CN110805052A - 超深基坑突涌综合处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超深基坑突涌综合处理方法:首先采用超深井减压技术控制深层土体中的承压水压力、水位，保证干槽作业，使地面的附加沉降在周围建筑物的许可范围之内；然后通过深基坑信息化技术监测土体地下水突涌及降排后地层中的应力及平衡环境的变化，准确判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围；之后采用快速胶凝微膨胀材料高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，本发明及时有效地处理突涌现象给工程带来的质量、安全风险；并能尽可能减少因突涌发生带来的工期压力及对周边环境的不利影响。

Description

超深基坑突涌综合处理方法

技术领域

本发明属于超深基坑施工技术领域，具体涉及一种超深基坑发生突涌时的处理方法。

背景技术

近年来工业及民用建设项目中基坑工程朝深大化发展，建设地点地质条件复杂，地下水在天然状态下水力作用比较微弱,开挖基坑减小了承压含水层上覆隔水层的厚度,改变了地下水天然动力平衡条件,当隔水层减小到一定程度时,承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板,造成突涌现象。如承压含水层为细粒砂层时,基底易产生喷水冒砂现象，如不及时处理将会引起严重的岩土工程危害，造成重大的质量、安全事故。

国内目前对基坑突涌的处理主要采取：一是控制基坑开挖深度，使基底隔水层保留不致产生突涌的厚度；二是在基坑***设置排水孔，降低承压水位，减少承压水头压力。但如只用单一的排水措施，降水过程会对项目周边环境造成过度的沉降及潜在的危害，且控制效果达不到理想的程度。

发明内容

本发明为了解决深基坑施工发生突涌时对工程的不利影响，提供可操作性强、施工简洁、经济、安全且能够有效的保证质量的处理方法，在控制地下水对基坑带来危害的同时，有效地控制地下水对项目环境造成的附加危害，使整个处理效果达到最佳程度。

本发明具体的技术方案是：

一种超深基坑突涌综合处理方法：

首先采用超深井减压技术有效控制深层土体中的承压水压力、水位，保证干槽作业，使地面的附加沉降在周围建筑物的许可范围之内；

然后通过深基坑信息化技术监测土体地下水突涌及降排后地层中的应力及平衡环境的变化，准确判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围；

之后采用快速胶凝微膨胀材料高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

本发明的有益效果：及时有效地处理深基坑突涌现象可能给工程带来的质量、安全风险；并能尽可能减少因突涌发生带来的工期压力及对周边环境的不利影响。

本发明的具体施工按下列步骤进行：

一、深井井管制作：(1)参照工和文件确定深井设计及控制参数；(2)深井井管采用直径为529mm螺旋焊管现场分段制作，总长由承压水层层底标高确定，每段长度控制在15m以内，深井井管由普通井壁管和过滤器管段构成，过滤器管段最末一段在底端焊接成锥形封死；(3)过滤器管段设置在承压水位区，其制作总长度L1大于计算承压水层厚度H；在螺旋焊管上割出梅花状布置的长条形滤水孔；过滤管段外设过滤网，过滤网为双层构造，里层为尼龙纱网，外层为钢纱网，两层包裹过滤管段；过滤网外填100mm厚的中细砂，填充高度超过过滤器顶3-5m；中细砂层之上用粘土球团填井封实达到将中细砂层与上部土层密封隔绝；(4)过滤管段以外管段均为实管无孔洞的普通井壁管；(5)通过计算确定单井过滤料用量。

二、深井成井采用泥浆护壁回转钻进工艺，在钻井过程中控制好垂直度、深度、井直径等关键参数，深井管用50t汽车吊先起吊安装过滤器管，然后在起吊其他井壁管，每段井壁管间接口用电焊满焊牢固。

三、深井泵安装：安装深井泵时泵头控制在承压水下3-5m位置，安装后用高压空气洗井，边洗边注入清水循环，直到井内排出清水后，安装水位控制器，下水位限制器安装在与泵头同一标高位置，上水位控制器安装在高于过滤器顶3-5m位置，水位上升到至上水位控制器位置时启动水泵排水，水位下降到下水位限制器位置时水泵停止排水，采用大扬程深井泵5级加压方式超外间歇式排水，在排水时安装流量表观察排水量。

四、根据具体基坑情况在基坑周围设置土压力观测点、沉降观测点来测试土体应力变化、位移及观测水位变化情况，实时监测深基坑土体地下水突涌或降排后地层中的应力及平衡环境的的变化，判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围，现场施工完毕一段时间后对比沉降观测记录，观察沉降是否减小或停止。

