清水，至10日上午又出现浑水，经过分析认为井壁可能已损坏。

根据原井已损坏的情况，紧急在12号降水井周边打设降水井并抽水，待11日下
午16：00新打设井水位降至－15.0m左右时，采取先用碎石后填干拌混凝土对12号降水井进行封井，但在填筑过程中发现出水量有加大的趋势，从12号降水井及井填料间不断冒泥水，立即采用袋装碎石及木桩和竹排填筑围堰紧急向基坑外抽水，防止水涌进闸室基坑内。

2.2 可能灾害
（1）如果管涌得不到有效控制，形成临近一线船闸边坡垮塌，将会危及一线船闸闸室墙的安全，因一线船闸建于20世纪50年代，闸室墙体结构为砌石结构，一旦形成破坏将会导致灾难性的事故。

（2）必将给当时正在进行的下闸首底板钢筋绑扎、闸室底板等施工带来损失。

3 管涌原因分析
（1）降水井底砂性土质被承压水、潜水击穿，形成管涌通道，带砂土上涌。

（2）靠近该井处的防渗帷幕可能存在分叉或不封闭之处，使防渗墙外水流渗入。

（3）井壁破损造成井壁砂土层间潜水夹砂土进入降水井，形成管涌通道［2］。

（4）该处防渗帷幕底部砂土、粉砂层与降水井底处经水压冲击，造成帷幕前后水位差形成的水压力击穿砂土层，形成管涌通道。

还可通过下式验算井底部土体稳定性：
式中：Ks为抗管涌或抗渗流稳定性安全系数，取1.5～2.0；ic 为坑底土体临界水力梯度，ic＝（Gs－1）／（1＋e）；其中：Gs 为土粒相对密度，取2.7；e为坑底土体天然空隙比，取0.85；i为坑底土体渗流水力梯度，i＝hw／L；hw为基坑内外土体的渗流水头m，取坑内外水头差hw＝11.67m（回灌井与降水井水位控制值分别为▽3.6m、▽－8.07m）；L为最短渗流径线总长度，L＝11.67＋
2×2.5m（旋喷桩深入井底下2.5m计）。

旋喷桩与降水井底标高分别为▽－19.0m、▽－16.5m：
验算结果表明，旋喷桩止水帷幕的深度（或为降水井深度）在降水井内滤层破坏或井壁破损的情况下，没有满足抗管涌稳定性要求。

4 管涌发生后的应急措施及解决方案
（1）立即启动安全应急预案，并逐级向上汇报，并于2009年10月12日晚，邀请专家、监理部及现场部针对12号降水井出现浑水及封井涌水现象进行分析，查找原因，寻求处理方案。

（2）根据井位布置图显示，12号降水井处防渗帷幕底标高▽－19.0，在原12号降水井周围打设4口降水井，间距在3～5m之间，施工底标高均在－18～－22.0m，通过抽水，水位均在－12.0～－16.0m，通过抽水2d观察，12号降水井冒水位置流量虽有所减少，但效果不明显，并且一直冒泥砂水，说明管涌问题没有解决。

最后确定原12号井井位未封住已形成的管涌通道其水源由防渗帷幕东侧越过防渗墙渗流过来，并形成渗流通道。

（3）管涌事件处理组经过查看现场形成以下初步方案：①在外围筑粘土围堰，围堰外侧支设木桩＋竹排，形成挡墙，围堰内侧铺设透水土工布，其上覆盖黄砂加袋装碎石，形成滤层，使之流出清水；②采取高压旋喷封住承压水空洞（原12号降水井及其周围），材料为速凝水玻璃＋水泥＋水；③若高压旋喷未封住，可采取深挖基坑，先填碎石（粒径要大），在原井位下套箱，套箱内放置直径40cm PVC 管，管底采取滤布，管壁打眼（1cm左右），外裹60目、80目目布各1层，目布与套箱内填砂砾，滤出清水，用水泵抽排；④改进计划安排，在最短时间内抢出闸室13号、14号底板，回填土后可提高水位，以防边坡坍塌。

