摘要：京唐铁路所经地区的地貌为冲积平原，地势平坦，地表水丰富。宝坻至唐山段所经主要河流有潮白河、导流河、箭杆河等二级河道。沿线所经地区水系发达，沟河纵横，深基坑开挖，危险性较大，保证施工质量及人身安全是施工重点。本文以潮白新河特大桥785#墩基坑为例阐述深基坑施工中经常出现的管涌现象，并对管涌产生的原因和采取的措施进行分析，对后续深基坑施工提供参考依据。
关键词：深基坑；管涌；原因分析；处理措施
1 背景特点
潮白新河特大桥DK101+167.09-DK119+860段深基坑共计16个（水中墩除外），基坑开挖深度5.42m-11.44m不等，基坑围护结构采用拉森钢板桩。T785#承台为深基坑，基坑开挖深度9.97m，开挖尺寸为21.6m×17.6m。本深基坑工点一侧临近九园公路，钢板桩单根长度18m，内部设置三层围檩，每层围檩设置1道横向支撑及3道角撑。
基坑深度范围内地质情况见下表：
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2 简析管涌产生的原因
2.1 管涌的定义
当深基坑附近存在池塘、沟壑或基坑底部位于承压含水层中时，由于覆盖土体重量不足以平衡基坑底水压力时，基坑底部土体在水压力作用下发生移动，造成土体流失，这种现象被称为管涌。管涌的初始阶段水流较小，易控制，但随着冲刷程度的增加，土体流失会越来越严重。管涌持续时间越长，通道的宽度越宽，危险程度越高，最后发展为大量涌水和塌方事故。
潮白新河特大桥785#主墩基坑右侧存在一处池塘，在开挖过程中，开挖至距离承台设计底标高位置1.5m-2m处，基底有6处出现不同程度的涌水、涌沙现象，钢板桩拼接处也出现多处涌水、涌沙现象，持续有气泡从基底冒出。
2.2 原因分析
2.2.1 地质原因
根据潮白新河特大桥785#墩的地质资料显示，该基坑上层6.7m范围内是含水量丰富、相对比较透水的粉质黏土，下层6.7-18.1m范围内是粉土、粉砂，该地层土体渗水量大，如若底部不采取措施必然会出现涌水。虽然根据现场实际情况确定了有针对性的钢板桩防护施工方案，但是基坑较深、面积较大，钢板桩防护不能完全抑制管涌在每个薄弱点都不会发生。
2.2.2 施工原因
（1）785#墩基坑防护采用拉森Ⅳ型钢板桩。该钢板桩桩宽度适中，抗弯性能好，但是施工过程中钢板桩垂直度不能很好控制，加之锁扣易变形，该处基坑施工过程中造成造成有3处钢板桩锁扣未扣紧导致漏水。
（2）基坑四周未施工止水帷幕即开挖，只依靠拉森钢板桩不能抵抗周围土体的水压力。
（3）排水应急措施不完善，水泵功率不足，不能满足基坑排水要求，且无备用大功率水泵；
（4）开挖方式选择不合理，开挖至基坑底部仍采用全断面开挖。
（5）随着开挖深度增加，土体重量不足以平衡基坑底部水流的压力，未对基坑底部土体进行加固或减压处理。
3 管涌危险等级的判定
当785#主墩发生管涌现象以后，我们通过查阅相关资料与现场实际发生的情况进行对比、分析，以及对管涌的发展趋势进行总结，从5个方面可对管涌危险等级进行判定：①管涌出水口直径，②管涌流出水体的浑浊程度，③出水口的发展趋势，④涌水量大小，⑤涌水的水头深浅。由上述5个因素将管涌的危险程度划分为4个等级：
（1）轻微程度：当基坑底部有水渗出或出现隆起等现象，这是管涌出现前的先兆。出现这种情况时需暂停开挖，持续观察发展情况。
（2）一般程度：管涌口流出水量少，流速小并且水流浑浊程度低。可通过设集水坑的形式将水排出。
（3）较大程度：管涌口的发展趋势不断扩大，导致管涌流量不断增大，浑浊程度提高。
（4）重大程度：管涌的开口较大，水流速快、短时间内管涌携带出大量的泥砂，需立刻采取应急措施进行处理，如注浆，反压等。
785#墩基坑大里程方向为九园公路，由于九园公路平时车流量大属于重要道路，基坑内不能任意抽水以免造成既有九园公路路基下沉。故提高管涌的严重程度判别等级，认定本基坑管涌为重大程度。
4 管涌预防及处理措施
管涌程度受地质及地区的影响，对管涌采取的处理方案也各有差异。当管涌发生时首先是对危险等级进行识别，并及时制定相应处理措施，以预防为主，以防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理。
4.1 高压旋喷桩止水帷幕施工
