超深基坑围护体系防漏控制及应急保障

超深基坑围护体系防漏控制及应急保障

张瑞昌

上海基础设施建设发展 (集团 )有限公司 200032

摘要：随着市政工程及城市轨道交通建设的飞速发展，城市地下空间开发规模也越来越大，目前基坑的特点主要体现在：基坑越挖越深、隧道掘进越来越长、地下结构尺寸越做越大和周边环境越来越复杂，超深基坑工程施工即要保证顺利开挖，又要保证在基坑开挖过程中周围环境、建筑物和管线的安全。所以对超深基坑开挖过程中防止围护结构渗漏和坑底突涌的要求非常高，一旦发生严重渗漏，将给周围环境带来严重影响。而近几年，国内外地下工程事故层出不穷，如何减少恶性地下工程事故的发生，不仅是业内最为关心的话题，也是政府时时关注的问题，现针对超深基坑渗漏情况介绍超深基坑施工中围护体系防漏控制和应急保障。

关键词：超深地下墙；渗漏；应急；接头；保障

1、深基坑主要风险源

基坑内涌水涌砂主要原因：基坑土体含水量较大、地下水位较高，基坑开挖后对地下承压水系统造成破坏;基坑地下连续墙未达到设计要求的质量，止水帷幕不严密；基坑开挖后，未及时进行支撑，导致连续墙墙体开裂漏水；基坑开挖前降水不彻底。一般发生在连续墙接缝处。

基坑内涌水涌砂的后果：结合项目整体地质状况，基坑开挖后会发生坑内涌水、涌沙、涌泥事故。一方面造成基坑自身失稳变形、地面塌陷；另一方面由于基坑变形导致部分道路塌陷、建筑物失稳后危及人员生命安全。

深基坑施工阶段存在大量风险源，但都可归结于4个基本风险要素的综合作用，即水文地质条件、环境条件、围护结构质量和基坑开挖与支撑，这四大方面的风险要素分解到具体施工过程可由以下几点：

地下水处理方法不当；

对基坑开挖存在的空间效应和时间效应考虑不周；

对基坑监测数据的分析和预判不准确；

基坑围护结构变形过大；

围护结构开裂、支撑断裂破坏；

基坑开挖土体扰动过大，变形控制不力；

基坑开挖土方堆置不合理，坑边超载过大；

止水帷幕施工缺陷不封闭；

强降雨冲刷，长时间浸泡。

而以上深基坑主要风险源中出现最多的，危害最大的就是就坑围护结构渗漏给周围环境带来的巨大影响。

2、基坑围护体系渗漏的主要原因

目前超基坑围护形式主要是地下连续墙和柱列式挡土墙，前者通常兼做防渗墙，其外围不再增设止水帷幕，后者则适用于地下水丰富又无法进行降水的场地，无论采用哪种围护方式，围护体系都经常出现渗漏现象，这往往是由于施工技术、工艺本身的局限、客观条件制约和施工质量缺陷等原因，造成基坑出现渗漏，

2.1 柱列式挡土墙

主要采用钻孔灌注桩、咬合桩外加止水帷幕形成的柱列式挡土围护墙，一般用于基坑开挖深度不超过15m深，图1是这两种桩＋止水帷幕的围护结构形式是较为常用的。图2这种桩一般在对周边环境有特殊要求的情况下采用。

图1：三轴及桩围护结构示意图 图2：桩和旋喷围护结构示意图

2.2 钢筋混凝土现浇地下连续墙

地下连续墙目前是深基坑围护结构唯一的一种形式，目前用于深基坑开挖的地下连续墙厚度已经达到1.5m，深度超过100m，基坑开挖深度已经超过了50m，在富含粉砂性土和高承压水地层中，一旦地下连续墙发生渗漏则会造成承压水连带粉砂涌入基坑，见图3会在短时间内造成周围地表的沉降，并给周围环境带来严重的影响。因此地下连续墙的质量，就是深基坑的安全，也是内部结构的质量。地下连续墙渗漏的原因主要是以下几个原因：

图3：地下墙墙体缺陷图

（1）接头形式不合理

地下连续墙接头选择不当，增加渗漏水风险 根据地下墙深度、地层情况和周围环境保护等级选择合适的地下墙的接头形式，比如普通锁口管接头不宜用于粉砂地层，套铣接头不宜用于非圆形结构，十字钢板接头优于工字钢接头。