五、根据需要处理的范围及深度，选择合理的工艺参数，采用水泥水玻璃双液加固材料高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

上述施工中，步骤五的具体操作是：

(1)注浆钻孔

按照测放的孔位定位后，回转钻机就位开钻，钻孔顺序按照上、中、下、左、右孔错开，长短孔错开的顺序进行。

(2)安装注浆管

钻孔完毕后检查孔内有无坍塌，确认后方可下放注浆管，并确定止浆塞位置，安装时双管并齐绑扎成整体，管下段的注浆孔用塑料透明胶带缠住以防止下放安管时堵孔。

(3)进行压水试验

压水时候先开一单泵压水再开另外一单泵压水，检查混合器是否串水，压水压力由小逐步增加到预定注浆压力并持续几分钟，测定土层的透水性，核实土层的渗透性，为注浆时选取泵量、泵压、浆液配比提供修改依据；同时检查止浆塞效果、注浆管有无跑漏现象。

(4)注浆

水泥浆液搅拌时加料顺序为：水—缓凝剂---水泥，搅拌时间不少于5分钟，放置时间不超过3分钟；双排孔时先压注内圈孔，后压注外圈孔，压浆过程中注意控制压浆压力，按照先小后大的顺序压注；压注过程中记录注入量、深度、压力等参数；达到结束条件时停止压注；现场根据单孔注浆量及扩散判定，若需要快速胶凝时，通过控制水泥浆与水玻璃的体积比C:S来实现，通常C:S＝1:1，在跑浆或封孔结束时可用C:S＝1:0.6。

所述滤水孔的孔宽20mm,孔长200mm,孔横横向间距100mm。

所述过滤网里层为120目尼龙纱网，外层为80目的钢纱网，两层包裹过滤管段。钢沙网起到初步过滤作用同时也起保护作用，防止在施工过程中损坏纱网。

在基坑周围设置土压力观测点、沉降观测点，通过在土体中埋置土压力盒、测斜管的方式。

附图说明

图1为本发明深井示意图；

图2为深井外保护结构；

图3为过滤器管段示意图。

图中，过滤器管段1、承压水层2、螺旋焊管3、滤水孔4、尼龙纱网5、钢纱网6、中细砂层7。

具体实施方式

本发明结合基坑正常施工以及在发生突涌时的处理过程对超深基坑的施工进行详细、完整的说明。

本发明提供的超深基坑突涌综合处理方法，首先，采用超深井减压技术有效控制深层土体中的承压水压力、水位，保证干槽作业，使地面的附加沉降在周围建筑物的许可范围之内；然后通过深基坑信息化技术监测土体地下水突涌或降排后地层中的应力及平衡环境的变化，准确判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围；之后采用快速胶凝微膨胀材料(高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

其中所述快速胶凝微膨胀材料是水泥水玻璃双液加固材料。

下以结合具体的施工实例对本发明所述超深基坑突涌综合处理方法进行描述：

一、基坑工程中深井设计及控制参数表：

二、结合图1-3，本发明具体施工步骤为：

一)深井井管制作

(1)相关技术参数要求参照表1，取得深井设计及控制参数。(2)采用直径为529mm螺旋焊管3现场分段制作，总长由承压水层2层底标高确定，每段长度控制在15m以内，由普通井壁管和过滤器管段1构成，过滤器管段最末一段在底端焊接成锥形封死，以便安装，见图1。(3)如图1所示，过滤器管段1制作总长度L1大于计算承压水层2厚度H，设置在承压水位区，在螺旋焊管3上用气焊割出梅花状长条形滤水孔4，孔宽20mm,孔长200mm,孔横横向间距100mm，梅花状布置；结合图2所示，过滤管段外设过滤网，过滤网为双层构造，里层选用120目尼龙纱网5，外层选用80目的钢纱网6，分两层包裹，其中钢沙网起到初步过滤作用同时也起保护作用，防止在施工过程中损坏纱网；在过滤器段深度内，在过滤网外填100mm的0.25-0.5mm的中细砂起到粗过滤作用，过滤网和中细砂层7的填充高度超过过滤管段顶3-5m,其上用粘土球团人工填井封实以密封上部土层中的地下水，在深井排水期尽可能少排或不排，见图3。(4)其余段均为实管无孔洞的普通井壁管。(5)通过计算确定单井过滤料用量。

二)深井成井采用泥浆护壁回转钻进工艺，在钻井过程中控制好垂直度，深度，井直径等关键参数。深井管用50t汽车吊先起吊安装过滤器管，然后在起吊其他井壁管，每段井壁管间接口用电焊满焊牢固。

