砂性地層中連續(xù)墻滲漏水的治理措施

陳 娟,曹妙鳳,臧延偉,許原騎

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

隨著城市地鐵網絡的不斷完善,越來越多的地鐵車站需要建設在建筑物、管線密集的城市中心地帶。此外,受周邊環(huán)境及地鐵線路建設的限制,地鐵車站基坑不斷向更大、更深發(fā)展,施工難度也明顯增加。

地下連續(xù)墻多用于地鐵車站深基坑的圍護結構,受復雜的水文地質條件、施工工藝、材料性能等因素的影響,連續(xù)墻的抗?jié)B性能難以保證,尤其是在強透水性的砂性地層,連續(xù)墻極易出現滲漏,甚至引發(fā)涌水涌砂事故,造成較大的社會影響及經濟損失。因此，連續(xù)墻的抗?jié)B質量是保證深基坑工程安全的關鍵[1-4]。本文以杭州地鐵某車站基坑為例,綜合分析連續(xù)墻滲漏的原因及后續(xù)采取的有效應急及治理措施,從而保證了基坑安全順利地完成施工。

1 工程概況

車站為地下三層島式站,現澆混凝土雙柱三跨箱形框架結構,車站總凈長157 m,標準段總凈寬19.9 m,標準段挖深23.8 m,盾構井挖深約25.5 m,采用明挖順作法施工,圍護結構采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻,基坑底板基本位于⑥1淤泥質粉質黏土層。

擬建場區(qū)為錢塘江沖海積平原,地貌形態(tài)單一,場區(qū)自然地面較平坦。表層一般分布有厚2～5 m的人工填土；淺部約20～25 m內為一套沖海相砂質粉土及粉砂,中部局部分布有厚約5～10 m的高壓縮性流塑狀淤泥質粉質黏土,其下為厚約3～8 m的坡洪積軟塑狀粉質黏土或中密狀碎石夾黏土。

場區(qū)內地下水類型主要是第四紀松散巖類孔隙潛水。孔隙潛水主要賦存于表層填土、③層砂質粉土、粉砂中,水位一般為1.60～4.10 m,相應高程4.10～6.62 m,水位年變幅為1.0～2.0 m。土層物理力學性能指標見表1。

2 連續(xù)墻滲漏位置及過程

2015年11月28日,當車站東端頭井基坑進行第六道鋼支撐以下土方開挖作業(yè)時,開挖至地面以下約19.5 m深度處,發(fā)現在L6與A17幅地下連續(xù)墻接縫處出現滲漏水現象,由于未及時進行堵漏處理,隨后滲漏點發(fā)展為孔徑約300 mm的水柱,并帶有大量泥沙涌入坑內,造成坑外水土流失嚴重,基坑外路面出現大面積塌陷,路面下方燃氣、污水、雨水、通信等管線被破壞,鄰近小區(qū)建筑物沉降加劇,并且局部出現裂縫?；悠矫嫖恢脠D見圖1，基坑剖面圖見圖2。

表1 土層物理力學指標設計參數表

圖1 基坑平面位置圖

圖2 基坑剖面圖

事故發(fā)生后對周邊建筑物沉降、基坑連續(xù)墻墻體變形、坑外土體變形等加密監(jiān)測頻率,監(jiān)測結果見圖3、圖4。

圖3 1號建筑物沉降分布線

圖4 2號建筑物沉降分布線

根據監(jiān)測數據分析,建筑物的沉降在短時間內迅速增加,事故發(fā)生2 h后,1號建筑物距離事故點最近的JGC3-1測點、JGC3-2測點,沉降分別增加24.2、29.2 mm,2號建筑物距離事故點最近的JGC2-3測點,沉降增加13.4 mm。事故發(fā)生后26 h,JGC3-2測點沉降增加62 mm,此后沉降速率均小于2 mm/d。

從事故附近連續(xù)墻墻體測斜點ZQT8及土體測斜點TST8曲線可以看出(圖5、圖6)：受坑外水土流失影響,坑外土體測斜變化量很大,事故發(fā)生后26 h土體測斜增加99.58 mm,累計值達127.09 mm；而墻體測斜較為穩(wěn)定,增加3 mm,初步判斷整個基坑圍護體系基本穩(wěn)定。

圖5 ZQT8測點位移-深度曲線圖

圖6 TST8測點位移-深度曲線

3 連續(xù)墻滲漏水原因分析

從以上事故過程分析可知,由于圍護結構的缺陷,在基坑內外側高水頭壓力差的作用下,圍護缺陷處出現涌水涌砂現象,進而發(fā)展為管涌破壞。

基坑工程自身結構的特殊性造成了水力條件的復雜性。首先,基坑工程中常設置止水帷幕,以防止圍護結構的滲透破壞并限制坑外地下水位下降；其次,隨著開挖的進行,坑內坑底高程和水位不斷下降,基坑滲流場及應力狀態(tài)處于不斷變化的過程；第三,由于某些原因造成止水帷幕存在缺陷,在水力梯度的滲流作用下,出現圍護滲漏水,并且止水帷幕外側砂性土中的細顆粒不斷被水流帶走,隨著時間累積,土體骨架結構遭到破壞,水土流失現象加劇,圍護背后土體形成較大空腔,最終造成地面塌陷。見圖7。