（2）不良地层的处理

如果没有对不良地层进行有效的加固处理，在地下连续墙成槽过程中会发生塌方，塌方造成的绕流会给接头处理增加困难，处理不当会导致渗漏，而且如果塌方不能被有效的控制，在安放好钢筋笼之后再发生塌方，则塌方的土体进入钢筋笼内会造成地下连续墙墙体夹泥，形成渗漏通道并降低地下连续墙的刚度。见图4

图4 ：地下连续墙塌方导致钢筋笼内夹泥工况图

（3）泥浆质量不符合要求

泥浆质量控制是地下连续墙的生命，如果泥浆质量控制不当会造成槽段塌孔、沉渣增加从而导致地下墙接缝和墙体夹泥，因此一定要采用优质的钠基膨润土泥浆，泥浆要具有合适的粘度、切力和化学稳定性，这样才能提高护壁性能且减少泥浆被破坏。

泥浆各项指标符合要求确保泥浆储要求，满足100%换浆选择合适的接头处理方式，检查处理结果。泥浆控制指标见表1：

表1：泥浆控制指标

（4）接头处理

由于地下连续墙是幅与幅之间靠接头连接起来，因此接缝处是地下连续墙渗漏风险最大的地方，大部分地下连续墙渗漏都是在接缝处，如果对接缝处理不当，就会造成接缝夹泥，从而导致渗漏。

（5）浇灌水下混凝土

地下连续墙混凝土浇灌时最后一道工序也是最重要的一道，如果在浇灌混凝土过程中没有控制好埋管深度或混凝土质量问题造成堵管等事故就会造成地下墙接缝和墙体形成断层并导致渗漏和地下墙刚度降低。

3、超深基坑地下连续墙渗漏水的预防

超深基坑地下连续墙渗漏水的预防主要由以下几个方面：

（1）了解水文地质资料并采取相应措施保证槽壁稳定，主要是看浅层有无可能导致土体失稳的粉砂性土，地下有无暗浜有无及软弱的淤泥土，如果有在地下墙两侧应采取搅拌桩或旋喷桩进行加固，确保成槽稳定。

一般采用三轴（￠650~ ￠ 850）搅拌桩，深度不小于15m，地下墙外侧搅拌桩采用套打方式增加止水性能。三轴搅拌桩施工流程见图5

图5：三轴搅拌桩施工流程图

（2）围护结构设计，主要是要根据地下墙深度、土质情况和周围环境保护要求选择合适的地下墙接头形式和地下连续墙分幅宽度。

地下连续墙虽称为“连续墙”，但施工时是分幅挖槽和浇筑混凝土的，在先行幅施工时，须在槽段两端放置接头装置，免使幅与幅之间的接触面成为渗漏水的途径，因此，地下连续墙的接头形式是十分关键的。

经过不断地摸索和改进，目前已形成了最为常用的、具有不同工艺特点并效果良好的四种接头形式——柔性的锁口管接头、刚性的十字钢板和H型钢止水接头以及用铣槽机直接铣除部分混凝土以形成新鲜接头缝的接头形式。四种接头形式的比选：

①工字钢接头

工字钢”接头止水板长度一般20~30cm，有较好的止水能力，且施工简单方便，但是使用工字钢，钢筋笼重量增加，起吊钢筋笼的吊车配制增加，工程造价增加，且由于接头处回

填砂包为主，当接头倾斜会导致接头处理不到位，造成渗漏。见图6

图6：工字钢接头示意图

②十字钢板接头

止水钢板位于接头中间，长度为30~50cm，水渗漏曲径比工字钢长，防水效果更好，但需要安放反力箱，工序复杂，施工时间长且超深地下墙拔除反力箱风险高，且造价高，因此十字钢板头应用范围<65m，十字钢板接头在周围环境复杂，防水要求要求高的情况下使用。见图7

图7：十字钢板接头示意图

③锁口管接头适用范围：

锁口管接头是普通柔性接头，是成本最低的一种接头形式，地下墙接缝为半圆形状，水的渗漏渠道短，防水性能较差，基坑开挖围护结构位移极易导致接缝产生渗漏通道，导致漏水，所以锁口管接头一般深度不超过50m，且在土质较好，且周围环境相对较好的情况下使用。见图8

