某立交泵站地面塌陷问题分析及处理

摘要：文章介绍某下穿通道雨水排水泵站发生地表坍塌、构筑物及管线破坏。经查地面坍塌起因于地表回填土土质疏松，地表水下渗、周边基坑施工地下水位下降等综合影响，土体固结及土颗粒下沉造成地面沉降、地表出现孔洞。改造加固设计对地表填土进行压密注浆加固处理，提高其密实度、抗渗性和强度，同时对地表采取导堵结合的方式，通过防冲刷隔水地面和找坡加明沟有序排水，防止地表水冲蚀地面和下渗。项目加固工作已完工7年时间，泵站建构筑物运营良好，加固工作确的良好效果。

[作者简介]洪健（1979—），男，硕士，高级工程师，主要从事建筑结构工程和岩土工程设计工作。

1 泵站地面塌陷概况

某泵站为某下穿通道雨水排水泵站，建于2009年。泵站场地约21 m×20 m，主要建构筑物有沉井泵房、阀门井、消能井、管理用房。自2012年起，泵站西北方裸露地面出现冲蚀和下沉。2013年8月，西侧围墙下地基土被掏空，围墙开裂，西北侧消能井沉降并侧移，引起管道蝶阀拉裂，附近混凝土地面明显开裂。2013年11月，在运营单位研究解决的过程中，坍塌面突然增大，围墙、大门倒塌，最终形成约5 m见方的坑洞（图1～图6）。

由于泵站出水口（位于北侧）破坏，运营方将水明排入南侧邻近的河道。此举造成泵站进水越来越多，甚至下穿通道路面进水水外溢。之后运营部门采用临时管道将水排至远处市政管网，情况得到缓解。

2 地面塌陷问题分析

泵站建设在下穿通道U形槽施工完成之后，U形槽基坑回填采用基坑挖出的粉土和淤泥质土，总深度约7 m，回填土质较为疏松，渗透性较高。回填土下方为高渗透性粉土粉砂。泵站建设中，对建筑物、构筑物基础下作了搅拌桩地基加固，对于室外场地并没有处理。通过对坍塌坑洞的观察，并未发现水泥土搅拌桩的痕迹，而相反，紧邻坍塌坑洞的阀门井却并未出现明显的位移变形，（阀门井与泵房之间没有管道开裂问题，阀门井内的蝶阀拉断可解释为外侧即北侧管道变形所致）。这足以证明上述工程地质现状（图7）。

前述进水井水位随排水进程持续升高，问题出现之前并无明显的降水。其原因应该是明排出水口距离过近，地表水经覆土下渗回流至通道进水井。持续的近距离排水将泵站附近的地下水集中在排水口周边（也在雨水进水口周边）。雨水进水口附近水位局部升高，内渗加剧，呈现恶性循环泵站排水功能失效。

场地西侧和北侧存在较多的裸露土，存在一些植被，裸露土标高低于水泥混凝土地面，土西侧紧邻下穿通道U形挡墙。这样场地西北侧就形成一个汇水沟，沟内地表水缺乏外流通道，而下渗渠道却十分通畅，前述雨水进水口水位居高不下，也说明了地表土的渗透性较强。由此造成地表水下渗，并地表土固相形成冲蚀。在场地其他裸露土地段也存在一定的冲蚀现象。

泵站破坏之前，泵站东侧有住宅小区施工地下车库，基坑施工采取的降水措施。高渗透性的下卧层使场地地下水位下降明显，填土有效应力增大，土体固结，在一定程度上造成地表下沉。

由上述分析可得出以下结论：地表水的下渗和冲蚀成为地表土体固相变形的主要原因。固相土颗粒的变形可能存在原因：①随着地表水的下渗，细土颗粒汇入下卧透水层，造成土颗粒的流失;②地下水位的降低造成土体有效应力增大，土颗粒固结明显，造成地表下沉。

3 处理方案

本工程处理加固思路为：加固表层回填土，增强土体的抗渗性、密实度和强度;设置地表防水层，并采用有序明沟排水，防止地表水对土体的冲刷。鉴于本场地狭小、构筑物距离较近等局限条件，本项目采用压密注浆加固。在场地周边形成闭合的止水屏障，在场地内部采用水泥浆格栅状布孔，形成水泥加固体与土体共同受力的复合体（图8）。

在场地周边用水泥及水玻璃混合浆液，采用2排加密布孔，形成一道压密注浆隔水屏障，截断地下水外渗的通道。在场地内部，采用水泥土复合物矩阵，增强土体的密实度和强度。在地表形成7 m左右厚度的高強、密实、抗渗的硬壳层，基本可阻挡地下水的下渗以及由于下卧透水层地下水位下降造成的沉降。本工程建构筑物形成的基底压力不大，对地基承载力要求并不高，在满足地基变形的情况下即可保证正常使用。

场地表层有较大范围的裸露土，有杂草植被，对土体抗渗不利，因此本工程将表层杂填土清除并换填灰土。同时，由于本工程有新建出水槽井，需要开挖3.5 m深基坑，为提高基坑土体强度和基坑稳定性、设计采用先注浆加固后开挖的顺序。鉴于回填土密实度及抗渗性的不足，设计要求对基坑回填土作二次压密注浆加固。地表采用并采用硬化地面和沥青路面相结合，对场地按0.3 %坡度找坡，在最低点设置明沟排水，杜绝积水在场地中汇集及下渗。

项目于2014年5月完成施工，至今已超过7年。泵站内的建构筑物运行良好，室外地面未再发生开裂和大的变形。此加固工程取得了良好的效果。

4 结论和展望

地下水是一个复杂的系统，它的分布远超过场地范围。场地内外的地下水位、地表水下渗、施工前后降水措施、场地土渗透性能等都会对地下水位造成影响。地下水渗流反过来又会带走土层的土颗粒，加大土的孔隙率，从而又加剧渗透程度。这种复杂的循环最终导致地面沉陷开裂，地表建构筑物损坏。

另外，地下水渗透问题的表现并不直接，肉眼可见的是地表裂缝和构筑物破坏，而问题的根源往往在地表深处甚至场地以外的地下渗流。因此，分析地下水问题，需要从宏观入手，尽量扩大分析的范围，同时还要分析项目相关历程，并从多角度提出假设和并作论证。对地下水渗流的治理工作也应该多角度，多举措，多方位，才能做到标本兼治。

参考文献

[1] 建筑地基处理规范：JGJ79-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 岩土工程勘察规范：GB50021-2001（2009年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.