圖7 基坑管涌破壞發(fā)展示意圖

結合本項目的施工情況和周圍環(huán)境等多方面綜合分析,本工程發(fā)生滲漏的誘導原因有以下幾點：

1)事發(fā)位置地質條件復雜：上部5 m范圍內雜填土含磚塊、碎石等建筑垃圾；中部開挖范圍內粉砂、砂質粉土,成槽過程易發(fā)生塌孔；底部強、中風化安山玢巖,巖面有不規(guī)律的起伏且局部含有未風化的巖塊,連續(xù)墻成槽困難,采用沖擊錘成槽后加劇上部槽壁坍塌,影響連續(xù)墻的施工質量。

2)L6連續(xù)墻成槽時間為2 d,A17幅連續(xù)墻成槽時間達9 d,連續(xù)墻成槽時間長,成槽后與混凝土澆注間隔時間過長,泥漿沉淀,在地下連續(xù)墻接縫處形成較厚的泥皮,混凝土澆注過程中易出現夾泥現象。

3)受連續(xù)降雨影響,地下水位較高,坑內外水頭壓力差大,出現滲漏水之初,水流流量及流速均較小,但由于水流梯度較大,粉砂性地層中細小顆粒易被流水帶走,慢慢形成細管狀的滲流通道,造成土層中的空隙逐漸增大,出現管涌現象,掏空基坑周邊土體,造成土體失穩(wěn)。

4 連續(xù)墻滲漏水治理措施

4.1 應急措施

對于深基坑滲漏水事故,必須采取及時有效的應急措施,以確保風險能在第一時間得到有效控制。

1)在坑內增加填土反壓,抵抗?jié)B流力,確?？油馑亮魇Р辉倮^續(xù)?？紤]到坑內土體大面積泡水的情況,土體強度大大降低,故應加強對坡面的處理,反壓區(qū)坡面采用混凝土覆蓋。

2)由于圍護缺陷點存在,若天氣等外部條件持續(xù)惡化,基坑的風險仍然存在,因此需要及時對滲漏點進行封堵。在地下連續(xù)墻接頭漏水點外側鉆孔至滲漏點深度,壓入油溶性聚氨酯進行堵漏,在滲漏點附近形成強度大的、防滲透性好的固結體。

3)坑外地面塌陷處采用大量的混凝土回填,對破壞的管線及時進行修復,避免社會車輛及行人落入,杜絕次生災害發(fā)生。

4)基坑在發(fā)生險情之后,坑內外側的水土壓力發(fā)生改變,圍護結構的受力也隨著變化,應加強檢查各道鋼支撐的活絡頭,確保鋼支撐安全有效,進而保證基坑的安全。

4.2 基坑修復及加固措施

由于現場基坑開挖深度已達到19 m,距離坑底還有5.7 m,繼續(xù)開挖,水土壓力進一步加大。若采用傳統高壓旋噴樁進行堵漏加固,由于地內壓力的增大,會造成周圍地表隆起,對周邊環(huán)境影響較大,同時對基坑支護結構產生一定的擾動甚至破壞。而MJS全方位旋噴樁工法,能通過孔內強制排漿來控制地內壓力,使地內壓力穩(wěn)定,從而大幅度減少了地表隆起以及對周邊環(huán)境的影響。因此,本次基坑修復設計采用對周邊環(huán)境擾動小的MJS旋噴樁加固結合TRD止水帷幕雙重措施。

1)在L6與A17幅地下連續(xù)墻接縫處,采用2根Φ2 000 MJS旋噴樁對滲漏點進行封堵加固,加固深度為現狀坑底至進入不透水層2 m。見圖8。

圖8 基坑加固措施圖

2)在端頭井外側設置一圈34 m深TRD水泥攪拌墻止水帷幕,墻趾進入不透水層2 m。TRD攪拌墻與原基坑連續(xù)墻之間的縫隙采用φ2 000 MJS旋噴樁進行搭接止水。在TRD水泥攪拌墻止水帷幕內設置6口降水井,基坑開挖前,將TRD水泥攪拌墻止水帷幕內的水位降至坑底。通過止水帷幕內的降水措施,降低坑外的水壓力,同時也作為該滲漏區(qū)域的第二道止水屏障。

3)基坑發(fā)生管涌破壞之后,坑外土體不可避免地已產生擾動,甚至局部區(qū)域會出現空洞的情況；因此,需排查路面下方的空洞情況,并在坑外路面下方以及鄰近建筑物側,采用多排袖閥管進行注漿加固,使坑外土體密實,減少后續(xù)施工中對周邊管線、建筑物產生較大的影響。

采取以上措施后,后續(xù)端頭井基坑開挖至坑底,未出現滲漏水現象,連續(xù)墻的水平變形增加21 mm。而由于滲漏水發(fā)生后,建筑物基礎附近的砂性土地層受到擾動后強度降低,建筑物沉降持續(xù)增加,最大增加74 mm。

5 結 語

通過分析砂性地層中車站基坑連續(xù)墻的滲漏原因,及后續(xù)采取的堵漏措施的介紹和應用,得出以下結論：

1)砂性地層中連續(xù)墻的滲漏是多重原因造成的,包括地層、環(huán)境、氣候、施工質量等。

2)在砂性地層中,基坑發(fā)生涌水涌砂事故后,造成地層擾動,土體結構發(fā)生急劇變化,強度和穩(wěn)定性降低,會在短時間內對坑外地表及周邊環(huán)境造成較大的影響,并在后期較長時間內持續(xù)影響。

3)對已開挖至一定深度且周邊環(huán)境復雜的基坑,若出現滲漏事故,應采取對基坑及周邊環(huán)境擾動小的堵漏及加固措施。

4)本工程采取的MJS旋噴樁加固結合TRD水泥攪拌墻止水帷幕雙重措施,進行了成功應用,對類似工程具備一定的參考意義。