（4）通过对初步方案进一步完善，最后确定采取以下治理措施：①外围粘土筑围堰＋木桩，内侧铺设土工布＋砂＋碎石，先挖深原井位至标高▽－9.0m左右；②接着采用已拌匀的砂与碎石填高2m左右，并填均匀；③埋设已制作好的直径
400mm的PVC管，管壁打设1cm左右眼，间距10cm左右，高度4m左右，外侧包目布2层，外60目内80目，底部设竹脚板垫板并加设透水土工布；④放置2个PVC管，并排放置在原井位及井壁填料处，后均匀填砂、碎石至标高▽－4.0 m左右，采用准备好的粘土从围堰内侧向里推进，将水压回原井位，自PVC管内放水泵抽清水，PVC管周围分层夯实。

（5）为防止水从两侧冒出，在两侧深挖基坑至标高▽－8.0m左右，换填1.5m宽粘土封闭水道。

（6）接PVC管至标高▽－2.0m左右，周围筑高粘土，并分层夯实，于10月15日不再有水冒出，且周围降水井出水量明显增多，显示新打设降水井水道形成，原井位水明显减少。

（7）由于该处地质复杂，此处防渗帷幕接头部位可能存在不紧贴现象，因此在紧贴原防渗帷幕外侧打设60m左右高压旋喷，喷浆处底标高▽－20.0m，封闭防渗帷幕可能渗漏之处。

5 处理效果分析
（1）管涌发生后，没有造成人员、财产方面的任何损失，是一次十分成功的基坑管涌事件处理案例。

（2）原管涌井周围新降水井出水正常，没有再出现混水、泥砂水，对后续工程的施工未造成影响。

（3）对其余降水深井的防渗带来了启示。

经过检查，其余降水深井的井内滤层埋设厚度符合要求。

同时，通过进一步加强各降水深井的观测力度，其他降水深井在本工程中再没有发生类似事情。

（4）对靠近的一线船闸闸室墙等建筑没有造成不良影响。

通过对事件前后对比一线船闸沉降、位移观测数据（可查阅一线船闸位移监测数据表）可知，对一线船闸闸室墙未造成影响。

6 结语
（1）本次事件的成功处理，关键是工程开工前制定了切实可行的应急预案，并在事件发生后第一时间有效地执行了应急预案。

在后续的处理过程中采取了果断有效的封堵措施，使管涌得到了很好的控制与解决。

（2）对于复杂水文地质条件的坝基，在进行渗控工程设计前，建议进行三维渗流模型试验，根据试验成果，有针对性地进行设计，以避免失误给工程带来损失。

（3）粉土、粉砂质基坑中出现涌水、涌沙是一种常见的工程事件，但从基坑降水井管涌，进而扩大管涌点，波及范围不断增大的现象在工程实例中并不多见。

在工程施工中，对基坑的管涌、流砂稳定性等往往在施工组织中考虑得很周全，但由于降水井底部标高更低，在渗透性强的土质中更易出现降水井管涌，降水井处的管涌防治应进一步得到重视。

（4）在深井成井过程中，要严格控制并检查降水井结构的材料和施工工艺，重点控制滤料、滤网的工序施工。

管壁与孔壁之间填滤料层，滤料采用1～2mm砂砾料回填，作为过滤层。

深井施工中要严格控制泥浆浓度、滤砂级配和洗井等重要施工环节，确保管井质量，避免管井堵塞失效。

采用粘质土回填深井，上部1m人工夯实。

参考文献
［1］江苏省交通规划设计院有限公司.京杭运河扩容工程施桥三线船闸工程施工图设计［Z］.南京：江苏省交通规划设计院有限公司，2008.
［2］中国建筑集团有限公司施桥三线船闸土建工程项目部.京杭运河扩容工程施桥三线船闸土建工程施工组织设计［Z］.淮安：中国建筑集团有限公司施桥三线船闸土建工程项目部，2009.。