膨潤土球團在深基坑止水帷幕滲漏封堵中的應用

周付彬

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟寧272100）

0 引言

隨著我國城市建設的迅猛發(fā)展，結(jié)合城市建設和改造的開發(fā)，各類用途的地下空間諸如高層建筑的多層地下室、地鐵車站、地下停車場、地下商場等得到大力開發(fā)，這使得基坑工程的數(shù)量日益增多，基坑規(guī)模日益增大，基坑開挖深度日益加深。隨之而來地下水對基坑安全及基礎(chǔ)施工造成了不小的影響，有許多基坑工程施工中的事故都直接或間接與地下水有關(guān)，地下水對基坑工程施工的影響是不容忽視的。在進行基坑施工中時常會遇到止水帷幕滲漏，如何解除滲漏隱患往往是確保基坑工程能否順利實施的關(guān)鍵。

中心城區(qū)新建基坑周圍環(huán)境越來越復雜，對基坑施工的要求也越來越高。本文針對濟寧市中心城區(qū)某基坑止水帷幕滲漏情況進行原因分析及隱患處理進行總結(jié)，為今后從事類似基坑工程提供參考和經(jīng)驗積累。

1 工程概況

擬建工程場區(qū)（圖1）位于濟寧市火炬路與紅星東路交叉口西南角?；涌傮w形狀呈“L”形，大致尺寸為東西長約165.0m，寬約40.7m；南北向長約106.0m，寬約50.7m?；娱_挖深17.0m，地下三層。

采用土釘墻＋樁錨支護方式（圖2），場區(qū)地面平整，地面下7.0m為土釘墻，在7.0m處形成二層平臺，7.0m以下采用樁錨支護方式，護坡樁直徑800mm，樁間距1.1m，樁間采用高壓旋噴樁，高壓旋噴樁與護坡樁咬合200mm，使其整體作為止水帷幕。

圖1 滲漏點平面位置示意圖

2 工程、水文地質(zhì)條件

場區(qū)地形平整，地勢較平坦開闊，起伏較小。場區(qū)地貌宏觀上屬汶泗河沖洪積平原。

影響開挖深度范圍內(nèi)的地層主要為：

（1）雜填土：雜色，松散－稍密，土質(zhì)以建筑垃圾為主，含少量黏性土；

（2）素填土：灰褐色，灰色，松散－稍密，土質(zhì)以黏性土為主，含少量碎磚塊、灰渣等；

（3）粉質(zhì)黏土：灰黃色，棕黃色，可塑－硬塑，粉質(zhì)含量高，局部夾薄層黏土；

（4）黏土：棕褐色，深灰色，淺灰黑色，軟塑－可塑，局部含少量有機質(zhì)；

（5）粉質(zhì)黏土：灰黃色，淺棕黃色，淺灰色，可塑－硬塑。

圖2 止水帷幕及支護立面和封堵平面示意圖

（6）中細砂：淺黃色，棕黃色，松散－稍密，稍濕，成分主要為石英、長石，頂部與薄層灰色粉土互層；

（7）黏土：棕黃色，棕褐色，硬塑－堅硬，頂部夾薄層棕黃色粉質(zhì)黏土。

（8）粉質(zhì)黏土：灰黃色，褐黃色，棕黃色，可塑－硬塑；

（9）黏土：蘭灰色，棕褐色，棕黃色，硬塑；

（10）粉質(zhì)黏土：淺黃色，灰黃色，棕黃色，可塑－硬塑；

（11）細砂：淺黃色，棕黃色，稍密－中密，飽和；

（12）粉質(zhì)黏土：棕黃色，灰黃色，可塑－硬塑，局部夾薄層粉土；

（13）粉細砂：淺黃色，棕黃色，中密－密實，飽和；

（14）粉質(zhì)黏土：褐黃色，棕黃色，可塑－硬塑，局部夾薄層粉土；

（15）中砂：淺黃色，棕黃色，密實，飽和，成分主要為石英、長石，分選性及磨圓度中等；

（15）黏土 ：褐黃色，棕黃色，硬塑－堅硬，局部為粉質(zhì)黏土。

地下水穩(wěn)定水位埋深9.0m 左右，標高32.20m。場區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水，含水層主要為8－1層細砂，厚度0.70～1.90m、10層粉細砂，厚度2.80～4.90m、11－1層中砂，厚度0.50～1.30m。地下室開挖時水位位于基底以上。

3 止水方案

根據(jù)設計方案，基坑采用井點降水＋止水帷幕方案，井點布置包括止水帷幕外側(cè)和基坑內(nèi)疏干井布置，止水帷幕由護坡樁及樁間高壓旋噴樁整體構(gòu)成帷幕。降水時間歷時1年，由于降深達9m之多，局部電梯井處降深達12m（該處降水另有方案再此不表）。施工過程中遇到了很多困難，其中，在土方開挖至15m時，先后遇到3處基坑側(cè)壁地下水嚴重滲漏情況。