从地质资料显示该基坑处土体主要为粉质粘土和粉砂，这种土体渗透性较强。在基坑开挖之前，需对基坑四周土体进行基坑外抗渗加固。深基坑外土体加固的常用方法有：注浆法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法等。785#墩基坑根据现场实际情况采用高压旋喷桩止水帷幕，桩基直径为0.8m，高压旋喷桩沿基坑四周均匀布置，前后两排成咬合状，水泥掺加量根据试验确定并加入适量的外加剂及掺合料。加固的范围经过计算确定，当被加固的土体具有一定强度和较高抗渗能力时，形成截水帷幕，截水帷幕能有效防止深基坑开挖时出现流沙或管涌现象。
4.2 基坑降水
在管涌发生部位对应的基坑外侧设置井点降水，根据降水深度和土质类别不同分为集水明排、真空井点、喷射井点和管井，通过井点降水降低基坑外地下水位，进而减小基坑外水压力，管涌将逐渐减弱。
785#墩基坑采取管井降水+基坑内大功率泵抽水形式进行处理。管井布置在基坑外承台每个边的中心，管井深度为15米，管井直径为0.5米，由于管井降水需要一定时间，故在降水产生效果前，采取反压措施来暂缓管涌处扩大。
4.3 基坑条带开挖
当开挖至基坑最底下一层土方时（距离坑底约1.5-2m范围内），必须严格按照条带法进行基坑底土方开挖，严禁全断面一次开挖成型。施做顺序为：先开挖基坑短边侧条带①，如条带①长度较大，一次开挖土方量大，可分两次或多次开挖，开挖完成后施做该区域的封底混凝土垫层；条带①垫层施做完成后，跳仓法施做条带②土方开挖及垫层浇筑；依次开挖条带③、④，如基坑长边侧条带临近既有公路或河道时，优先开挖远离公路或河道侧条带；最后完成核心土区域条带⑤、⑥的土方开挖、清运及垫层浇筑。
4.4 过滤、引排、封堵
对于基坑内侧出现的管涌点采取过滤、引排、封堵的措施，用透水性材料将管涌点进行封堵，阻止泥沙随水流流水，避免内部土体流失，然后用导流管将水流引出，用堵水材料将管涌点封堵。利用此办法能在最短时间内防止管涌点继续扩大。
4.5 管涌处土体反压
当管涌涌水涌砂量大，情况严重时可采用反压的办法避免该处土体管涌恶化。
反压有两种办法，一是抽水回填，将基坑外水抽回到基坑内，维持水压平衡。
二是直接将滤水性材料+棉被分层压在管涌口区域，用导流管将清水引出，根据管涌程度确定反压层厚度。
785#墩基坑分段开挖分段封底，在中间段出现一处大管涌，口径约30cm，涌水量大且夹砂夹泥，浑浊程度高，立即采用棉被+砂夹碎石+棉被+碎石压重，处理后仅有清水泌出，用导流管将水流引出顺基坑排水沟收集。
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4.6 注浆加固
在开挖基坑探坑过程中，如探坑底出现管涌，但承压水头较低时可采用注浆法。首先应停止对该处土体开挖，并对该处深坑进行回填，回填高度应高于承压水头的高度。然后采用注浆法将基坑内的土体进行加固，注浆采用水泥和水玻璃混合液。为加快浆液的凝固速度和提高浆液早期强度，应掺加早强剂。注浆加固土体具有一定的强度后即可继续进行开挖。
4.7 监控量测
（1）主要对周边道路的沉降裂缝、坑内外水位变化，围护结构水平和竖直位移，观测频率不少于1次/2h。
785#墩施工过程中通过尺量基坑内和降水井内水位变化，用预埋在九园公路路肩及边坡以及冠梁顶沉降观测标观测标观测周边道路及围护结构的水平和竖直位移，有专人巡视九园公路与基坑周边有无沉降裂缝。通过观测数据对比分析，管涌处理过程中未发现坑内外水位、周边道路出现明显变化。
（2）管涌处理过程中一直维持上述监测频率。
4.8 加快垫层施工
加快垫层施工是为了防止基底承压水冒出成为新的管涌点，垫层施工快速施工，合理安排机械和人员分块施工，垫块分块浇筑，完成一块浇筑一块，浇筑一块开挖一块，垫层厚度通过计算确定，混凝土标号与承台相同，并掺加早强剂。垫层浇筑完成后，管涌险情才得以控制。
5 结语
深基坑多应用于连续梁的主墩施工，工期紧、任务重，由于开挖深度较深，充满不确定性，管涌又为深基坑施工中比较常见的现象，最主要表现为发展速度快，危害程度高，因而如何预防和处治管涌成为深基坑施工的重中之重。
参考文献：
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[3]刘建航.侯学渊.基坑工程手册[M，]，北京，中国建筑工业出版，1997.
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作者简介：姓名：曹金胜，学历：本科，职称：工程师，工作研究方向：工程管理
论文作者:曹金胜
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
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