三)深井泵安装：安装深井泵时泵头控制在承压水下3-5m位置，安装后用高压空气洗井，边洗边注入清水循环，直到井内排出清水后，安装水位控制器，下水位限制器可安装在与泵头同一标高位置，上水位控制器安装在高于过滤器顶3-5m位置，水位上升到至上水位控制器位置时启动水泵排水，水位下降到下水位限制器位置时水泵停止排水，使水位限制在深水井管上口位置之下。采用大扬程深井泵5级加压方式超外间歇式排水，在排水时安装流量表观察排水量。

四)根据具体基坑情况在基坑周围土体中埋置土压力盒、测斜管等方式设置土压力观测点、沉降观测点等测试土体应力变化、位移及观测水位变化情况，实时监测深基坑土体地下水突涌或降排后地层中的应力及平衡环境的的变化，判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围。现场施工完毕后1周左右对比沉降观测记录，一般情况下沉降应减小或停止。

五)根据需要处理的范围及深度，选择合理的工艺参数，采用快速胶凝微膨胀材料(水泥水玻璃双液加固材料)高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆。

(1)注浆钻孔

按照测放的孔位定位后，回转钻机就位开钻，钻孔顺序按照上、中、下、左、右孔错开，长短孔错开的顺序进行。钻孔前钻机准确就位，开孔时轻加压，慢速，大水量跟进，可先用较大直径的钻头钻进一定深度，跟进护壁管，再用较小直径的钻头钻到预计深度。

(2)安装注浆管

钻孔完毕后检查孔内有无坍塌，确认后方可下放注浆管，并确定止浆塞位置。注浆采用双管注浆方法，用Ф6mm的长细钢管压注水泥浆，用Ф6mm的塑料管压注水玻璃浆液。安装时双管并齐绑扎成整体，管下段的注浆孔用塑料透明胶带缠住以防止下放安管时堵孔。

(3)进行压水试验

压水时候先开一单泵压水再开另外一单泵压水，检查混合器是否串水。压水压力由小逐步增加到预定注浆压力并持续几分钟。测定土层的透水性，核实土层的渗透性，为注浆时选取泵量、泵压、浆液配比提供修改依据；同时检查止浆塞效果、注浆管有无跑漏现象。

(4)注浆

现场配备2个储浆池，水泥浆配制和水玻璃稀释分别配备储存。水泥浆液搅拌时加料顺序为：水—缓凝剂---水泥，搅拌时间不少于5分钟，放置时间不超过3分钟。一般先压注内圈孔，后压注外圈孔(双排孔时)。压浆过程中注意控制压浆压力，按照先小后大的顺序压注。压注过程中记录注入量、深度、压力等参数。达到结束条件时停止压注。现场根据单孔注浆量及扩散判定。若需要快速胶凝时，通过控制水泥浆与水玻璃的体积比C:S来实现，通常C:S＝1:1，在跑浆或封孔结束时可用C:S＝1:0.6。为确保胶凝时间的准确，在注浆过程中必须对配好的浆液取样测试，同时在泄浆口接浆测定浆液的实际胶凝时间。

通过加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

本发明在发生突涌基坑处理后经传感器数据采样分析及沉降监测对比分析，所测数据显示基坑及地表的沉降、测斜变形及应力变化等关键参数均控制在预定范围内，说明处理效果达到了较满意的程度。超深井多级泵承压水减压在排水期间合理的控制了地下水压力及水位，并没引起地面过量的附加沉降危机基坑周边建筑物的安全，置换填充地应力恢复综合技术增强了深层土体受突涌影响范围内的土体强度，有效的消除了深层土体应力场改变引起基坑及建筑物长期性沉降的潜在危害，使其应力状态基本恢复到其原始状态，有效的控制了地面附加沉降最大限度减小了突涌对深基坑及其周边建筑物的不利影响。

Claims (6)

1.一种超深基坑突涌综合处理方法:

首先采用超深井减压技术有效控制深层土体中的承压水压力、水位，保证干槽作业，使地面的附加沉降在周围建筑物的许可范围之内；

然后通过深基坑信息化技术监测土体地下水突涌及降排后地层中的应力及平衡环境的变化，准确判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围；