4 滲漏原因分析

發(fā)現(xiàn)滲漏后，滲漏點出水量由小到強，并伴隨泥沙，特別渾濁，現(xiàn)場第一時間采取用準備好的密目紗網(wǎng)卷制成卷堵塞在滲漏點用木樁壓好并馬上土方堆填壓實，防止泥沙過度外泄造成護坡樁失穩(wěn)進一步導致基坑邊坡塌方的危險，這樣只是臨時止住了泥沙嚴重外泄問題，但要想立即封堵住水滲漏的確是太困難了。從三處滲漏點，根據(jù)現(xiàn)場情況當時初步判斷滲漏原因有以下幾點：

（1）滲漏點在15m左右處，由于當時降水時間短，現(xiàn)場水位距滲漏點位置3.0m左右，根據(jù)滲漏伴隨外泄泥沙現(xiàn)象，結(jié)合勘察報告判斷滲漏點位于砂層處，從附近開挖剖面來看滲漏點處于黏性土和砂層結(jié)合部，即大概處于（12）粉質(zhì)黏土與（13）粉細砂結(jié)合處。也就是說在高壓旋噴樁施工時由于土質(zhì)物理性質(zhì)的突變不均勻，特別是如黏性土同砂土或粉土結(jié)合部處物理性質(zhì)變化巨大，樁體介質(zhì)材料差異，形成樁體“畸形”點，個別位置就發(fā)生了滲漏現(xiàn)象。

（2）在距離三處滲漏點附近約5m范圍內(nèi)都布置有降水井，在高壓旋噴樁施工時已經(jīng)開始降抽水作業(yè)，由于距離較近并且砂層滲透性極強抽水時可能攜帶泥沙或水泥漿對帷幕樁質(zhì)量造成損害。

（3）施工操作時由于樁心偏距，造成高壓旋噴樁同護坡樁咬合度不足導致滲漏。

（4）也可能是以上三點共同作用導致滲漏。

5 滲漏處理

第一處滲漏點發(fā)生于基坑東北角偏南處，發(fā)生滲漏后，立即采取土方堆填壓實的簡單處理方法，防止大量泥沙外泄造成邊坡失穩(wěn)。隨后，制定封堵初步方案，確定滲漏點具體位置，從二層平臺立設鉆機，以滲漏點為中心向南北各10m長度范圍內(nèi)布設封堵注漿孔，孔間距0.5m，孔徑130mm，孔深鉆至滲漏點以下1.0～2.0m，滲漏點附近至少處理2.0m，并根據(jù)情況加密注漿孔。間隔成孔注漿，全面鉆進，以水泥漿液作為循環(huán)液。準備防滲水泥，水玻璃、鉆機等準備工作，水泥采用的是快硬膨脹硫鋁酸鹽水泥R.SAC42.5，成孔鉆機采用XY－100型鉆機，水玻璃水泥漿液配制的比例：水玻璃∶水泥＝1∶1.15或1∶1.5。配制時，將水玻璃溶液徐徐加入已調(diào)配好的水泥漿液中，攪拌均勻即可。在對滲漏點處第一個鉆孔注漿期間，發(fā)現(xiàn)有水泥漿液從漏點處外淌，馬上采取延長注漿間隔時間，間隔3～4h注漿，但水泥漿液仍然外淌，并且無法注滿鉆孔，同時發(fā)現(xiàn)滲漏水速加大，猶如泉涌，伴隨泥沙，很明顯從鉆孔注漿，漿液從下部流出形成涮孔，估計已經(jīng)在滲漏點附近淘成空洞。立即采取堆土壓實臨時措施。分析原因，推斷主要是由于水頭壓差大，砂層滲透性強，水流急湍，造成涮孔，水泥漿液無法“聚集”，不能形成凝固體。當務之急是減小水頭壓差或減緩流速，制造形成凝固體的“環(huán)境”，通過多種方法調(diào)試，最終確定采用膨潤土球團＋水泥漿液＋水玻璃組合方式止水。在當?shù)罔従┕ぶ?，采用干燥后的膨潤土球團進行上部淺層止水方法多有使用，在當?shù)鼐陀猩a(chǎn)和銷售膨潤土球團礦山企業(yè)，施工方法簡單，費用經(jīng)濟，并且效果很好。

膨潤土具有強的吸濕性和膨脹性，可吸附8～15倍于自身體積的水量，體積膨脹可達數(shù)倍至30倍；作為充填料，在水介質(zhì)中能分散成膠凝狀和懸浮狀，這種介質(zhì)溶液具有一定的黏滯性、能變性和潤滑性；有較強的陽離子交換能力；對各種氣體、液體、有機物質(zhì)有一定的吸附能力，最大吸附量可達5倍于自身的重量；它與水、泥或細沙的摻和物具有可塑性和黏結(jié)性。