图8:锁口管接头示意图

④铣槽机套铣接头

铣槽机套铣接头是使用铣槽成槽的一种专用的接头形式，一般适用于圆形结构或深度超过75m深的超深地下连续墙。非圆形结构，深度小于70m不宜用套铣接头。见图9

图9：套铣接头示意图

4、超深基坑地下连续墙渗缺陷处理

当地下连续墙等围护结构在施工过程中发现存在缺陷，一定要在基坑开挖之前对缺陷进行处理，以确保基坑开挖安全。

4.1 新老结构接缝处理

围护结构的新老接头或者不同类型的围护结构连接的地方往往是渗漏风险最大的地方，因此针对施工中出现的新老结构缝，一般情况均采用旋喷工艺进行补加固处理，旋喷加固的布桩，应根据缝的大小合理布置。见图10

图10：不同类型围护结构接缝外侧缺陷处理

采用旋喷桩补缺陷要注意桩位平面布置与搭接、旋喷桩桩长是否满足止水需要、旋喷桩的桩长是否满足周边环境保护要求（MJS特殊用法）。

4.2 地下墙接缝缺陷外侧补强

当整幅地下墙发生缺陷，需要在地下墙外侧补钻孔灌注桩和旋喷的组合体系，提高缺陷围护结构的刚度并确保止水要求。覆盖质量缺陷，钻孔桩和旋喷加固与完好墙体搭接不宜小于1m，同时质量缺陷范围较大时需满足强度和稳定性验算。见图11

图11：地下墙缺陷外侧补强图

当地下墙某一个区域产生缺陷的加固区厚度确定原则：(1) 不宜小于0.5m；(2) 质量缺陷范围较大时需满足强度和稳定性加验算。

加固区深度范围确定原则：（1）覆盖质量缺陷；（2）与完好墙体搭接不宜小于2m；（3）地质条件许可情况下，以隔绝砂层为宜，加固区进入不透水土层不宜小于1.5m；（4）质量缺陷范围较大时需满足强度和稳定性验算

图12：旋喷桩加固宽度和深度范围示意图

采用三重管或双高压工艺时，设计桩径：1～1.5m，旋喷桩施工时，平面放样定位要精确，特别注意接缝位置的确定，孔深要保证喷嘴到达加固区底标高，大深度施工，垂直度控制要高于规范要求，水平尺经纬仪量测钻杆，必要时采用数字测斜仪，采用钻机预成孔工艺，孔径大于旋喷钻杆直径6cm以上，有易坍方土层时应设置套管。

周边环境复杂敏感条件下，应首选MJS工法，设计桩径：2～2.4m，可适当外放钻孔位置，成桩质量和搭接效果更有保证，MJS工法(Metro Jet System)又称全方位高压喷射工法， MJS工法在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端造成装置(习惯称之为Monitor)，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，使地内压力稳定，也就降低了在施工中出现地表变形的可能性，大幅度减少对环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。和传统旋喷工艺相比，MJS工法减小了施工对周边环境的影响。见图13

图13：缺陷地下墙接缝外侧MJS补强布置图

5、超深基坑开挖渗漏水封堵和安全保障

（1）堵漏材料：目前，堵漏实施过程中，一般采用油溶性聚氨酯和双液浆

（2）轻微渗漏堵漏

可在渗漏位置埋设引流管，并对渗漏处采用双快水泥进行封堵。

轻微泥砂渗漏：可用钢板（预安装一寸球阀）与渗漏点焊接，进行引流，若出水量较大，则应在内侧封焊钢板（见图14），并用钢筋进行横向加强。

图14：地下墙接缝封钢板堵漏

（3）严重渗漏堵漏

查清漏点后，根据涌水涌砂险情采取具体对应措施：先用棉被封堵，用基坑土方回填覆压，在基坑漏点附近增设临时支撑和复加轴力。

在围护结构漏点外侧使用阿特拉斯钻机或土力钻机打孔（见图15），压注聚氨脂溶液进行封堵。当漏点被彻底封堵、不再涌砂后，再压注双液注浆，对地基进行加固。

围护结构漏点外侧如地面条件有限，不能展开钻机施工，可在围护结构内侧漏点位置，使用冲击钻加长钻杆钻孔，安装球阀管路，使用聚氨酯和双液注浆封堵。（如漏点位置孔口较大，不易插管稳定，可采取专制钢板锚固于墙体，安装球阀管路注浆）

当漏砂严重，封堵无效有可能导致周围环境破坏时，出险单位用土方、砂或水泥等材料回填基坑。对周围建筑物、管线和道路进行监控，当变形较大时，采取双液跟或聚氨酯踪注浆措施，调整变形速率，对流失的土体填充。