之后采用快速胶凝微膨胀材料高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

2.如权利要求1所述超深基坑突涌综合处理方法，其特征是：具体施工按下列步骤进行：

一)深井井管制作：(1)参照工和文件确定深井设计及控制参数；(2)深井井管采用直径为529mm螺旋焊管现场分段制作，总长由承压水层层底标高确定，每段长度控制在15m以内，深井井管由普通井壁管和过滤器管段构成，过滤器管段最末一段在底端焊接成锥形封死；(3)过滤器管段设置在承压水位区，其制作总长度L1大于计算承压水层厚度H；在螺旋焊管上割出梅花状布置的长条形滤水孔；过滤管段外设过滤网，过滤网为双层构造，里层为尼龙纱网，外层为钢纱网，两层包裹过滤管段；过滤网外填100mm厚的中细砂，填充高度超过过滤器顶3-5m；中细砂层之上用粘土球团填井封实达到将中细砂层与上部土层密封隔绝；(4)过滤管段以外管段均为实管无孔洞的普通井壁管；(5)通过计算确定单井过滤料用量；

二)深井成井采用泥浆护壁回转钻进工艺，在钻井过程中控制好垂直度、深度、井直径等关键参数，深井管用50t汽车吊先起吊安装过滤器管，然后在起吊其他井壁管，每段井壁管间接口用电焊满焊牢固；

三)深井泵安装：安装深井泵时泵头控制在承压水下3-5m位置，安装后用高压空气洗井，边洗边注入清水循环，直到井内排出清水后，安装水位控制器，下水位限制器安装在与泵头同一标高位置，上水位控制器安装在高于过滤器顶3-5m位置，水位上升到至上水位控制器位置时启动水泵排水，水位下降到下水位限制器位置时水泵停止排水，采用大扬程深井泵5级加压方式超外间歇式排水，在排水时安装流量表观察排水量；

四)根据具体基坑情况在基坑周围设置土压力观测点、沉降观测点来测试土体应力变化、位移及观测水位变化情况，实时监测深基坑土体地下水突涌或降排后地层中的应力及平衡环境的的变化，判断出基坑突涌造成的深层土体应力影响范围，现场施工完毕一段时间后对比沉降观测记录，观察沉降是否减小或停止；

五)根据需要处理的范围及深度，选择合理的工艺参数，采用水泥水玻璃双液加固材料高压冲填在地下水的流动线路上，置换出突涌发生后基坑土体扰动产生的泥浆，加固材料与地下水发生化学反应后快速凝固充填土层的空隙及孔洞，限制因应力场改变而导致土体沉降或基坑结构倾斜，使地应力场恢复到原有水平。

3.如权利要求2所述超深基坑突涌综合处理方法，其特征是：上述施工步骤五)的具体操作是：

(1)注浆钻孔

按照测放的孔位定位后，回转钻机就位开钻，钻孔顺序按照上、中、下、左、右孔错开，长短孔错开的顺序进行；

(2)安装注浆管

钻孔完毕后检查孔内有无坍塌，确认后方可下放注浆管，并确定止浆塞位置，安装时双管并齐绑扎成整体，管下段的注浆孔用塑料透明胶带缠住以防止下放安管时堵孔；

(3)进行压水试验

压水时候先开一单泵压水再开另外一单泵压水，检查混合器是否串水，压水压力由小逐步增加到预定注浆压力并持续几分钟，测定土层的透水性，核实土层的渗透性，为注浆时选取泵量、泵压、浆液配比提供修改依据；同时检查止浆塞效果、注浆管有无跑漏现象；

(4)注浆

水泥浆液搅拌时加料顺序为：水—缓凝剂---水泥，搅拌时间不少于5分钟，放置时间不超过3分钟；双排孔时先压注内圈孔，后压注外圈孔，压浆过程中注意控制压浆压力，按照先小后大的顺序压注；压注过程中记录注入量、深度、压力等参数；达到结束条件时停止压注；现场根据单孔注浆量及扩散判定，若需要快速胶凝时，通过控制水泥浆与水玻璃的体积比C:S来实现，通常C:S＝1:1，在跑浆或封孔结束时可用C:S＝1:0.6。

4.如权利要求3所述超深基坑突涌综合处理方法，其特征是：所述滤水孔的孔宽20mm,孔长200mm,孔横横向间距100mm。

5.如权利要求4所述超深基坑突涌综合处理方法，其特征是：所述过滤网里层为120目尼龙纱网，外层为80目的钢纱网，两层包裹过滤管段。钢沙网起到初步过滤作用同时也起保护作用，防止在施工过程中损坏纱网。

6.如权利要求5所述超深基坑突涌综合处理方法，其特征是：在基坑周围设置土压力观测点、沉降观测点，通过在土体中埋置土压力盒、测斜管的方式。

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