膨潤土是一種黏土巖、亦稱蒙脫石黏土巖、常含少量伊利石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等；一般為白色、淡黃色，因含鐵量變化又呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅、磚紅、灰黑色等；具蠟狀、土狀或油脂光澤；膨潤土有的松散如土，也有的致密堅硬。主要化學成分是二氧化硅、三氧化二鋁和水，還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素，Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學性質(zhì)和工藝技術(shù)性能影響頗大。蒙脫石礦物屬單斜晶系，通常呈土狀塊體，白色，有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色。光澤暗淡。硬度1～2，密度2～3g/cm3。按蒙脫石可交換陽離子的種類、含量和層電荷大小，膨潤土可分為鈉基膨潤土（堿性土）、鈣基膨潤土（堿土性土）、天然漂白土（酸性土或酸性白土），其中鈣基膨潤土又包括鈣鈉基和鈣鎂基等。

其實膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，含量在85%～90%，膨潤土的一些性質(zhì)也都是由蒙脫石所決定的。蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等?？梢猿芍旅軌K狀，也可為松散的土狀，用手指搓磨時有滑感，小塊體加水后體積脹大數(shù)倍至20～30倍，在水中呈懸浮狀，水少時呈糊狀。蒙脫石的性質(zhì)和它的化學成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。

由于有很好的吸水膨脹性能以及分散和懸浮及造漿性，因此用于鉆井泥漿或止水充填料。

基于膨潤土以上物化性質(zhì)，選用雞蛋大小的無規(guī)則狀干燥膨潤土球團，球團硬如石頭，成孔后，采用連續(xù)從孔口投填，關(guān)鍵是湍急的水流無法將球團從空間有限的滲漏點帶出來，球團遇水膨脹逐漸充脹滲漏空間并減緩滲漏水流速度，觀察滲水情況，適時二次下鉆，下鉆提鉆的同時向孔中注入調(diào)和好的添加玻璃水的水泥漿液，在球團之間起到“勾縫、填縫”加速凝固的作用，最終使?jié)B漏點附近同帷幕形成一體杜絕滲漏隱患。施工流程見圖3。

圖3

6 效果評價

通過以上方法，順利完成對SL1號滲漏點的封堵處理，同樣方法對后續(xù)SL2號、SL3號滲漏點處理均取得了良好效果，本工程地下3層，結(jié)構(gòu)復雜土建施工難度大，施工周期長，基坑回填前經(jīng)歷了兩個雨季但再沒有發(fā)生過基坑止水帷幕滲漏問題，確保了基坑邊坡安全，封堵過程中避免了水泥漿液過度外漏，節(jié)約了水泥，膨潤土就近取材價格便宜，極大的提高了施工效率，為基礎(chǔ)后續(xù)施工順利實施爭取了寶貴時間，事后獲得了業(yè)主良好評價，在安全、經(jīng)濟、適用、社會效益均取得了良好的效果。

7 結(jié)論

（1）影響隔水質(zhì)量的因素多且復雜，現(xiàn)有工藝無法做到基坑不滲漏，而且現(xiàn)有檢測方法也不能準確的評價帷幕的整體隔水效果。因而應急預防是隔水基坑工程不可或缺而且是非常重要的一個環(huán)節(jié)。應急預防講究措施切實有力、監(jiān)控及時高效、反應迅速到位。施工現(xiàn)場需具有充足的技術(shù)、人力、物資準備，監(jiān)控、報警、反應、行動高效有序。必要時可按照事先制定的搶險應急預案進行現(xiàn)場演習?？傊?，確保隔水結(jié)構(gòu)的隔水效果，需要“過程控制，輔助檢測，應急到位”。

（2）為了減少橫向隔水帷幕出現(xiàn)漏點數(shù)量，降低發(fā)生涌砂等破壞地基、支護結(jié)構(gòu)等事故，施工中旋噴樁搭接厚度不低于100～200cm，基坑越深，搭接厚度越大。

（3）對場地地下水賦存狀態(tài)的了解程度和地下水的存在對基坑工程的影響方式，決定了基坑工程施工能否順利的重要前提。因此，在基坑工程施工前查清和了解場地的水文地質(zhì)條件是非常重要的。

（4）進行帷幕樁施工一定要了解土層分布情況，特別是應了解不同地層滲透性，在進行施工注漿操作中采用不同壓力，確保成樁質(zhì)量，避免發(fā)生“蜂窩、麻點”引起的滲漏。

（5）針對 “護坡樁＋樁間高壓旋噴樁”組合形成止水帷幕的止水方式，在高壓旋噴樁施工時一定要注意樁中定位，只有定位準確才能確保樁間咬合均勻滿足帷幕整體質(zhì)量要求，否則造成偏差就會發(fā)生局部點或更嚴重的上下通縫滲漏。

（6）基坑邊坡變形過大容易引起帷幕裂縫進而導致滲水，因此在基坑施工過程或使用過程中一定要加強圍護結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的變形監(jiān)測，提前預警，做好應急措施。

（7）在投填時用鉆具上下疏搗密實，最大限度的減少空隙率，以保證膨潤土球團充脹密實，注漿采用間歇式，根據(jù)所用材料標號及摻入比例不同視情況2個小時左右。

（8）在濟寧地區(qū)主要是汶泗沖洪積平原，地下水主要為第四系孔隙潛水，淺部地層主要為黏性土和砂層，地下水主要賦存于砂層，通過本工程，采用的處理方法是適宜的，當然工程還是因地制宜在其它地方可以作為參考酌情試用。

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