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武汉地区厚互层土中基坑抗突涌破坏评价方法研究_熊宗海

Vol. 47 No. 2 Mar..2020

水文地质工程地质 HYDROGEOLOGY &ENGINEERING GEOLOGY

第47卷第2期 2020年3月

汉地区厚互层土中基坑抗突涌破坏评价方法研

1.武汉丰达地质工程有限公司，湖北武汉430074；2.中国地质大学（武汉）工程学院， 湖北武汉430074;3.武汉市桥梁工程有限公司T／CECS G：Q71-2020 公路桥梁管理系统技术规程.pdf，湖北武汉430074)

土体沿铅垂面整体剪切破坏的假定，提出可考虑坑底 土体抗剪强度、深坑几何尺寸和坑底加固的突涌稳定 性计算公式，得出坑底隔水层的侧面积和顶面积的比

值越大，突涌稳定性越好

由此可见，将隔水层作为整体研究的较多，考虑厚 互层土抗突涌的研究较少。本文从实际出发，考虑土 体的重度、黏聚力、土体间的摩擦力并把厚互层土视为 隔水层，建立了厚互层土基坑抗突涌稳定性分析模型， 并提出相应的突涌稳定性安全系数计算公式，比目前 规范规定的分析方法更接近实际，为重新定义互层土 在基坑抗突涌稳定性中的作用进行了有益探索。

1厚互层士突涌破坏判别方法

互层土主要由黏性土隔水层与砂性土含水层交互 构成，可以视为多个薄层承压含水层组成的体系。因 此抗突涌稳定性分析时，可以对厚互层土中每个薄层 承压水含水层进行计算分析，根据突涌不稳定薄层承 玉含水层的受力情况，再进一步判断基坑是否存在整 体突涌的风险，具体如下： （1）当计算结果表明抗突涌不稳定仅局限于厚互 层土小范围时，应当判定此时基坑不会发生突涌，即处 稳定状态。如果抗突涌不稳定区域只在厚互层七顶 部，并未深人互层土含水层中，其少数几个薄层承压水 含水层赋存水量十分有限，因此往表现为互层土顶部 的少量释水而形成“流水”、“流砂”现象（图1）。此时 窦涌的水量会迅速衰减，由于无持续水源，表层突涌并 不会影响工程的质量与安全。所以这种情况下，可以 认定为基坑未发生坑底突涌灾害。 （2）当计算结果表明厚互层土含水层突涌不稳定 区域贯通至下部砂层时，则应当判定为基坑发生突涌 此时发生突涌的范围将与下部高承压含水砂层贯通，

图1武汉万象城基坑厚互层土中“流砂”和“流水”现象 Fig.1 Phenomenon of“quicksand"and“flowing water"of thick interbedded soil in Wuhan Huarun Wanxiang

基坑将出现持续不断的大量涌水涌砂，会严重影响工 程的施工，甚至威胁基坑的安全，如武汉市江汉区常青 路中石油大厦就是由于坑底长时间大量涌水冒砂导致 基础难以施工。

2关于将厚互层土层视为隔水层的证明

图2厚互层土剖面模型 Fig. 2 Cross section model of interbedded soil layer

第n层砂性土上部土层因自重引起的抗力为

由于互层土中黏性土与砂性土的重度要大于水的

地区互层土基坑突涌不稀

武汉地区互层土的平均天然重度为17， 19kN/m"，互层土中砂性土的承压水头高出互层土顶 部1~2m。水的重度取10kN/m²，其典型断面土体参 数如表1所示。 随着土体不断的开挖，互层土中抗突涌不稳定的 区域逐渐向下部拓展，因此当上覆不透水黏土层被完 全挖除后，其抗突涌临界状态范围达到最大，此时：

R,=H·YH P. = (a + H) :y

式中：H一第n层砂性土上部互层土的厚度：

表1武汉地区典型互层土分布情况 Table 1 Typical Distribution of inter bedded soil

当R=P时,求得极限厚度Hx为2.0~3.0m。 即在开挖互层土上覆不透水黏土层整个过程中，互层 土出现突涌不稳定的范围集中于顶部2.0m厚度范围 内，而武汉地区大部分深厚互层土的厚度在7～12m 间，局部甚至可达20m。因此对于发育有深厚互层土 的基坑，在开挖互层土上覆土层过程中，互层土突涌不 稳定区域只在其顶部小部分范围内，而其下部大部分 乃然处于稳定状态，表现出隔水层的性质。在此种情 况下，如将互层土作为承压含水层进行抗突涌验算显 然是不合理的，应当将其作为隔水层处理。

3互层土基坑突涌计算模型及公式

根据土体渗透破坏类型，坑底突涌可分为面积力 失稳破坏和体积力失稳破坏，如图3所示，图中F为 承压含水层水压力J为渗透力。

图3基坑渗透破坏受力验算示意图 Fig.3Schematic diagram of foundation pit seepage failure calculation

针对某一种上覆土层只能采用其中一种计算分析 方法，这是由于渗透体积力是孔隙水压力梯度的体现， 反映了孔隙水压力的变化规律。而此时，上覆土底部 水压力与土体内部孔隙水压力自平衡，因此不能再计

人接触面的面积力[4]。实际工程中，面积力失稳表现 为坑底土表面出现网状裂缝；体积力失稳则表现为坑 底涌水、涌砂。对于坑底为弱透水互层土的基坑，基坑 突涌形式常常为后者[7,17]。所以下面按体积力失稳建 立相关计算模型。 由于互层土中各交互单元层较薄，在武汉地区勘 察时并未对其精细分层，往往依据现场及室内试验对 其物理力学性质及水文特征采取综合取值。基于此， 计对互层土地区基坑突涌分析模型提出以下假设：1 互层土层中各分层水头一致；②将互层土层看作均 土层GB／T 51330-2019 传统建筑工程技术标准(完整正版、清晰无水印)，物理力学指标与勘察报告中综合取值一致。 图4为考虑土体强度时的基坑坑底单元体受力分 析图。单位士体的稳定条件如下118

图4出渗面单位土体受力分析 Fig.4 Stress analysis diagram of the unit of the seepage surface

1）渗透力J=i; 2）土体自重与浮力的合力； (3）土体间的摩擦力tang

4)单位土体所受的黏聚力c。 因此坑底互层土层土产生突涌的条件为18]

Yi≥y $'tanp+ (+ tang +c) = ( + sytang

则坑底土体产生突涌渗透破坏的条件为： i≥i.

GB／T 50543-2019 建筑卫生陶瓷工厂节能设计标准 则坑底土体产生突涌渗透破坏的条件为： i≥i.

式中：i—坑底互层土层中水力坡降； i—土体突涌破坏临界水力坡降： 一坑底互层土侧压力系数。 图5为互层土坑底突涌计算简图。由于厚互层土 层中赋存有弱承压水，因此在坑底突涌验算中应当考 虑其中地下水的影响。在厚互层土内部地下水作用下