图15：阿图拉斯钻机

1）双液浆堵漏

双液浆是水玻璃（波美度一般采用35度）与水泥浆液混合后的俗称，利用两种溶液混合后，能迅速反应凝固，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。

①双液浆技术参数

注浆速度为30~40L/min；水玻璃浓度35Be’，模数M=2.9，1：1水泥浆（水泥：水 = 1：1）和1：1水玻璃稀释液（35度水玻璃：水 = 1：1），双液浆配比为： 水泥浆：水玻璃稀释液 = 1：1，凝结时间控制在2分钟，配比根据实际情况适当调整；注浆压力：0.6~3Mpa；3天强度约为1.5Mpa。

②注浆操作方法

压浆孔钻成后立即安装注浆管，注浆管长度为钻孔深度。安装一根外径32mm的钢管，水泥浆和水玻璃浆通过球阀在管口相遇，在孔底凝固。在钢管上作好长度标记，管上安装一个三角架，上设倒链葫芦，作为提升压浆管之用。

注浆孔成一根后应立即进行双液注浆作业，注浆前应先用黄砂将原已开挖的孔桩进行回填，防止冒浆。压浆量的多少主要以压浆的压力作为控制，因为随着压浆后浆液的密实，压力会变得越来越大，从而可以从压力表上反映出压浆的效果，初始压力为0.6Mpa，当注浆压力达到2Mpa时，对注浆管进行提拔，拔上一段距离后（一般为1米左右）再进行注浆，或一边拨一边注浆，并记录注浆的压力变化情况，提管压浆过程中随着上面水压的减小，注浆的压力可适当减小，最后以2.0Mpa的压力作为最终的压力控制。

2）聚氨酯灌浆堵漏

聚氨酯化学灌浆材料是一种防堵漏能力较强、固结强度较高的防渗固结材料，属于聚氨基甲酸酯类的高聚物，由多异氰酸酯和多羟基化合物反应而成。

由于浆液中含有未反应的异氰酸基团，遇水发生化学反应，交联生成不溶于水的聚合体，因此能达到防渗、堵漏和固结的目的。

反应过程中产生二氧化碳，使体积膨胀，增加了固结体积比，且产生较大的膨胀压力，促使浆液二次扩散，从而加大了扩散范围。浆液还有遇水不易被稀释和冲走，胶凝时间可以控制等特点。

施工步骤：

压浆孔钻成后立即安装注浆管，注浆管长度为钻孔深度。安装一根外径32mm的钢管，然后用双快水泥封堵注浆管缝，防止浆液上冒。

在正式灌浆前试压，检查缝质量、测定进浆压力和进浆量。

灌浆，聚氨酯A、B液按照要求配合比，搅拌均匀开始灌浆，灌浆压力大于地下水压力0.05-0.1Mpa。一般裂缝采用0.3-0.5Mpa，为使浆液扩散范围更大，可适当提高压力，压力应逐渐增大，避免缝面骤然受力，使缝面裂开。在灌浆进行当中，当灌浆孔见浆液后应降低灌浆压力或停止灌浆。

6、工程项目应急保障设备和物资

深基坑开挖主要应急保障设备和材料见表2:

表2:应急保障设备和材料

7、结论

超深基坑开挖存在严重渗漏风险，给周围环境带来严重的安全隐患，但这个隐患不是不能防控，出现险情后不是不能在第一时间进行处理，只有做到在施工前优化设计方案根据围护结构深度、地质条件和周围环境情况选择最合适围护结构形式和围护结构的接头形式，采取妥善的围护结构防水设计，在施工阶段严格把好各道工序关，尤其是处理好接头并加强监测、减少沉渣厚度及确保泥浆质量等完全是可以做到基坑的无渗漏工程，同时根据基坑风险等级大小配备相应抢险应急设备和物资，确保出现险情后第一时间控制险情，可以避免对周围环境造成危害。

参考文献

[1]刘国彬;鲁汉新.地下连续墙成槽施工对房屋沉降影响的研究.岩土工程学报.2004年02期：287-289

[2]高彦斌;吴晓峰;叶观宝.地下连续墙施工对临近建筑物沉降的影响.地下空间.2003年02期：115-118+223

[3]丛蔼森;杨晓东;田彬.深基坑防渗体系的设计施工与应用.知识产权出版社.2012